吊架前段铸件工艺设计及优化

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近期我公司承接了OEM来图加工产品，吊架前端零件，要求材质为高铬铸铁，高铬铸铁A05材质耐磨性好，铸造性能差，因此合理的铸造工艺设计尤为重要。

一、铸件简介

该铸件为吊架前段，质量为52kg（

其化学成分如下C：2.5～3.5%、Si：0.3～0.8%、Mn：0.5～1.0%、P

二、铸造工艺设计

2.1综合分析该吊架前段铸件，选择用数值自硬砂铸造，由于该铸件为小型件，且大批量生产，所以采用机器造型。铸件如图所示。

2.2分型面选择

为了起模方便，分型面的确定如下图3.1所示：

2.3铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样的长度的百分比表示：ε=×100%

其中ε―铸造收缩率（%）； L1―模样长度（mm）；L2―铸件长度（mm）

查《铸造工程师手册》，以及结合我厂多年生产实践得出受阻收缩率1.5，自由收缩率2.0。

2.4浇注系统设计

由于该吊架前段的材料是A05，属于高铬铸铁，所以选用转包式浇注系统，又因为是小型件，采用中间注入式，浇注过程平稳，有利于铸件顺序凝固。

浇注系统各部分断面积的比例关系如下：

ΣF内：ΣF横：ΣF直=1：（0.8～0.9）：（1.1～1.2）取上限1：0.9：1.2

得： ΣF内 =3.0 ΣF横=2.7 ΣF直=3.6

设计两个内浇道，内浇口：h≈0.5唬浇口杯：选用漏斗形

所以确定，直浇道高度为75mm，横浇道长度为246mm，内浇道长度为20mm。

2.5冒口设计

采用模数法 M=V/A（cm）

M-模数（cm） V-体积（cm3） A-传热表面积

V=664.2cm3 A=539.37cm2 M=1.23cm

对于用冒口模数MR=Fm=1.2M=1.48cm

为了保证有足够的补缩金属液，必须依据冒口补缩区域的铸件的体积决定冒口的最小体积，冒口体积必须大于铸件体收缩率和冒口收缩率之和。

查《铸造工程师手册》选用圆柱形明顶冒口

冒口尺寸：D=（1.2～3.5）T=1.5T=57mmL

H （1.2～2.5）D=1.3D=75mmL

d （0.8～1.2）T=0.8T=30mmL

h=（0.3～0.35）D=0.3D=17mm

2.6冷铁设计

分析铸件整体结构，通过Castsoft/CAE模拟结果，该铸件要加四种共六块冷铁。其中外冷铁的壁厚一般为铸件壁厚的0.6～0.8倍，取0.8。

其中两种冷铁共四块置于四个凸台侧面，另外的两块冷铁置于铸件前端的厚大部位。

2.7浇注温度和浇注速度

此铸件结构复杂，壁厚不大，所以采用高温浇注，但是高铬铸铁A05材质温度过高造成材质晶粒粗大，容易开裂，合理的浇注温度尤为重要，根据我厂多年的现场经验，确定浇注温度为：1420～1450℃，浇注速度为：20～30秒。

其余工艺参数查询铸造手册选取。

三、优化设计

采用PRO/E画出铸件的三维铸造工艺图，采用castsoft软件对我们设计的工艺进行进行缩孔、缩松模拟。

模拟结果如图所示

从模拟途中看出，铸件上没有任何缺陷，所以我们设计的工艺是可行的。

四、生产过程

4.1造型、制芯

采用树脂砂自动造型机进行造型，树脂加入量1.0%，保证砂型强度不低于1.0Mpa，造型时保证砂型的紧实度，浇冒口系统部位要重点紧实，上箱间隔100mm扎气眼。

4.2涂料和涂刷过程

采用醇基锆英粉涂料。涂刷前修磨砂型和砂芯，涂刷保证光滑，无划痕，涂料厚度在0.5～1.0mm之间。刷完后打磨光滑，并将铸型置于天然气烘干窑内200℃烘干3小时以上。

4.3合箱

下芯后应检验上下箱是否对齐。合箱后应上好螺栓紧固，浇冒口处用铁片盖好，两个小时之内浇注。

4.4熔炼与浇注

熔炼采用1.5T中频炉，成分采用光谱仪测定，控制成分在合理的范围内，控制熔炼出炉温度在1500～1520℃之间。浇包采用摇包浇注，浇注前需要烫包。浇注前测温，确保温度控制在1360～1450℃，采用低温快浇的方法，保证铁水在20～30秒内浇注完毕。每包浇注8件，剩下铁水回炉升高温度后再浇注，浇注过程中注意引气。

4.5铸件压箱

高铬铸铁热裂倾向比较大，铸件属于小型铸件，确定压箱时间为24小时，打箱是铸件温度在200℃一下即可。

4.6清理

高铬铸铁A05属于脆性材质，清理工序尤为重要，采用大锤敲打浇冒口致其脱落，不能锤打到铸件上面，清理冒口根部的冒口颈时不能连续作业，每磨5分钟后需要待铸件冷却后再打磨。

4.7热处理

由于客户要求材质硬度为50～60HRC，A05材质铸态硬度一般为40HRC左右，需要对铸件进行淬火热处理，加热到960～1050℃，保温4小时出炉空冷即可。

四、总结

我们公司是专业生产高铬铸铁材质铸件的厂家，对高铬铸铁工艺研究比较成熟，本文通过对吊架前段铸件的结构和材质需求进行了专门的铸造工艺设计，并采用计算机进行了模拟，对各工序进行了优化控制。按照此工艺生产此铸件几百件，仅出现两件废品，对铸件采用超声探伤，没有发现缩孔缩松等铸造缺陷，证明我们的工艺设计和优化是正确的。

参考文献

[1]《铸造手册》第五卷，铸造工艺分册，机械工业出版社，1994：205