CN111299536B - 用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法 - Google Patents

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CN111299536B CN202010160891.2A CN202010160891A CN111299536B CN 111299536 B CN111299536 B CN 111299536B CN 202010160891 A CN202010160891 A CN 202010160891A CN 111299536 B CN111299536 B CN 111299536B
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Abstract

提供一种用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，根据铸件不同结构特点分别采用不同补缩效率冒口和冷铁相结合的方案，既平衡分布在铸型不同高度区域厚大孤立热节，又控制和利用不同高度厚大孤立热节之间的相互影响，解决处于球墨铸铁铸件浇注位置不同高度厚大孤立热节的有效补缩和满足球墨铸铁铸件趋于同时凝固的条件。消除机体内部出现缩松缺陷的风险，提高有效补缩的作用，有效提高铁水液态收缩时冒口对孤立热节的补缩，使铁水石墨化膨胀时冒口径及时凝固关闭，实现厚大孤立热节部位的内部致密。

Description

用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法。
背景技术
目前，柴油机的机体属于大型复杂球墨铸铁件，机体的输出端部位厚大孤立热节多，以MAN32/40柴油机机体为例，如图1所示，机体上端扇形轴承座1的厚度最大160mm，最小135mm，扇形轴承座1的宽度185mm，距扇形轴承座1中心下部435mm处有直径φ215mm、厚度为175mm的圆柱形中轮轴安装凸台2，距扇形轴承座1中心下部740mm处(或距圆柱形中轮轴安装凸台2下部中心高度305处)有厚度为最小175mm，最大245mm×245mm的多边形中轮轴安装凸台3，均属于厚大孤立热节，都容易产生缩孔、缩松缺陷。特别是圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3在铸型中的高度位置超出上部轴承座冒口补缩延续度范围，又无法单独通过冷铁激冷解决内部缩松质量问题，使得机体孤立厚大热节的内部致密存在风险，因此，针对上述问题，有必要进行改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，根据铸件不同结构特点分别采用不同补缩效率冒口和冷铁相结合的方案，既平衡分布在铸型不同高度区域厚大孤立热节，又控制和利用不同高度厚大孤立热节之间的相互影响。解决处于球墨铸铁铸件浇注位置不同高度厚大孤立热节的有效补缩和满足球墨铸铁铸件趋于同时凝固的条件。消除机体内部出现缩松缺陷的风险。
本发明采用的技术方案：用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，包括以下步骤：
1)根据柴油机机体的结构，在进行造型制芯时，在柴油机机体两侧底脚板上端设置保温顶冒口，并在底脚板底部设置冷铁I，所述保温顶冒口和冷铁I的尺寸根据底脚板的尺寸进行确定后制作；
2)根据柴油机机体中的扇形轴承座、圆柱形中轮轴安装凸台和多边形中轮轴安装凸台的位置关系，在扇形轴承座顶部设置与球形气体通道连通的球形暗冒口，并在扇形轴承座两侧壁处设置冷铁组件，所述球形暗冒口和冷铁组件的尺寸根据扇形轴承座的尺寸确定后制作，在圆柱形中轮轴安装凸台外侧设置与侧冒口气体通道连通的保温侧冒口，且保温侧冒口的尺寸根据圆柱形中轮轴安装凸台的尺寸确定后制作，在多边形中轮轴安装凸台外壁和底部分别设置冷铁Ⅱ和冷铁Ⅲ，且冷铁Ⅱ与冷铁Ⅲ的尺寸根据多边形中轮轴安装凸台的尺寸确定后制作；
