卷筒是龍門吊起重設(shè)備主要受力鑄件之一，其材質(zhì)為HT200，毛坯外形尺寸φ528 ×1 660(mm)，壁厚36 mm，單件質(zhì)量950 kg。距兩端100 mm處各有一內(nèi)法蘭，外圓、端面及兩端內(nèi)側(cè)至法蘭處均需機(jī)械加工。原采用階梯式澆注系統(tǒng)，常在其下法蘭處產(chǎn) 生砂眼、渣眼等缺陷(見(jiàn)圖1)。這些缺陷直到加工到位后才暴露出來(lái)，不但鑄件報(bào)廢，而且還要花費(fèi)大 量的加工工時(shí)。為了解決這一問(wèn)題。改階梯式澆注系統(tǒng)為頂注雨淋式，取得了良好效果。
1 工藝方案分析
原工藝為手工造型，粘土砂干型，軸向?qū)ΨQ分型，平做立澆，階梯式澆注系統(tǒng)。階梯式澆注 系統(tǒng)的內(nèi)澆道分為上、下兩層，底層內(nèi)澆道開(kāi)設(shè)在中部位置，因此，它具有中注式及頂注式的作用，也就是說(shuō)，能夠比較平順的將金屬液送入型腔，使其自下而上填充型腔，有利于鑄件的順序凝固和自補(bǔ)縮。但由于內(nèi)澆道位置較高，對(duì)砂芯的沖刷較大(因?yàn)橐毫鞔怪鄙湎蛏靶?，易造成砂芯表面涂料的脫落；在澆注初期，砂型溫度低，鐵水降溫較大，夾雜不易上浮，在卷筒底部?jī)?nèi)側(cè)法蘭處，由于鐵水流入較大截面時(shí)的紊流作用，浮至型壁處鐵水表面的浮渣及夾雜就很容易“貼”在型壁上迅速冷卻，從而形成法蘭處渣眼、砂眼等缺陷。
頂注雨淋式澆注系統(tǒng)，液態(tài)金屬先經(jīng)過(guò)澆口杯和直澆道進(jìn)入位于鑄件頂部的環(huán)形橫澆道中， 然后通過(guò)分散細(xì)小的內(nèi)澆道孔連續(xù)不斷地落入型腔，鑄型從下而上逐漸填充，較高溫度的金屬液始終處于液面上部，加強(qiáng)了鑄件自下而上的順序凝固。也就是說(shuō)，頂注有利于脹縮的動(dòng)態(tài)疊加，先澆入的鐵水，落到型腔底部，冷卻時(shí)的收縮由上部后澆入的鐵水補(bǔ)充，澆注完成后，當(dāng)下部凝固時(shí)產(chǎn)生的石墨化膨脹正好可以抵償上部鐵水的收縮，達(dá)到上部鐵水收縮相對(duì)后移，下部鐵水凝固產(chǎn)生的石墨化膨脹相對(duì)提前，使均衡點(diǎn)移到澆注結(jié)束時(shí)刻，從而使鑄件得到良好的自補(bǔ)縮。多個(gè)細(xì)小的雨淋澆口是控制流量的最小斷面，形成封閉式澆注系統(tǒng)，具有良好的擋渣作用，使渣粒漂浮于橫澆道中而不易進(jìn)入型腔。金屬液分成小股細(xì)流充填型腔，對(duì)鑄型的沖擊力小。小股細(xì)流的不斷落下，使液面活躍，起到攪拌作用，使鐵水中的氣體易于逸出而不致形成氣孔，使熔渣、砂粒等夾雜不易粘附在型腔壁上，而是隨著型腔液面的上升上浮到冒口中去，從而保證鑄件質(zhì)量。
2 頂注雨淋式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
平做立澆頂雨淋式澆注系統(tǒng)主要由雨淋內(nèi)澆道、環(huán)形橫澆道、直澆道和澆口杯組成。
2.1 各組元比例及尺寸
為加強(qiáng)擋渣能力，采用封閉式澆注系統(tǒng)。
ΣF內(nèi)∶F橫∶F直=1∶1∶1.5為防止高壓鐵水噴入型腔，取ΣF內(nèi)∶F橫=1∶1按雨淋澆口經(jīng)驗(yàn)公式
得：ΣF內(nèi)=18.49 cm2綜合考慮各種因素，取ΣF內(nèi)=20 cm2。為了合理分配鐵水流量，控制凝固時(shí)的溫度分布，防止局部過(guò)熱，選定內(nèi)澆口數(shù)量為12個(gè)，其直徑為15 mm。 由所選比例得出 F橫=20 cm2。
為了提高橫澆道的擋渣能力，截面尺寸定為40×50 (mm)。F直=30 cm2，截面尺寸為50×60 (mm)。
經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，頂雨淋澆注系統(tǒng)對(duì)卷筒件是適宜的，按此比例設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)各組元尺寸正確可行，特別是內(nèi)澆道截面與橫澆道截面相近，減輕了內(nèi)澆道液流的壓力，防止金屬液進(jìn)入型腔時(shí)的噴濺。
2.2 冒口設(shè)置與尺寸
頂雨淋澆注系統(tǒng)使鐵水凝固具有良好的溫度分布，鑄件有一定的自補(bǔ)縮，冒口只需補(bǔ)縮自補(bǔ) 縮不足的差額部分。選取環(huán)形頂冒口，既進(jìn)行補(bǔ)縮和集渣，又作為工藝加頭。頂冒口厚度為71.5 mm(與內(nèi)法蘭厚度尺寸相等)，高度為160 mm。為了使?jié)沧r(shí)型腔內(nèi)的氣體及時(shí)排出，開(kāi)設(shè)側(cè)冒口30×60 mm。
澆注時(shí)選用池形閘門式澆口杯。
3 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于長(zhǎng)筒類灰鑄鐵件，頂雨淋式澆注系統(tǒng)優(yōu)于階梯式澆注系統(tǒng)。頂雨淋澆注系統(tǒng)的橫澆道截 面積與內(nèi)澆道總截面積相當(dāng)?？蓽p少鐵水進(jìn)入型腔時(shí)的壓力，防止噴濺，利于平穩(wěn)充型。
近年來(lái)，我們用此工藝生產(chǎn)了系列卷筒鑄件，均取得良好的效果。
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