CN101342574B - 大型横梁铸件的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型横梁铸件的设计方法，包括以下几个步骤：①模具采用三箱造型，模型底框采用厚方管焊接而成，且长度方向采用整根方管制成；②内浇口设在铸件长度方向的单侧中心部位；③铸件上部、下部和侧面各留有机械加工余量，且在上箱非加工面上安放了泥芯撑；④采用半封闭式底注浇注系统，各组元截面积比是∑A直∶∑A横∶∑A内＝1.25∶1.55∶1；⑤在砂箱上设计了法兰边，内壁采用厚的钢板焊接，长度方向的钢板采用整块钢板；⑥在铸件配箱结束后将夹紧装置放到砂箱上，然后用梯形块插入砂箱与夹紧装置之间并打实；⑦在铸件中间较厚的部位增放了冷铁。采用以上的方法后，能防止超长型横梁铸件的变形，即提高成品的合格率。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型横梁铸件的设计方法。
背景技术
目前，不少横梁采用了砂型铸造工艺，但是横梁是一种长型零件，尤其是宽度大于1400mm、高度大于900mm、长度大于9000mm的大型横梁铸件，由于其零件本身超长，很容易变形报废。因此在铸造时，铸件的变形量主要取决于残余应力的大小、铸件结构刚性是否合理、砂箱刚性是否合理、铸件的长度、型砂强度及浇注温度等等，只要其中有一种或一种以上的因素达不到要求就很有可能发生铸件变形，最终导致铸件报废，即降低铸件成品的合格率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能提高铸件成品合格率的大型横梁铸件的设计方法。
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种大型横梁铸件的设计方法，它包括以下几个步骤：
①先进行模具设计及分型面的确定，即所述的模具采用三箱造型，模型底框采用厚方管焊接而成，且长度方向采用整根方管制成，在型板上铺两层木板和一层胶合板；模具各自安装在中、下箱型板中，然后与底框固紧；
②浇注位置的确定，即内浇口数量为两个，设在铸件长度方向的单侧中心部位；
③工艺参数的确定，即铸件上部、下部和侧面各留有机械加工余量，铸件砂芯为有芯头砂芯，且在上箱非加工面上安放了泥芯撑；
④浇注系统的设计，即采用半封闭式底注浇注系统，最小截面积设置在内浇口上，各组元截面积比是∑A直∶∑A横∶∑A内＝1.25∶1.55∶1；
⑤砂箱的设计，即在砂箱上设计了法兰边，内壁采用厚的钢板焊接，长度方向的钢板采用整块钢板，上、下箱砂箱高度分别控制在600mm～700mm，砂箱箱挡高度控制在300mm～400mm；
⑥夹紧装置的设计，即在铸件配箱结束后将夹紧装置放到砂箱上，然后用梯形块插入砂箱与夹紧装置之间并打实；
⑦浇注温度的控制及冷铁的设置，即在铸件中间较厚的部位增放了冷铁，浇注温度控制在1300℃～1305℃，浇注时间为100秒～110秒。
采用以上的方法后，由于在造型、浇注位置、砂箱的设计、夹紧装置的设计、浇注温度及冷铁的设置这些工艺步骤中均针对铸件的特点进行防止超长型横梁铸件的变形，因此能降低铸件的报废率，即提高成品的合格率。
所述的模具采用东北红松。
所述的模型底框采用的厚方管为200mm×200mm×10mm的方管。
所述的胶合板的厚度不少于20mm。
所述步骤②中的两个内浇口之间的距离不小于1000mm。
所述的铸件上部的机械加工余量为+20mm，下部和侧部的机械加工余量为+15mm。
所述的砂箱设计中，内壁采用50mm厚的钢板，所述的法兰边采用40mm厚的钢板，砂箱箱挡采用30mm厚钢板，上、下箱砂箱高度分别控制在600mm，砂箱箱挡高度控制在300mm。
所述的浇注温度采用1305℃，浇注时间采用106秒。
以上的这些改进，均是更大限度地减小铸件的变形。
附图说明
图1所示的是本发明大型横梁铸件的设计方法中铸件示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
由图1所示的本发明大型横梁铸件的设计方法中铸件示意图可知，本大型横梁铸件的设计方法包括以下步骤：
①先进行模具制作及分型面的确定：针对该铸件的结构特点，工艺设计时采用三箱造型，其中模具采用东北红松，模型底框采用200mm×200mm×10mm的厚方管焊接而成，而且长度方向的方管必须采用整根方管制成，主要目的是为了不使模具变形，提高模具的整体结构性能。在型板上铺两层木板和一层厚度不少于20mm的胶合板。模具各自安装在中、下箱型板中。模具要嵌入型板内20mm深，然后采用M20的螺丝与底框固紧，必须要保证型板与模具固定牢固。
②浇注位置的确定：依据“大流量、低流速、平稳洁净地充型”的原则，为了尽可能使铁液充型后型腔内温度场均衡，针对横梁铸件的结构特点，而且还要考虑生产成本的节约，为此内浇口设在铸件长度方向单侧面的中心部位，这样能缩小砂箱内径尺寸，而且两个内浇口之间的距离不小于1000mm，是为了让两端总高度不高的地方多进铁，从而达到型腔内铁水温度均衡。