3)在型芯舂砂前将保温顶冒口定位安装于底脚板上端处的模具上，在底脚板底平面舂砂前将多块冷铁I均布于底脚板底部处的模具内；
4)将木质球形暗冒口固定安装于位于扇形轴承座顶部位置的模具上，且扇形轴承座顶部的球形暗冒口上端通过向扇形轴承座的中心线45℃倾斜的气体通道下端连接，所述气体通道和与气体通道交汇端连接的气体通道I形成球形气体通道，在扇形轴承座舂砂前将冷铁组件设置于扇形轴承座两侧壁处的模具内；
在型芯舂砂前将保温侧冒口定位安装于圆柱形中轮轴安装凸台外侧位置处的模具上，且保温侧冒口上端的出气孔内插接有沿扇形轴承座方向向上形成侧冒口气体通道的螺旋管；在型芯舂砂前将多块冷铁Ⅱ和冷铁Ⅲ分别布置于多边形中轮轴安装凸台外侧壁和底面处的模具内；
5)型芯制作和造型结束后，进行配型合箱，最后进行铁水充型。
上述步骤1)中，所述保温顶冒口内径D1的计算过程如下：
根据底脚板的厚度a1和宽度b1以及卡塞理论，得出底脚板的模数Ms1为：
Figure GDA0003634263930000031
MT1＝0.8Ms1
保温顶冒口的内径D1为：D1＝4f11MT1
由此可得：
Figure GDA0003634263930000032
上述中，MT1为保温顶冒口模数，f11为增加系数且f11的取值范围为：1.0≤f11≤1.9；
所述保温顶冒口方形冒口颈外部边长C1的计算过程如下：
C1＝4f12M1
M1＝0.6MT1
由此可得：
Figure GDA0003634263930000033
上式中，M1为圆柱形保温顶冒口冒口颈模数，f12为圆柱形保温顶冒口冒口颈的缩小系数且f12的取值范围为：0.5≤f11≤0.9；
所述冷铁I的厚度尺寸T1的计算过程如下：
T1＝t1·T热节1
上式中，t1为厚度系数，取值范围为0.3≤t1≤1.0，T热节1为底脚板的厚度，即T热节1＝a1。
上述步骤1)中，所述圆柱形保温顶冒口采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉材料制成。
上述步骤2)中，所述球形暗冒口内径D2的计算过程如下：
根据扇形轴承座的厚度a2和宽度b2以及卡塞理论，得出扇形轴承座的模数Ms2为：
Figure GDA0003634263930000041
MT2＝0.8Ms2
球形暗冒口的内径D2为：D2＝6f21MT2
由此可得：
Figure GDA0003634263930000042
上述中，MT2为球形暗冒口模数，f21为增加系数且f21的取值范围为：1.0≤f21≤1.9；
所述球形暗冒口方形冒口颈外部边长C2的计算过程如下：
C2＝4f22M2
M2＝0.6MT2
由此可得：
Figure GDA0003634263930000043
上式中，M2为球形暗冒口冒口颈模数，f22为球形暗冒口冒口颈的缩小系数且f22的取值范围为：0.5≤f21≤0.9。
上述步骤2)中，所述冷铁组件包括设置于扇形轴承座一侧壁的冷铁IV和冷铁Ⅴ和设置于扇形轴承座另一侧壁的冷铁IV和冷铁Ⅵ，所述冷铁IV设置于扇形轴承座侧壁的上半部分且位于扇形轴承座不同的侧壁上的冷铁Ⅴ和冷铁Ⅵ设置于扇形轴承座侧壁的下半部分，并依照上疏下密、上小下大的原则设置，所述冷铁IV、冷铁Ⅴ和冷铁Ⅵ的厚度尺寸T2的计算过程如下：
T2＝t2·T热节2
上式中，t2为厚度系数，取值范围为0.3≤t2≤1.0，T热节2为扇形轴承座的厚度，即T热节2＝a2。
上述步骤2)中，所述保温侧冒口内径D3的计算过程如下：
根据圆柱形中轮轴安装凸台的直径d和和高度h以及卡塞理论，得出圆柱形中轮轴安装凸台的模数Ms3为：
Figure GDA0003634263930000051
MT3＝0.8Ms3
保温侧冒口的内径D3为：D3＝4f31MT3
