承受液体压力铸件工艺设计研究论文
摘要：通过某型铣头体铸件两种不同工艺方案的分析对比和生产验证，选择出合理的工艺设计方案，对具有防渗漏要求的铸件工艺进行探索。
关键词：油压;渗漏;致密性和均匀性;逐层凝固;补缩冒口
机床铸件中有许多零件需要承受一定的油压，这类铸件内部组织必须要致密且均匀，如果铸件的内部有缩松或缩孔，零件在油压的作用下将会产生渗漏现象导致零件报废，影响生产周期和增加生产成本。以某型铣头体铸件为例，其具体情况如下：零件要求承压部位外壁为圆筒形状，最大壁厚为76mm，最小壁厚为20mm；质量为300kg，材质为HT300。在机床使用中，该零件要求承受的油压为8MPa，持续承受压力时间为4h，运行过程中不允许有渗漏现象。在首次工艺设计中试生产5件，在试压时发现5件均有渗漏现象，其中2件渗漏严重。经对工艺进行分析后发现，在铁液凝固时，由于工艺设计不合理造成上下两部分材质致密性不均匀，在铸件上箱部分形成内部缩松严重，因此铸件经受油压时会产生渗漏现象。
1首次工艺方案
该工艺采取一箱一件，将铸件横放，从铸件径向分型，一半铸件在下箱，一半铸件在上箱，内浇道设置为两道，浇注系统采用封闭式浇注，在铸件的两端头分别放置补缩冒口，如图1所示。铁液化学成分及浇注温度范围如表1所示。该工艺方案，采用3t铁液共计浇注5件，在加工过程中铸件表面目测没发现任何铸造缺陷，但是在试压时5件均发生渗漏现象，其中2件渗漏十分严重。对工艺复查后发现，渗漏部位都在铸件上箱部分铸件的最高部位，为此对渗漏较严重的铸件采取破坏性试验，发现在铸件所处上箱部分最高点处铸件内部组织明显有缩松现象,如图2所示。从破坏后整个铸件断面看，明显存在组织极不均匀，上箱部分铸件组织有明显缩松、缩孔且组织致密性差且不均匀，这是铸件产生渗漏的主要原因[1]。由于所生产的零件在试压过程中全部产生渗漏现象，因此对现行工艺优劣性进行分析和研究。
2工艺优劣性分析
优势：由于零件形状整体为圆柱形，采用第一种工艺方案造型简单，泥芯定位准确，浇注时不易偏移，所生产铸件内部尺寸精确度较易控制，同时铸件不易发生底漏现象。劣势：由于该零件的结构特点，若采用该工艺，将有一半铸件在上箱，因此铸件的补缩冒口压力头较小不利于铸件补缩。更为重要的是，从零件的结构上来看主要由两台圆柱构成，采用该工艺方案在铸件凝固过程中形成上箱部分铸件最高点面积小、凝固快、不利于补缩冒口对其补缩，同时在铸件凝固过程中上箱部分铸件铁液对下箱部分铸件形成补缩效应[2]，因此上箱部分铸件组织致密性不如下箱部分铸件，同时在上箱部分铸件最高处极易形成缩松或缩孔。虽然在最高点放置补缩冒口能避免缩孔的产生，但不能有效避免铸件内部缩松的产生，铸件整体材质的致密性和均匀性较差，在下箱部分铸件的致密性明显优于上箱部分，因此，如果铸件要求承受液体压力的情况下，铸件上箱部位极易产生渗漏现象。
3新工艺方案
通过对工艺方案进行分析后得出结论,要有效解决铸件渗漏现象，必须使承受液压部位铸件组织致密且均匀，同时内部不能出现任何缩松现象。基于这一理念采用了顺序凝固原理来重新设计铸造工艺[2]，新工艺方案如图3所示。该工艺采取一箱一件，将整个铸件立起来放置在下箱，铸件要求承压部位放置在最底面，两道内浇道设置在铸件底面，浇注系统采用封闭式浇注，铸件最顶面设置两个补缩冒口。
4新工艺优劣性分析和评估
优势：采用该工艺设计方案，将铸件立起来制作，铸件模样为整体木模，能确保铸件外形尺寸精确，有效避免配箱时错箱可能性；更重要的.是，采用该工艺方案将铸件要求承受油压的部分整体放置在最下端侧面，因铸件在凝固过程中处于逐层凝固方式，最下端铁液最先凝固，上端尚未凝固的铁液在重力作用下对其进行补缩，因此，该部分铸件组织致密从而有效解决下端部分铸件微观缩松现象，对铸件防渗漏起着决定性的作用。并且同一水平面上的部分铸件冷却速度基本相同，从而使整体的铸件组织均匀，有效解决了第一种工艺设计方案带来的组织和致密性不均匀及局部地方缩松所导致渗漏等缺陷，同时该工艺方案铸件全部处于底箱，冒口在上箱，从而使冒口压力增大，更能有效对铸件进行补缩。劣势：采用该工艺设计方案，配箱时泥芯定位较第一种方案困难，如果固定不稳，浇注时有漂芯的可能性；采用该方案比第一种方案多摏出一个平底箱，从而增加劳动强度，若卡箱不注意，在浇注时漏箱的可能性增大。采用新工艺后，同时制作5件，采用3t铁液进行浇注，其铁液化学成分及浇注温度如表2所示。
5新工艺方案生产验证
采用新工艺制作了5件试验件，在加工过程中目测未发现任何缺陷，加工完成后对5件零件进行试压测试，5件均未发生漏油现象，满足设计要求。随后又进行了4个批次的生产，共计生产46件，其中两件由于夹砂导致报废外，其余44件铸件在试压时均未发生渗漏现象，完全达到了设计要求。
6结论
每一种铸造工艺设计方案都有其优劣性，因此，在设计铸件工艺方案时应考虑到铸件使用时的具体要求，若有承受油压时必须首先考虑承压部分组织的均匀性和致密性，并结合铸件的具体形状尽量使零件承压部分铁液凝固方式趋向于逐层凝固方式且处于最先凝固，以获得良好的致密性，并使同一水平面上的部分冷却速度相同，以达到铸件组织均匀的目的，这样能有效防止零件在承受油压时产生渗漏现象。
参考文献
［1］李庆春.铸件形成理论基础［M］.北京：机械工业出版社，1982.
［2］郝石坚.现代铸铁［M］．北京：冶金工业出版社，2009.
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