③工艺参数的确定：铸件留了机械加工余量，其中上部为+20mm，下部、侧部均为+15mm。该铸件的砂芯全部为有芯头砂芯，为了确保内腔泥芯不抬起撞穿，在上箱非加工面上安放了泥芯撑。
④浇注系统的设计：按照大孔出流理论设计浇注系统，球墨铸件宜即采用半封闭式底注浇注系统，这样有利于铁液平稳进入型腔，也有利于熔渣的上浮。最小截面积设置在内浇口上，各组元截面积比这∑A直∶∑A横∶∑A内＝1.25∶1.55∶1，因此只需计算出最小截流面积∑A内，即可确定其余各组元截面积。
⑤砂箱的设计：为了确保铸型在起吊、浇注时有足够的强度，考虑到砂箱结构的合理性、起吊攀位置的合理安排，砂箱采用300mm宽的法兰边，增加砂箱在起吊时的强度和球铁在石墨膨胀时有足够的强度来抵挡，则内壁采用50mm厚的钢板焊接，长度方向的钢板必须采用整块钢板来提高砂箱的整体强度。法兰边则用40mm厚钢板，砂箱箱挡用30mm厚钢板，目的是在保证有足够强度的前提下来节省成本。上、下箱砂箱高度分别控制在600mm，砂箱箱挡的高度必须控制在300mm，这样可以保证铸型起模后不变形，并且可以承受铸件、型砂及上中箱的总重量的压力。起吊攀位于离中心5000mm，目的是在起吊时重心借到两侧面，使箱壁不易变形。
⑥夹紧装置的设计：夹紧装置的主要作用是铸件在浇注完毕后，液态金属冷却至共晶线以下时，石墨开始大量析出带来的巨大的膨胀力，可能将砂箱抬起、铸型型腔胀大而引起的铸件变形，因此在铸型配箱结束后将夹紧装置放到砂箱上，然后采用梯形块插入砂箱与夹紧装置之间并打实。
⑦浇注温度的控制及冷铁的设置：由于横梁铸件壁厚不均匀，在冷却过程中厚、薄两部分温度相差较大，中间较厚部分冷却慢而具有残余拉应力，侧壁部分具有压应力，促使铸件产生翘曲变形，因此在中间较厚部分的上面增放了冷铁来减小厚、薄两部分的温度相差，来减少残余应力。浇注温度控制在1300℃～1305℃，温度过高则残余应力增加，温度过低可能浇注不足，所以控制在1305℃为宜。浇注时间为106秒。
Claims (8)
1.一种大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的设计方法包括以下几个步骤：
①先进行模具设计及分型面的确定，即所述的模具采用三箱造型，模型底框采用厚方管焊接而成，且长度方向采用整根方管制成，在型板上铺两层木板和一层胶合板；模具各自安装在中、下箱型板中，然后与底框固紧；
②浇注位置的确定，即内浇口数量为两个，设在铸件长度方向的单侧中心部位；
③工艺参数的确定，即铸件上部、下部和侧面各留有机械加工余量，铸件砂芯为有芯头砂芯，且在上箱非加工面上安放了泥芯撑；
④浇注系统的设计，即采用半封闭式底注浇注系统，最小截面积设置在内浇口上，各组元截面积比是∑A直∶∑A横∶∑A内＝1.25∶1.55∶1；
⑤砂箱的设计，即在砂箱上设计了法兰边，内壁采用厚的钢板焊接，长度方向的钢板采用整块钢板，上、下箱砂箱高度分别控制在600mm～700mm，砂箱箱挡高度控制在300mm～400mm；
⑥夹紧装置的设计，即在铸件配箱结束后将夹紧装置放到砂箱上，然后采用梯形块插入砂箱与夹紧装置之间并打实；
⑦浇注温度的控制及冷铁的设置，即在铸件中间较厚的部位增放了冷铁，浇注温度控制在1300℃～1305℃，浇注时间为100秒～110秒。
2.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的模具采用东北红松。
3.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的模型底框采用的厚方管为200mm×200mm×10mm的方管。
4.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的胶合板的厚度不少于20mm。
5.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述步骤②中的两个内浇口之间的距离不小于1000mm。
6.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的铸件上部的机械加工余量为+20mm，下部和侧部的机械加工余量为+15mm。
7.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的砂箱设计中，内壁采用50mm厚的钢板，所述的法兰边采用40mm厚的钢板，砂箱箱挡采用30mm厚钢板，上、下箱砂箱高度分别控制在600mm，砂箱箱挡高度控制在300mm。
8.根据权利要求1所述的大型横梁铸件的设计方法，其特征在于：所述的浇注温度采用1305℃，浇注时间采用106秒。
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