由此可得：
Figure GDA0003634263930000052
上述中，MT3为保温侧冒口模数，f31为增加系数且f31的取值范围为：1.0≤f31≤1.9；
所述保温侧冒口方形冒口颈外部边长C3的计算过程如下：
C3＝4f32M3
M3＝0.6MT3
由此可得：
Figure GDA0003634263930000053
上式中，M3为保温侧冒口冒口颈模数，f32为保温侧冒口冒口颈的缩小系数且f32的取值范围为：0.5≤f32≤0.9；
所述冷铁Ⅱ和冷铁Ⅲ的厚度尺寸T3的计算过程如下：
T3＝t3·T热节3
上式中，t3为厚度系数，取值范围为0.3≤t3≤1.0，T热节3为多边形中轮轴安装凸台的厚度a3，即T热节3＝a3。
上述步骤2)中，所述保温侧冒口采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉材料制成。
上述步骤3)中，所述底脚板上端处的模具上固定有定位块，且保温顶冒口与定位块适配后安装于底脚板上端处的模具上。
上述步骤4)中，所述保温侧冒口通过设置于模具上的定位搭子定位安装于圆柱形中轮轴安装凸台外侧位置处的模具上，所述保温侧冒口上端内液面高于扇形轴承座上端面50mm。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本技术方案通过根据铸件不同结构特点分别采用不同补缩效率冒口和冷铁相结合的方案，既平衡分布在铸型不同高度区域厚大孤立热节，又控制和利用不同高度厚大孤立热节之间的相互影响，解决处于球墨铸铁铸件浇注位置不同高度厚大孤立热节的有效补缩和满足球墨铸铁铸件趋于同时凝固的条件，消除机体内部出现缩松缺陷的风险增强液态收缩时冒口对孤立热节的补缩效果，石墨化膨胀时冒口径及时凝固关闭，实现厚大孤立热节部位的内部致密；
2、本技术方案在扇形轴承座上端顶部采用球形暗冒口进行液态补缩，扇形轴承座两侧设置冷铁组件，且冷铁组件的布置采取上疏下密、上小下大的原则进行铺设，强化方向性(顺序)凝固条件，加快冷却速度，并形成扇形轴承座部位与下部圆柱形中轮轴安装凸台热节的隔断效果；
3、本技术方案在上部的圆柱形中轮轴安装凸台侧面部位设置保温侧冒口，并使保温侧冒口上端内部铁水液面高于扇形轴承座上端顶面，可有效避免铁水体积收缩过程保温侧冒口对扇形轴承座部位形成液态倒抽，增加处于扇形轴承座下部圆柱形中轮轴安装凸台和多边形中轮轴安装凸台两处部位的液态补缩，平衡处于因高度差造成的扇形轴承座下部的圆柱形中轮轴安装凸台和多边形中轮轴安装凸台对扇形轴承座部位铁水补缩的依赖；
4、本技术方案在多边形中轮轴安装凸台侧面采用尺寸较大的冷铁，加快铸件热节部位的冷却速度，增大铸件表面和中心的温度梯度，有利于提高石墨化膨胀的利用程度和提高冒口的补缩效果，在多边形中轮轴安装凸台底部设置冷铁加快区域，提高冷却速度，强化部位方向性(顺序)凝固的条件，有效提高保温侧冒口对多边形中轮轴安装凸台的有效补缩；
5、本技术方案解决了大型复杂球墨铸铁机体在铸造时齿轮箱中轮轴孔部位厚大孤立热节的液态补缩问题，消除缩松等铸造缺陷，实现了机体批量生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图1-2描述本发明的一种实施例，从而对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，本实施例具体以MAN32/40柴油机机体为例，包括以下步骤：
1)根据柴油机机体的结构，在进行造型制芯时，在柴油机机体两侧底脚板6上端设置保温顶冒口7，并在底脚板6底部设置冷铁I8，所述保温顶冒口7和冷铁I8的尺寸根据底脚板6的尺寸进行确定后制作；具体的，所述保温顶冒口7内径D1的计算过程如下：
根据底脚板6的厚度a1和宽度b1以及卡塞理论，得出底脚板6的模数Ms1为：
Figure GDA0003634263930000081
