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知识篇——通过浇注系统入水位置改变来解决问题的4则实例

1 前言

铸钢件的浇注系统不像铸铁件那样要充分考虑集渣、孕育等方面的功能,因而工艺人员对于铸钢件浇注系统的设计细节往往不太讲究,特别是对于入水位置的选择往往比较随意。因此而造成了一系列的产品质量问题,甚至于面对这些质量问题工艺人员往往习惯性从钢水质量、工艺补缩和操作方面去查找原因,耽误质量问题的解决。韶铸铸钢分厂在浇注系统设计方面走过不少弯路,也积累了不少解决该类问题的经验。

2 改进浇注系统入水位置的几则实例

2.1 锚唇产品表面严重水纹的解决

锚唇产品是典型薄壁产品,壁厚一般为20~30mm,最大轮廓尺寸3500~4500mm,材质GS-45。10年前我们的工艺在控制尺寸和产品壁厚方面很成功,但是浇口从内圆冒口下切入,产品浇注出来后发现表面水纹特别严重,一道道的沟槽,砂孔也很多。

后来浇口改为从产品最低外入水,正对入水位置安置一个小冒口,铸件的表面质量改善取得意想不到的效果,水纹问题根本上解决了,砂孔也极少出现,产品几乎不需要焊修处理。按照同样的工艺思路我们后来生产过多种型号的锚唇产品,产品质量一直很稳定。

2.2 叶轮产品浇注不足问题的解决

叶轮为高水头水轮发电机上的产品,叶片为水斗形状,叶片壁厚很薄,而且不均匀,最薄处仅3~5mm,叶片位的质量控制非常主要。材质为ZG20Mn。

最初的浇注工艺是从内轮毂底入水,发现铸件的很多叶片走水不良,留下大小不等的孔穴和缺口。后来改为从内轮毂和外法兰位一齐入水,并提高了浇注注温度,叶片位的浇不足现象仍然存在,而且多个叶片位出现夹砂现象。由于叶片位太薄而且在几个方向呈曲面过渡,叶片位出现质量问题基本上都难以焊修处理,连续几件产品都报报了,损失较大。

改进后的浇注工艺:铸型的下部设置一个环形的浇注通道(相当于横浇口),从每个叶片的下部设置缝隙浇口与环形通道相连。用该工艺浇注的叶轮产品,个个叶片均饱满,而且砂孔各裂纹都少,产品的整体质量获得很大提高。用户对我们生产的叶轮产品质量非常信赖。

2.3 渣罐吊耳座皮下裂纹的解决

韶铸进行工艺开发的一个渣罐产品,毛重21T,材质ZG230/450。由于产品外表的筋板很多,当时选择的浇注方向是大口向上。浇注主要采用侧底返入水,考虑到产品较高,钢水上升到渣罐端面处设置了一层浇口,钢水上升到接近该高度时打开上层浇口,接力浇注。最初上层浇口入水位置选择在大冒口下的补贴处。铸件浇注后没发现异常,吊耳座位MT、UT合格,但吊耳座位加工后采用斜探头UT检查,发现浅表较多的线性缺陷,长度5~50mm不等,连续生产的多件产品均有此问题。后来我们从温度分布的平衡方面受到一点启发,上层浇口的入水位置避开大冒口下热集中区,吊耳座处皮下裂纹现象迎刃而解,该产品韶铸后来生产了约150个,质量都很稳定。

2.4 关于阶梯形浇口的应用实践

对于阶梯形浇口韶铸在九十年代中期之前应用比较普遍,像中空轴、油缸等有一定高度的产品都采用过。在生产实践中我们发现阶梯式浇口对产品的内在质量有不良影响,UT检验或产品深加工时往往暴露问题较多,夹砂、夹渣现象较普遍。现场观测浇注过程发现上层浇口总是提早入水,造成型壁上挂冷钢及钢水上表面漂浮的脏物卷入钢水中,当钢水上升到接近上层浇口位时,上层浇口往往因前期流过的钢水不连续而封死起不到平衡温度的作用。因此,我们逐步减少阶梯形浇口的使用,因产品结构需要实在要用分层浇口时也尽可能接力浇注,即便使用阶梯浇口也要缩短上下距离。

一次偶然机会与一位来自美国的铸钢专家交流,一提起阶梯形浇口专家表现出深恶痛绝之感,甚至对冒口上付浇口的设置也不认同,他认为纯净的铸钢件只能通过完完全全的底返浇注来获得。

通过改进浇注系统引入位置来提高铸钢件产品质量的实例还有很多,如导轮、齿轮、铰座、刹车转盘、机身、齿条等等,在此不再一一列举,薄壁转盘和齿条产品的浇注工艺优化在作者以前的文章中也有详细的介绍。

3 小结

浇注系统引入位置的选择对铸钢件内外质量的影响很大,韶铸在生产实践中通过改变引入位置而提高铸钢件质量的案例很多,在引入位置的选择方面积累了一套经验,概括起来有以下几点:

(1)尽量从铸型最低处入水,以便钢水平稳上升,浮砂、夹渣充分上浮;

(2)从铸件的薄处入水,避免薄位浇不足,以及减轻因铸件壁厚差异悬殊而造成的应力;

(3)少用或不用阶梯形浇口;

(4)变径内浇口、缝隙式浇口、内浇口切向入水等措施对提高浇注质量有效果的;

(5)要避免钢水在型砂中推进的最前端部份(往往是最脏的钢水)在产品的关键区域聚集;

(6)尽快充型。