階梯澆注在液壓機(jī)油缸鑄件生產(chǎn)上的應(yīng)用

徐德安

(中天創(chuàng)展球鐵有限公司)

關(guān)鍵詞：球黑鑄鐵、縮松、階梯澆注、油缸

1 概述

油缸是油壓機(jī)的核心部件，油缸品質(zhì)的好壞直接影響到油壓機(jī)的整機(jī)質(zhì)量和使用壽命。油缸鑄件屬厚大類球墨鑄鐵件，又是壓力容器鑄件，不允許有縮松等引起油缸漏油的鑄件缺陷。油缸的縮松漏油是大多鑄造廠家的攔路虎，也是困擾各油壓機(jī)生產(chǎn)廠家的課題。

2 油缸的鑄件結(jié)構(gòu)及其缺陷分析

目前我司生產(chǎn)的油缸按鑄件結(jié)構(gòu)大致可分為二大類：一類是分體式油缸（桶式油缸）（圖1）；另一類是底座連體式油缸。機(jī)型從80噸到2000噸油壓機(jī)的油缸，其鑄件單重從幾百公斤到十噸左右，鑄件壁厚從70毫米到200毫米，鑄件材質(zhì)為QT500-7，我司每月大約有50噸的油缸鑄件。

油缸鑄件存在的主要缺陷是疏松，嚴(yán)重時(shí)還有縮孔，其結(jié)果是導(dǎo)致鑄件漏油。產(chǎn)生缺陷的部位一般在孔“A”、孔“B”和桶底轉(zhuǎn)角“C”處（圖1），嚴(yán)重時(shí)形成縮孔，很明顯；輕微時(shí)加工后肉眼觀察，看不出有缺陷，待裝機(jī)試壓，就產(chǎn)生漏油。

從鑄件結(jié)構(gòu)分析造成縮松缺陷主要有二個(gè)方面的原因：

（1） 鑄件壁厚大，一般最小壁厚都大于 70 毫米 ，極易在壁厚中心部位產(chǎn)生縮松等導(dǎo)致油缸漏油的鑄造缺陷；

（2） 壁厚相差懸殊，缸壁厚度（見圖1）t₁大約有70 -100 毫米 厚，而缸底厚度t₂一般在120 -170 毫米 之間，在澆注時(shí)，造成型腔內(nèi)溫度場分布不均勻，在鑄件凝固過程中，厚大部位和熱節(jié)等后凝固部位容易產(chǎn)生縮松等鑄造缺陷。

3 階梯澆注工藝方案的確定

根據(jù)上述分析，又因?yàn)榍蚰T鐵的凝固方式是糊狀凝固，按同時(shí)凝固的原則，選擇工藝方案“I”（見圖2），即油缸口向上，缸底在下，采用封閉頂注式澆注系統(tǒng)。

由于油缸鑄件是厚大球墨鑄件，我們不管采用何種工藝方案，均在油缸內(nèi)壁和缸底中心孔部位放置冷鐵（如圖1）。

生產(chǎn)的油缸鑄件在清理打磨后沒有發(fā)現(xiàn)有鑄造缺陷，但加工后在孔“A”孔“B”和“C”位均出現(xiàn)不同程度的縮松現(xiàn)象。

經(jīng)分析，由于油缸件的缸壁比油缸底薄許多，在鑄件凝固時(shí)，仍然是缸壁比缸底先凝固，這樣就隔斷了油缸底的補(bǔ)縮通道，造成缸底在凝固時(shí)不能獲取足夠的鐵水來補(bǔ)縮。因此我們又選擇了方案“ 2 ” （見圖三），這次也是將油缸口向上，油缸底在下，只是由方案“I”的頂注改為底注，這樣更適合于球墨鑄鐵充型平穩(wěn)的要求，使內(nèi)澆口直接在油缸底這個(gè)最厚大部位引入鐵水，同時(shí)采用邊冒口來進(jìn)行補(bǔ)縮，結(jié)果出乎意料，雖然比方案“I”有改善，但效果還是很不理想。

這兩種方案都失敗了，經(jīng)分析認(rèn)為主要是油缸鑄件較高，高度“H”（見圖1），一般都大于400毫米，方案“ 2 ” 采用底注，最后凝固部位仍在油缸底部，更不符合同時(shí)凝固原則，又由于鑄件較高，邊冒口內(nèi)的鐵水始終是整個(gè)鑄型中溫度最低的，沒有起到補(bǔ)縮作用，當(dāng)然澆注系統(tǒng)在該方案中也沒有起到補(bǔ)縮作用。

根據(jù)上述分析，既然不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固，底注時(shí)冒口也沒能起到補(bǔ)縮作用，在此基礎(chǔ)上提出了方案“ 3 ” （見圖4），采取油缸口向下，缸底在上；讓缸底最后凝固，便于采取補(bǔ)縮措施；澆注系統(tǒng)這樣設(shè)計(jì)：在油缸口開設(shè)一層（下層）內(nèi)澆道，在油缸底（鑄件頂部）再設(shè)置一層（上層）內(nèi)澆道。

因?yàn)殡A梯澆注鐵水首先是由下層內(nèi)澆道充型，隨著型內(nèi)液面上升，然后才是上層內(nèi)澆道進(jìn)入鐵水，這樣充型平穩(wěn)，使得型內(nèi)上部鐵水溫度始終高于下部，使缸底這個(gè)厚大部位始終處在熱鐵水的氛圍之中，使冒口內(nèi)的溫度是整個(gè)鑄型中溫度場最高的地方，冒口成為最后凝固部位，保證了鑄件在凝固后期有足夠的鐵水源源不斷地從冒口補(bǔ)充進(jìn)來 ，對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，充分發(fā)揮邊冒口的補(bǔ)縮作用，更有利于獲得組織致密的鑄件。同時(shí)澆注系統(tǒng)在該方案中也能起到補(bǔ)縮作用，尤其是在靠近上層內(nèi)澆道附近。因此，階梯澆注更能防止縮松缺陷的產(chǎn)生，防止鑄件滲油。

采用階梯澆注，首批生產(chǎn)的是中山某公司的油缸鑄件，其中200噸機(jī)油壓油缸6件，300噸機(jī)油缸10件，通過客戶加工、裝機(jī)使用沒有發(fā)現(xiàn)有縮松缺陷，也沒有發(fā)生漏油現(xiàn)象。

當(dāng)然，我司對(duì)球鐵水的熔煉也進(jìn)行了嚴(yán)格控制，要求：

（1）澆注溫度：T澆=1330 -1350 ℃

（2）化學(xué)成份：C%≈3.8% , Si%≈2.6%,Mn%≈0.25%,P%≈0.03%,S%≈0.025%,Re%殘≈0.035%,Mg%殘≈0.05%

4 效果小結(jié)

后來將方案“3”推廣到其它油缸類鑄件，并不斷完善，比如更高一點(diǎn)的油缸鑄件采用三層，甚至四層內(nèi)澆口，經(jīng)過一年多的生產(chǎn)實(shí)踐，證明階梯澆注在油缸生產(chǎn)上的應(yīng)用是可行的，這期間我司生產(chǎn)的油缸類鑄件廢品率控制在了7%以內(nèi)，提高了公司知名度，也贏得了市場。

參考文獻(xiàn)

1． 鑄造工藝及原理——李魁盛（機(jī)械工業(yè)出版社）

2． 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——李魁盛（機(jī)械工業(yè)出版社）

3． 鑄件形成理論基礎(chǔ)——李慶春（機(jī)械工業(yè)出版社）

4． 鑄鐵手冊（機(jī)械工業(yè)出版社）

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