李瑛輝，李嘉豪，李 棟，杜文強(qiáng)

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

滑油模塊鑄件的研發(fā)

李瑛輝，李嘉豪，李 棟，杜文強(qiáng)

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 750021）

介紹了一種多內(nèi)腔薄壁球鐵件的3D打印鑄造工藝研發(fā)過程，解決了由于鑄件內(nèi)腔大、芯頭小造成的澆注過程芯頭斷裂和由砂芯強(qiáng)度不足造成砂芯薄弱部位斷裂所導(dǎo)致的鑄件皮透問題。

滑油模塊鑄件；3D打??；皮透

滑油模塊是一種多內(nèi)腔薄壁球鐵鑄件，材質(zhì)為QT400-15，單個產(chǎn)品重量為891 kg，輪廓尺寸為1286m m×800m m×396 m m，其內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均，最大壁厚38 m m，最小壁厚12 m m，控制壁厚13.5 m m.鑄件加工、打孔部位多，縮松控制難度大。由于研制周期短，訂單數(shù)量少，故使用3D打印工藝研發(fā)此鑄件。鑄件外形輪廓如圖1所示。

圖1 滑油模塊外形輪廓示意圖

鑄件機(jī)械加工余量按GB/T6414-1999中H級公差規(guī)定執(zhí)行，尺寸公差應(yīng)符合CT11級標(biāo)準(zhǔn)，壁厚公差按CT12級標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。鑄件各區(qū)域材料應(yīng)分布均勻、致密，不允許有熱裂、裂紋、冷隔、縮孔、夾渣等嚴(yán)重缺陷。加工打孔等重要區(qū)域只允許存在不超過EN 12680-3-2011規(guī)定的2級缺陷，其他區(qū)域允許存在不超過3級缺陷。

1 設(shè)計思路

鑄造工藝采用開放式澆注系統(tǒng)，以直澆道為阻流截面，根據(jù)式（1）進(jìn)行計算，澆注系統(tǒng)各部分截面積比例?。骸浦薄谩茩M∶∑內(nèi)=1∶1.4∶2.5，直澆道橫截面積為3 864 m m2，橫澆道橫截面積為5 500 m m2，內(nèi)澆道橫截面積為9 588 m m2.

式中：S——阻流截面面積，m m；

W——流經(jīng)阻流截面的鐵水重量，kg；

ρ——鐵水密度，g/cm3；

t——充型時間，s；

h——靜水壓頭高度，cm；

fv——速度系數(shù)，m/s.

考慮滑油模塊鑄件壁厚較均勻，且壁厚較小，無法形成從頂面到底面的補(bǔ)縮通道，而鑄件底面和頂面存在大量加工打孔的重要區(qū)域，因此底面加工量取5 m m，靠冷鐵和提高碳當(dāng)量控制縮松；此外頂面加工量取15 m m，靠冒口控制縮松的同時，較大的加工量可以保證鑄件加工后頂面不會存在夾渣等缺陷；其余面加工量取8 m m.

鑄件由11個腔組成，各腔之間相互獨(dú)立，為保證各腔內(nèi)部無披縫，便于清理和過程控制，在分芯時保證各內(nèi)腔芯的完整性，再結(jié)合M AGM A模擬合格方案中冷鐵、冒口設(shè)置方案，將外輪廓砂芯分為4塊，并與內(nèi)腔芯求和得到分芯方案，如圖2所示。其中圖2 a）為內(nèi)腔芯示意圖；圖2 b）為滑油模塊1#芯分芯示意圖，由圖2 a）中的4塊內(nèi)腔芯和外皮組成1#芯；圖2 c）為滑油模塊2#芯，2#芯為單獨(dú)的澆道芯；圖2 d）為滑油模塊3#芯分芯示意圖，由圖a）中的4塊內(nèi)腔芯和外皮組成3#芯；圖2 e）為滑油模塊4#芯分芯示意圖，由圖2 a）中的4塊內(nèi)腔芯和外皮組成1#芯。由于鑄件內(nèi)腔多，砂芯間連接結(jié)構(gòu)數(shù)量少且橫截面積小，為防止砂芯在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中芯頭斷裂，在砂芯各內(nèi)腔芯之間設(shè)置拉筋，組芯前切除。

圖2 滑油模塊分芯方案

2 研發(fā)過程

滑油模塊初期工藝方案如圖3所示，鑄件11個φ27 m m貫通孔全部鑄死，為控制貫通孔部位縮松，在鑄件貫通孔位置四周設(shè)置冷鐵，頂面對應(yīng)位置設(shè)置冒口，鑄造工藝中共用到39種共61塊冷鐵，4種共17個保溫發(fā)熱冒口。初次試制有兩處內(nèi)腔皮透，皮透位置如圖4所示。