MT1＝0.8Ms1
保温顶冒口7的内径D1为：D1＝4f11MT1
由此可得：
Figure GDA0003634263930000082
上述中，MT1为保温顶冒口7模数，f11为增加系数且f11的取值范围为：1.0≤f11≤1.9；
所述保温顶冒口7方形冒口颈外部边长C1的计算过程如下：
C1＝4f12M1
M1＝0.6MT1
由此可得：
Figure GDA0003634263930000091
上式中，M1为圆柱形保温顶冒口7冒口颈模数，f12为圆柱形保温顶冒口7冒口颈的缩小系数且f12的取值范围为：0.5≤f11≤0.9；
所述冷铁I8的厚度尺寸T1的计算过程如下：
T1＝t1·T热节1
上式中，t1为厚度系数，取值范围为0.3≤t1≤1.0，T热节1为底脚板6的厚度，即T热节1＝a1；所述圆柱形保温顶冒口7采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉材料制成。
以MAN32/40柴油机机体为例，根据底脚板6的厚度a1＝200mm，宽度b1＝182mm，f11取1.6，根据
Figure GDA0003634263930000092
计算保温顶冒口7的内径D1并取整，得出：D1≈240mm；
所述保温顶冒口7方形冒口颈外部边长C1计算时，f12取0.8，根据
Figure GDA0003634263930000093
计算后取整得出保温顶冒口7方形冒口颈外部边长C1≈70mm，则保温顶冒口7方形冒口颈外部尺寸为70mm×70mm；
保温顶冒口7位置的确定：为避免增大保温顶冒口7和底脚板6需补缩区域接触热节及轴瓦连接区域的交叉热节，保温顶冒口7设置在宽度方向距曲轴瓦中心635mm(或偏离底脚板热节中心约80mm)，长度方向偏离轴瓦中心100mm处，采用65mm×65mm，高度20mm的定位块在模具上进行定位；保温顶冒口7采用蓄热系数非常小具有保温功能的珍珠岩粉为材料，具有补缩效率更高的优点，在型芯舂砂前将保温顶冒口7成型冒口安装在模具9内底脚板6位置65mm×65mm，高度20mm的定位块进行定位，防止舂砂过程保温顶冒口7偏离原有位置，在保温顶冒口7顶部设有φ60mm的出气孔与铸型外联通，起模后保温顶冒口7留在型芯内；
计算冷铁I8的厚度尺寸T1，t1取0.3，冷铁I8的厚度尺寸得T1＝0.3·T热节1＝0.3×200＝60mm，冷铁I8的数量根据底脚板6底部区域大小进行设置，MAN32/40柴油机机体中厚度为60mm，尺寸为100mm×80mm的冷铁I8设置十块，按照间距40mm的方法在底脚板6的底平面舂砂前进行布置，加快底脚板6热节部位的冷却速度，增加上部保温顶冒口7的补缩的延续深度。
2)根据柴油机机体中的扇形轴承座1、圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3的位置关系，在扇形轴承座1顶部设置与球形气体通道5连通的球形暗冒口4，并在扇形轴承座1两侧壁处设置冷铁组件，所述球形暗冒口4和冷铁组件的尺寸根据扇形轴承座1的尺寸确定后制作，在圆柱形中轮轴安装凸台2外侧设置与侧冒口气体通道10连通的保温侧冒口11，且保温侧冒口11的尺寸根据圆柱形中轮轴安装凸台2的尺寸确定后制作，在多边形中轮轴安装凸台3外壁和底部分别设置冷铁Ⅱ12和冷铁Ⅲ13，且冷铁Ⅱ12与冷铁Ⅲ13的尺寸根据多边形中轮轴安装凸台3的尺寸确定后制作；具体的，所述球形暗冒口4内径D2的计算过程如下：
根据扇形轴承座1的厚度a2和宽度b2以及卡塞理论，得出扇形轴承座1的模数Ms2为：
Figure GDA0003634263930000101
MT2＝0.8Ms2
球形暗冒口4的内径D2为：D2＝6f21MT2
由此可得：
Figure GDA0003634263930000111
上述中，MT2为球形暗冒口4模数，f21为增加系数且f21的取值范围为：1.0≤f21≤1.9；
