滑油模块铸件的研发

李瑛辉，李嘉豪，李 栋，杜文强

（共享装备股份有限公司，宁夏银川 750021）

滑油模块铸件的研发

李瑛辉，李嘉豪，李 栋，杜文强

（共享装备股份有限公司，宁夏银川 750021）

介绍了一种多内腔薄壁球铁件的3D打印铸造工艺研发过程，解决了由于铸件内腔大、芯头小造成的浇注过程芯头断裂和由砂芯强度不足造成砂芯薄弱部位断裂所导致的铸件皮透问题。

滑油模块铸件；3D打印；皮透

滑油模块是一种多内腔薄壁球铁铸件，材质为QT400-15，单个产品重量为891 kg，轮廓尺寸为1286m m×800m m×396 m m，其内腔结构复杂，壁厚不均，最大壁厚38 m m，最小壁厚12 m m，控制壁厚13.5 m m.铸件加工、打孔部位多，缩松控制难度大。由于研制周期短，订单数量少，故使用3D打印工艺研发此铸件。铸件外形轮廓如图1所示。

图1 滑油模块外形轮廓示意图

铸件机械加工余量按GB/T6414-1999中H级公差规定执行，尺寸公差应符合CT11级标准，壁厚公差按CT12级标准执行。铸件各区域材料应分布均匀、致密，不允许有热裂、裂纹、冷隔、缩孔、夹渣等严重缺陷。加工打孔等重要区域只允许存在不超过EN 12680-3-2011规定的2级缺陷，其他区域允许存在不超过3级缺陷。

1 设计思路

铸造工艺采用开放式浇注系统，以直浇道为阻流截面，根据式（1）进行计算，浇注系统各部分截面积比例取：∑直∶∑横∶∑内=1∶1.4∶2.5，直浇道横截面积为3 864 m m2，横浇道横截面积为5 500 m m2，内浇道横截面积为9 588 m m2.

式中：S——阻流截面面积，m m；

W——流经阻流截面的铁水重量，kg；

ρ——铁水密度，g/cm3；

t——充型时间，s；

h——静水压头高度，cm；

fv——速度系数，m/s.

考虑滑油模块铸件壁厚较均匀，且壁厚较小，无法形成从顶面到底面的补缩通道，而铸件底面和顶面存在大量加工打孔的重要区域，因此底面加工量取5 m m，靠冷铁和提高碳当量控制缩松；此外顶面加工量取15 m m，靠冒口控制缩松的同时，较大的加工量可以保证铸件加工后顶面不会存在夹渣等缺陷；其余面加工量取8 m m.

铸件由11个腔组成，各腔之间相互独立，为保证各腔内部无披缝，便于清理和过程控制，在分芯时保证各内腔芯的完整性，再结合M AGM A模拟合格方案中冷铁、冒口设置方案，将外轮廓砂芯分为4块，并与内腔芯求和得到分芯方案，如图2所示。其中图2 a）为内腔芯示意图；图2 b）为滑油模块1#芯分芯示意图，由图2 a）中的4块内腔芯和外皮组成1#芯；图2 c）为滑油模块2#芯，2#芯为单独的浇道芯；图2 d）为滑油模块3#芯分芯示意图，由图a）中的4块内腔芯和外皮组成3#芯；图2 e）为滑油模块4#芯分芯示意图，由图2 a）中的4块内腔芯和外皮组成1#芯。由于铸件内腔多，砂芯间连接结构数量少且横截面积小，为防止砂芯在转运过程中芯头断裂，在砂芯各内腔芯之间设置拉筋，组芯前切除。

图2 滑油模块分芯方案

2 研发过程

滑油模块初期工艺方案如图3所示，铸件11个φ27 m m贯通孔全部铸死，为控制贯通孔部位缩松，在铸件贯通孔位置四周设置冷铁，顶面对应位置设置冒口，铸造工艺中共用到39种共61块冷铁，4种共17个保温发热冒口。初次试制有两处内腔皮透，皮透位置如图4所示。

图3 滑油模块初期铸造工艺方案

图4 滑油模块首件皮透位置

其中图4a）所示皮透原因为所在内腔水平截面过大，仅有三个孔与外部联通，因此砂芯上仅靠三个芯头支撑。在浇注过程中，由于砂芯水平截面大，因此受到浮力也大，在铁水的浮力作用下芯头处断裂，砂芯上浮，从而导致铸件内腔皮透。图4b）所示位置处内腔狭长段，横截面面积过小，本身强度不足，在铁水浮力作用下，狭长段断裂、上浮，从而导致内腔皮透。

经过分析论证，制定了相应的皮透解决措施。如图5a）所示，在水平方向使用随形芯铁增强砂芯整体强度，同时使用竖直方向的芯铁，依靠竖直方向芯铁对水平芯铁的拉力，将整块内腔芯与底面砂芯结合在一起，解决图4a）所示的皮透现象。如图5b）所示，通过在砂芯狭长部位中心埋入芯铁增强砂芯自身强度，解决图4b）所示的皮透现象。

图5 滑油模块首件皮透解决措施

图6 滑油模块第二件皮透示意图

第二轮试制中依据首件划线结果对铸件局部尺寸进行了调整，并使用过冷芯铁，铸件首轮试制的两处皮透问题得到解决，并且第二轮试制划线合格。但如图6圆圈部分所示，又发现了一处新的皮透。

对第二件进行局部解剖，发现皮透处靠近“L”型腔一侧有夹砂、粘砂等缺陷。故分析皮透原因为皮透部位附近“L”型腔过窄，导致芯铁与皮透部位间吃砂量太小，同时在埋入芯铁的过程中，没有填入背砂，该部位形成独立的薄壁结构，浇注过程中，在铁水冲击等因素影响下，此处砂芯与主体分离，导致铸件夹砂、皮透。

最终，制定了解决皮透现象的措施为：在保证芯铁给砂芯提供足够强度支持的前提下，减小芯铁直径。同时，在埋入芯铁时，先填入一层背砂，再埋入芯铁，避免砂芯形成独立的薄壁结构，同时使芯铁和砂芯之间结合更加紧密。

在第三轮试制中所有皮透问题得到解决，铸件结构完整，尺寸精确，各项性能参数符合要求。

3 结 论

在砂芯薄弱部位植入芯铁可有效提高3D打印砂芯强度，避免由于砂芯强度不足，浇注过程中砂芯断裂导致的铸件皮透报废问题。

通过对芯铁直径的控制和背砂的填入，解决了铸件狭窄部位在植入芯铁后吃砂量不足形成薄壁结构，浇注过程中这种薄壁结构与主体分离，所导致的夹砂、皮透缺陷。

［1］ 魏华胜，李元才，吴志超，等.铸造工程基础［M］.北京：机械工业出版社，2013.

Research and Development of Oil Module Casting

LI Ying-hui，LI Jia-hao，LI Dong，DU Wen-qiang
（KOCEL CO.，LTD.，Yinchuan Ningxia 750021，China）

The research and development process of a ductile iron casting with multiple cavity and thin-wall was introduced in this paper.With 3D printing casting，the open core problem caused by core print crack formed in pouring due to large cavity and small core print and by weak part crack of core print due to its low strength was solved.

casting，3D printing，open core

TG249.9

A

1674-6694（2017）04-0015-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.04.006

2017-05-10

李瑛辉（1983-），女，汉族，黑龙江省青冈县人，工程师，工商管理硕士，主要从事铸铁件工艺设计及改进研究。