球铁支架的铸造工艺设计

[摘 要]应用材质QT450-10对右铰链支架进行铸造工艺工装设计， 造型采用树脂砂，为保证工艺的出品率采用两件浇注，横浇道向两侧对称分支，并安放过滤网，内交道对称安放共8个，在有热结处安放冷铁。因铸件整体模数大于2.5并且属于薄壁类铸件，因此采用无冒口铸造方案，利用石墨在凝固过程的膨胀来实现自补缩，这样大大提高了铸件出品率，提高了铸件的质量。

[关键词]球墨铸铁；铰链支架；铸造工艺

中图分类号：F407.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0351-01

0 引言

球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，具有良好的机械性能，球墨铸铁的抗拉强度和屈服强度比普通铸钢、灰铸铁、可锻铸铁好。正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。

1. 造型材料的选择

造型及制芯材料均选用自硬呋喃树脂砂。自硬呋喃树脂砂是以呋喃树脂为粘结剂，并加入催化剂混制出型砂，不需烘烤或通硬化气体，即可在常温下使砂型自行固化剂的造型方法。自硬呋喃树脂砂具有 铸件表面光洁、棱角清晰、尺寸精度高；造型效率高，缩短生产周期；减轻劳动强度，尤其是减轻噪音、砂尘等，减少环境污染；节约了能源，大大降低了压缩空气消耗；成型性好，发气量较其它有机铸型低、热稳定性好、透气性好，可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸件缺陷，从而降低废品率等一系列优点[1]。

2. 铸件工艺方案设计

2.1 铸件整体工艺设计

右铰链支架材质为QT450-10，毛量约为11.676kg，轮廓尺寸为424.5mm×363mm×152.5mm。铸件安装部位表面需精加工且精度较高，其余为毛坯。铸件上下部位各有两条肋，肋与铸件连接部位容易产生热节。支架整体分布在两个平面，平面连接处形成拐角，易产生应力集中。铸件还有许多需要加工的小孔，由于孔径较小，不直接铸出。右铰链支架-驾驶室铸件UG三维造型如图1所示。

因右铰链支架铸件对铸造质量要求较高且支架壁较薄，不易安放冒口和支架材质为QT450-10，可以利用球墨铸铁在凝固过程中由于石墨化膨胀产生的体积膨胀来实现自补缩。支架模数M=5.1cm>2.5cm，铸件壁厚小于40mm不易于产生石墨夹渣，支架壁较厚的安装孔部位可利用冷铁加快凝固速度，因此综合参考可采用无冒口铸造方案。

无冒口铸造方案减少金属液的浪费，可以大幅度提高出品率，同时对铁水性质要求较高，为生产高质量支架铸件提供了保障。但无冒口铸造方案要求铸型有一定的刚度，为此要使用刚性良好的金属砂箱，砂箱之间需牢固地夹紧或用螺钉、楔形箱卡紧固[2]。

2.2 零件结构工艺性分析

支架安装部位相对其他部位较厚有螺纹孔，为加工面需增加加工余量，致使壁厚更加不均匀，铸件与肋板连接部位有热节，对铸件的同时凝固原则不利。支架材质为球墨铸铁，凝固时收缩大易生成缩松、缩孔。支架上端为安装部位加工精度高，要求其组织致密无缺陷，但其相对其他部位厚大不易形成致密组织，铸件整体铸造难度较大。结构工艺性分析如下：

（1）铸件壁厚为8～15mm，以10mm为主。轮廓最大尺寸小于200mm，壁厚大于临界壁厚3～4mm，可以避免产生浇不到和冷隔缺陷，且主要以10mm为主有利于实现同时凝固；

（2）铸件壁的连接多采用T形接头，铸件顶部和中部连接部位为L形接头。接头部位壁厚明显变大容易产生热裂、裂纹、缩松等缺陷；

（3）为达到使用要求铸件使用4根肋，上下肋错位分布有利于分散热结点，肋与铸件连接部位采用圆角过渡利于减少应力集中；

（4）铸件结构分上下两部分，但两部分不在同一平面对分型面的确定不利。前后方向最大尺寸为143mm，虽没有结构斜度但因长度较小对左右分型没有影响。

2.3 铸造工艺方案确定

根据该支架铸件的结构特点及选择分型面的一般原则，初步选定铸件分型面为铸件最大截面处。

铸件采用假箱两箱造型，铸件分别放在上、下砂箱。假箱采用木模，材质用红松。假箱上部放置砂箱进行造型，在不断重复造型过程中，木材因压力、磨损等情况将导致变形，产生误差，造成铸件变成废品，因此假箱两侧需用45#钢制作两块垫料，用于承受砂箱的重量。

支架铸件采用一箱两件生产，铸件种类相同，采用对称排列，可使金属液作用于砂型的抬型力均匀，有利于浇注系统的安排，同时可充分利用砂箱面积[3]。

2.4 浇注系统设计

浇注系统设计为封闭―开放式，中注式浇注系统，使用这种浇注系统金属液进入型腔时流速大，充型平稳，另外，为了更好的撇渣，选择带过滤网的漏斗形浇口杯，在浇口杯处安放用油砂制成的厚为15mm的滤渣网，网孔上部直径为Φ6mm，下部为Φ7mm，提高金属液的质量。

球墨铸铁浇注系统各组元的截面积虽可计算，但通常采用经验数据更接近实际，此处取。

结论

本文主要研究的工作是右铰链支架的工艺设计，根据支架特点使用无冒口铸造方案，利用铁液在凝固过程中的石墨膨胀来实现自补缩进而提高出品率节约能源。合理利用一箱两件方式提高生产率。

参考文献：

[1] 赖中义.自硬呋喃树脂砂工艺性能研究[J].机械 2005 S1.

[2] 译著 [日]张博，明智清明，U健三等.球墨铸铁-基础・理论・应用-[M].任善之，葛丰德，王昭.北京：机械工业出版社，1988.238～244.

[3] 专著.李魁盛，马顺龙，王怀林.典型铸件工艺设计实例[M].北京：机械工业出版社，2008.27～28.