所述球形暗冒口4方形冒口颈外部边长C2的计算过程如下：
C2＝4f22M2
M2＝0.6MT2
由此可得：
Figure GDA0003634263930000112
上式中，M2为球形暗冒口4冒口颈模数，f22为球形暗冒口4冒口颈的缩小系数且f22的取值范围为：0.5≤f21≤0.9；
MAN32/40柴油机机体中，扇形轴承座1的最大厚度160mm，最小厚度为135mm，在此，取扇形轴承座1的厚度a2＝160mm，宽度b2＝185mm，f21取1.0，根据公式球形暗冒口4的内径
Figure GDA0003634263930000113
由此计算后取整得出D2＝200mm；
所述球形暗冒口4方形冒口颈外部边长C2计算时，f21取0.86，根据
Figure GDA0003634263930000114
计算取整后得出，球形暗冒口4方形冒口颈外部边长C2≈70mm，因此，球形暗冒口4方形冒口颈外部尺寸为70mm×70mm；
球形暗冒口4位置的确定：为使球形暗冒口4和扇形轴承座1周围吃砂量最小大于20mm的距离，将球形暗冒口4设置在宽度方向距曲轴瓦中心190mm，长度方向在轴瓦中心处；球形暗冒口4材质为木质，安装在木质模具9相应位置，起模过程随模具9一起脱出。球形暗冒口4上部两侧向扇形轴承座1中心斜45°安装φ30的气体通道14，汇合后再以φ40的木质气体通道I15形球形气体通道5向外的出气通道，与其上部φ60孔联通引出铸型外；
所述冷铁组件包括设置于扇形轴承座1一侧壁的冷铁IV17和冷铁Ⅴ18和设置于扇形轴承座1另一侧壁的冷铁IV17和冷铁Ⅵ19，所述冷铁IV17设置于扇形轴承座1侧壁的上半部分且位于扇形轴承座1不同的侧壁上的冷铁Ⅴ18和冷铁Ⅵ19设置于扇形轴承座1侧壁的下半部分，并依照上疏下密、上小下大的原则设置，所述冷铁IV17、冷铁Ⅴ18和冷铁Ⅵ19的厚度尺寸T2的计算过程如下：
T2＝t2·T热节2
上式中，t2为厚度系数，取值范围为0.3≤t2≤1.0，T热节2为扇形轴承座1的厚度，即T热节2＝a2。
所述冷铁IV17、冷铁Ⅴ18和冷铁Ⅵ19的厚度尺寸T2＝t2·T热节2，在此，t2取0.34，则T2＝0.34·T热节2＝0.34×160＝54.4，取整得T2＝55mm。
即厚度为55mm，尺寸为80×80的冷铁IV17四块，在中轮轴芯盒扇形轴承座1侧面中上部摆放，厚度为55mm的扇形宽度165mm的冷铁Ⅴ18两块，在中轮轴芯盒扇形轴承座1侧面下部摆放，厚度为55mm，80mm×80mm的冷铁Ⅵ19四块，在中间芯盒轴承座侧面中上部摆放，扇形宽度90的冷铁3两块，在中间芯盒扇形轴承座1侧面下部摆放，按照间距30mm的方法在扇形轴承座1侧面舂砂前进行布置，冷铁IV17和冷铁Ⅴ18布置原则为上疏下密、上小下大形成有利于上部球形暗冒口4的补缩延续深度，加快冷却速度，形成对扇形轴承座1部位与圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3热节有效隔断。
所述保温侧冒口11内径D3的计算过程如下：
根据圆柱形中轮轴安装凸台2的直径d和和高度h以及卡塞理论，得出圆柱形中轮轴安装凸台2的模数Ms3为：
Figure GDA0003634263930000131
MT3＝0.8Ms3
保温侧冒口11的内径D3为：D3＝4f31MT3
由此可得：
Figure GDA0003634263930000132
上述中，MT3为保温侧冒口11模数，f31为增加系数且f31的取值范围为：1.0≤f31≤1.9；
所述保温侧冒口11方形冒口颈外部边长C3的计算过程如下：
C3＝4f32M3
M3＝0.6MT3
由此可得：
Figure GDA0003634263930000133
上式中，M3为保温侧冒口11冒口颈模数，f32为保温侧冒口11冒口颈的缩小系数且f32的取值范围为：0.5≤f32≤0.9；