圖3 滑油模塊初期鑄造工藝方案

圖4 滑油模塊首件皮透位置

其中圖4a）所示皮透原因?yàn)樗趦?nèi)腔水平截面過大，僅有三個孔與外部聯(lián)通，因此砂芯上僅靠三個芯頭支撐。在澆注過程中，由于砂芯水平截面大，因此受到浮力也大，在鐵水的浮力作用下芯頭處斷裂，砂芯上浮，從而導(dǎo)致鑄件內(nèi)腔皮透。圖4b）所示位置處內(nèi)腔狹長段，橫截面面積過小，本身強(qiáng)度不足，在鐵水浮力作用下，狹長段斷裂、上浮，從而導(dǎo)致內(nèi)腔皮透。

經(jīng)過分析論證，制定了相應(yīng)的皮透解決措施。如圖5a）所示，在水平方向使用隨形芯鐵增強(qiáng)砂芯整體強(qiáng)度，同時使用豎直方向的芯鐵，依靠豎直方向芯鐵對水平芯鐵的拉力，將整塊內(nèi)腔芯與底面砂芯結(jié)合在一起，解決圖4a）所示的皮透現(xiàn)象。如圖5b）所示，通過在砂芯狹長部位中心埋入芯鐵增強(qiáng)砂芯自身強(qiáng)度，解決圖4b）所示的皮透現(xiàn)象。

圖5 滑油模塊首件皮透解決措施

圖6 滑油模塊第二件皮透示意圖

第二輪試制中依據(jù)首件劃線結(jié)果對鑄件局部尺寸進(jìn)行了調(diào)整，并使用過冷芯鐵，鑄件首輪試制的兩處皮透問題得到解決，并且第二輪試制劃線合格。但如圖6圓圈部分所示，又發(fā)現(xiàn)了一處新的皮透。

對第二件進(jìn)行局部解剖，發(fā)現(xiàn)皮透處靠近“L”型腔一側(cè)有夾砂、粘砂等缺陷。故分析皮透原因?yàn)槠ね覆课桓浇癓”型腔過窄，導(dǎo)致芯鐵與皮透部位間吃砂量太小，同時在埋入芯鐵的過程中，沒有填入背砂，該部位形成獨(dú)立的薄壁結(jié)構(gòu)，澆注過程中，在鐵水沖擊等因素影響下，此處砂芯與主體分離，導(dǎo)致鑄件夾砂、皮透。

最終，制定了解決皮透現(xiàn)象的措施為：在保證芯鐵給砂芯提供足夠強(qiáng)度支持的前提下，減小芯鐵直徑。同時，在埋入芯鐵時，先填入一層背砂，再埋入芯鐵，避免砂芯形成獨(dú)立的薄壁結(jié)構(gòu)，同時使芯鐵和砂芯之間結(jié)合更加緊密。

在第三輪試制中所有皮透問題得到解決，鑄件結(jié)構(gòu)完整，尺寸精確，各項(xiàng)性能參數(shù)符合要求。

3 結(jié) 論

在砂芯薄弱部位植入芯鐵可有效提高3D打印砂芯強(qiáng)度，避免由于砂芯強(qiáng)度不足，澆注過程中砂芯斷裂導(dǎo)致的鑄件皮透報廢問題。

通過對芯鐵直徑的控制和背砂的填入，解決了鑄件狹窄部位在植入芯鐵后吃砂量不足形成薄壁結(jié)構(gòu)，澆注過程中這種薄壁結(jié)構(gòu)與主體分離，所導(dǎo)致的夾砂、皮透缺陷。

［1］ 魏華勝，李元才，吳志超，等.鑄造工程基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

Research and Development of Oil Module Casting

LI Ying-hui，LI Jia-hao，LI Dong，DU Wen-qiang
（KOCEL CO.，LTD.，Yinchuan Ningxia 750021，China）

The research and development process of a ductile iron casting with multiple cavity and thin-wall was introduced in this paper.With 3D printing casting，the open core problem caused by core print crack formed in pouring due to large cavity and small core print and by weak part crack of core print due to its low strength was solved.

casting，3D printing，open core

TG249.9

A

1674-6694（2017）04-0015-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.04.006

2017-05-10

李瑛輝（1983-），女，漢族，黑龍江省青岡縣人，工程師，工商管理碩士，主要從事鑄鐵件工藝設(shè)計及改進(jìn)研究。