所述冷铁Ⅱ12和冷铁Ⅲ13的厚度尺寸T3的计算过程如下：
T3＝t3·T热节3
上式中，t3为厚度系数，取值范围为0.3≤t3≤1.0，T热节3为多边形中轮轴安装凸台3的厚度a3，即T热节3＝a3；
MAN32/40柴油机机体中，圆柱形中轮轴安装凸台2的直径d和高度h去近似值，则d＝215mm，h＝175mm，在此，f31取1.7，根据保温侧冒口11的内径
Figure GDA0003634263930000134
取整后得出D3＝180mm；
保温侧冒口11方形冒口颈外部边长C3的计算中，f32取0.9，则根据公式
Figure GDA0003634263930000141
计算后取整得出保温侧冒口11方形冒口颈外部边长C3＝60mm，由此可知，保温侧冒口11方形冒口颈外部尺寸为60mm×60mm；
保温侧冒口11位置的确定：为增大压头，提高保温侧冒口11对圆柱形中轮轴安装凸台2的有效补缩效果，减少和圆柱形中轮轴安装凸台2区域接触热节，将保温侧冒口11设置在宽度方向处于圆柱形中轮轴安装凸台2中心，高度方向偏离圆柱形中轮轴安装凸台2中心向上70mm处，采用55mm×55mm，高度20mm的定位块在模具9上进行定位。
保温侧冒口11采用蓄热系数非常小具有保温功能的珍珠岩粉作材质具有补缩效率更高的忧点，在型芯制作过程中，舂砂前将保温侧冒口11安装在木质模具9相应位置，其保温侧冒口11冒口处采用55mm×55mm，高度20mm的定位块进行定位，防止舂砂过程保温侧冒口11偏离原有位置，在保温侧冒口11上端顶部设有φ40的出气孔，孔内插入φ30的螺旋管16沿扇形轴承座1方向向上形成保温侧冒口11的侧冒口气体通道10，与φ40联通引至铸型外，起模后保温侧冒口11留在型芯内。
所述冷铁Ⅱ12和冷铁Ⅲ13的厚度计算时，t3取0.5，多边形中轮轴安装凸台3的厚度a3＝175mm，则根据T3＝t3·T热节3，计算取整后得出冷铁Ⅱ12的厚度尺寸T3＝0.5×175mm≈90mm，根据多边形中轮轴安装凸台3侧壁和底面的尺寸，在MAN32/40柴油机机体中，根据多边形中轮轴安装凸台3侧壁侧壁尺寸，在多边形中轮轴安装凸台3侧壁上设置厚度为90mm，尺寸为80×80的冷铁Ⅱ12设置四块，按照间距20mm进行布置，从而加快铸件热节部位的冷却速度，增大铸件表面和中心的温度梯度，有利于提高石墨化膨胀的利用程度和提高冒口的补缩效果。
同时，为使多边形中轮轴安装凸台3铸件局部区域冷却速度加快，强化部位方向性(顺序)凝固的条件，提高圆柱形中轮轴安装凸台2的有效补缩，根据多边形中轮轴安装凸台3底部尺寸及周围空间设置厚度为90mm的冷铁Ⅲ13一块，其厚度计算时，t3取0.34，则冷铁Ⅲ13的厚度取整后为T3＝0.34×175mm≈60mm.
3)在型芯舂砂前将保温顶冒口7定位安装于底脚板6上端处的模具9上，在底脚板6底平面舂砂前将多块冷铁I8均布于底脚板6底部处的模具9内；具体的，所述底脚板6上端处的模具9上固定有定位块，且保温顶冒口7与定位块适配后安装于底脚板6上端处的模具9上。
4)将木质球形暗冒口4固定安装于位于扇形轴承座1顶部位置的模具9上，且扇形轴承座1顶部的球形暗冒口4上端通过向扇形轴承座1的中心线45℃倾斜的气体通道14下端连接，所述气体通道14和与气体通道14交汇端连接的气体通道I15形成球形气体通道5，在扇形轴承座1舂砂前将冷铁组件设置于扇形轴承座1两侧壁处的模具9内；
在型芯舂砂前将保温侧冒口11定位安装于圆柱形中轮轴安装凸台2外侧位置处的模具9上，且保温侧冒口11上端的出气孔内插接有沿扇形轴承座1方向向上形成侧冒口气体通道10的螺旋管16；在型芯舂砂前将多块冷铁Ⅱ12和冷铁Ⅲ13分别布置于多边形中轮轴安装凸台3外侧壁和底面处的模具9内；具体的，所述保温侧冒口11采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉材料制成；具体的，所述保温侧冒口11通过设置于模具9上的定位搭子定位安装于圆柱形中轮轴安装凸台2外侧位置处的模具9上，所述保温侧冒口11上端内液面高于扇形轴承座1上端面50mm。
5)型芯制作和造型结束后，进行配型合箱，最后进行铁水充型。
经过solidworks三维造型，并采用ProCAST软件温度场进行模拟，能够实现冒口的有效补缩。模拟结果显示：首先冒口颈的选择能够保证冒口对铸件液态的补缩，并且在冒口颈凝固时，液态孤立区比较分散，各个液态孤立区依靠其自身的石墨化膨胀消除缺陷的产生；其次，铸件在冷铁的控制下能够保证同时凝固，个别特别厚大部位保证有充足的补缩通道，能够实现冒口的有效补缩及内部组织的致密。
本技术方案中，呋喃树脂砂造型工艺、制芯过程、配箱过程以及铁水充型工艺为现有技术，在此不做赘述。采用本技术手段后，随着铁水温度的降低，铁水内部发生晶体结构的转变，伴随比容的跃变，铁液体积会产生突然收缩，体积减少，需设置在各部位的冒口进行铁水的有效补缩。当液态收缩时，保温顶冒口7内的铁水在铁液的自重和大气压的双重压力下对底脚板6区域进行液态补缩，冷铁I8对底脚板6底部进行激冷，形成有利于保温顶冒口7补缩、扩大其补缩范围的条件，并对热节部位进行激冷，当铁水进入石墨化阶段时，截面积较小的保温顶冒口7冒口径区域首先凝固，并关闭保温顶冒口7与底脚,6区域的铁水通道。底脚板6区域内部的铁水石墨化产生的膨胀使铸件内部致密无缩松、缩孔缺陷的产生；同时，球形暗冒口4内的铁水在铁液的自重和大气压的双重压力下对扇形轴承座1区域进行补缩，冷铁IV17、冷铁Ⅴ18和冷铁Ⅵ19对扇形轴承座1热节部位进行激冷，形成有利于球形暗冒口4补缩、扩大其补缩范围的条件，并对热节部位进行激冷。形成对扇形轴承座1部位与圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3热节有效隔断；当铁水进入石墨化阶段时，截面积较小的球形暗冒口4冒口径区域首先凝固，并关闭球形暗冒口4与扇形轴承座1区域的铁水通道；扇形轴承座1内部的铁水石墨化产生的膨胀使铸件内部致密无缩松、缩孔缺陷的产生；同时，保温侧冒口11内的铁水在铁液的自重和大气压的双重压力下进行对圆柱形中轮轴安装凸台2区域进行液态补缩，其高度比扇形轴承座1本体高50mm，避免该冒口对扇形轴承座1部位形成液态倒抽，同时，其液态补缩延续度可以到达距其下部多边形中轮轴安装凸台3区域，冷铁Ⅱ12对凸台B热节部位进行激冷，加快铸件热节部位的冷却速度，增大铸件表面和中心的温度梯度，有利于提高石墨化膨胀的利用程度和提高冒口的补缩效果。冷铁Ⅲ13对多边形中轮轴安装凸台3热节底部进行激冷，加快局部区域冷却速度，强化多边形中轮轴安装凸台3热节部位方向性(顺序)凝固的条件，提高保温侧冒口11对多边形中轮轴安装凸台3部位的有效补缩，当铁水进入石墨化阶段时，截面积较小的保温侧冒口11冒口径区域首先凝固，并关闭保温侧冒口11与圆柱形中轮轴安装凸台2区域的铁水通道，圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3区域内部的铁水石墨化产生的膨胀使铸件内部致密无缩松、缩孔缺陷的产生。
本技术方案通过根据铸件不同结构特点分别采用不同补缩效率冒口和冷铁相结合的方案，既平衡分布在铸型不同高度区域厚大孤立热节，又控制和利用不同高度厚大孤立热节之间的相互影响，解决处于球墨铸铁铸件浇注位置不同高度厚大孤立热节的有效补缩和满足球墨铸铁铸件趋于同时凝固的条件，消除机体内部出现缩松缺陷的风险增强液态收缩时冒口对孤立热节的补缩效果，石墨化膨胀时冒口径及时凝固关闭，实现厚大孤立热节部位的内部致密,在扇形轴承座1上端顶部采用球形暗冒口4进行液态补缩，扇形轴承座1两侧设置冷铁组件，且冷铁组件的布置采取上疏下密、上小下大的原则进行铺设，强化方向性(顺序)凝固条件，加快冷却速度，并形成扇形轴承座1部位与下部圆柱形中轮轴安装凸台2热节的隔断效果,在上部的圆柱形中轮轴安装凸台2侧面部位设置保温侧冒口11，并使保温侧冒口11上端内部铁水液面高于扇形轴承座1上端顶面，可有效避免铁水体积收缩过程保温侧冒口11对扇形轴承座1部位形成液态倒抽，增加处于扇形轴承座1下部圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3两处部位的液态补缩，平衡处于因高度差造成的扇形轴承座1下部的圆柱形中轮轴安装凸台2和多边形中轮轴安装凸台3对扇形轴承座1部位铁水补缩的依赖,在多边形中轮轴安装凸台3侧面采用尺寸较大的冷铁Ⅱ12，加快铸件热节部位的冷却速度，增大铸件表面和中心的温度梯度，有利于提高石墨化膨胀的利用程度和提高冒口的补缩效果，在多边形中轮轴安装凸台3底部设置冷铁加快区域，提高冷却速度，强化部位方向性(顺序)凝固的条件，有效提高保温侧冒口11对多边形中轮轴安装凸台3的有效补缩,解决了大型复杂球墨铸铁机体在铸造时齿轮箱中轮轴孔部位厚大孤立热节的液态补缩问题，消除缩松等铸造缺陷，实现了机体批量生产。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (9)

1.用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据柴油机机体的结构，在进行造型制芯时，在柴油机机体两侧底脚板(6)上端设置保温顶冒口(7)，并在底脚板(6)底部设置冷铁I(8)，所述保温顶冒口(7)和冷铁I(8)的尺寸根据底脚板(6)的尺寸进行确定后制作；
2)根据柴油机机体中的扇形轴承座(1)、圆柱形中轮轴安装凸台(2)和多边形中轮轴安装凸台(3)的位置关系，在扇形轴承座(1)顶部设置与球形气体通道(5)连通的球形暗冒口(4)，并在扇形轴承座(1)两侧壁处设置冷铁组件，所述球形暗冒口(4)和冷铁组件的尺寸根据扇形轴承座(1)的尺寸确定后制作，在圆柱形中轮轴安装凸台(2)外侧设置与侧冒口气体通道(10)连通的保温侧冒口(11)，且保温侧冒口(11)的尺寸根据圆柱形中轮轴安装凸台(2)的尺寸确定后制作，在多边形中轮轴安装凸台(3)外壁和底部分别设置冷铁Ⅱ(12)和冷铁Ⅲ(13)，且冷铁Ⅱ(12)与冷铁Ⅲ(13)的尺寸根据多边形中轮轴安装凸台(3)的尺寸确定后制作；
3)在型芯舂砂前将保温顶冒口(7)定位安装于底脚板(6)上端处的模具(9)上，在底脚板(6)底平面舂砂前将多块冷铁I(8)均布于底脚板(6)底部处的模具(9)内；
4)将成型球形暗冒口(4)的木质模具固定安装于位于扇形轴承座(1)顶部位置的模具(9)上，且扇形轴承座(1)顶部的球形暗冒口(4)上端与向扇形轴承座(1)的中心线45°倾斜的气体通道(14)下端连接，所述气体通道(14)和与气体通道(14)交汇端连接的气体通道I(15)形成球形气体通道(5)，在扇形轴承座(1)舂砂前将冷铁组件设置于扇形轴承座(1)两侧壁处的模具(9)内；
在型芯舂砂前将保温侧冒口(11)定位安装于圆柱形中轮轴安装凸台(2)外侧位置处的模具(9)上，且保温侧冒口(11)上端的出气孔内插接有沿扇形轴承座(1)方向向上形成侧冒口气体通道(10)的螺旋管(16)；在型芯舂砂前将多块冷铁Ⅱ(12)和冷铁Ⅲ(13)分别布置于多边形中轮轴安装凸台(3)外侧壁和底面处的模具(9)内；所述保温侧冒口(11)上端内液面高于扇形轴承座(1)上端面；
5)型芯制作和造型结束后，进行配型合箱，最后进行铁水充型。
2.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：所述保温顶冒口(7)为圆柱形，上述步骤1)中，所述保温顶冒口(7)内径D1的计算过程如下：
根据底脚板(6)的厚度a1和宽度b1以及卡塞理论，得出底脚板(6)的模数Ms1为：
Figure FDA0003634263920000021
MT1＝0.8Ms1
保温顶冒口(7)的内径D1为：D1＝4f11MT1
由此可得：
Figure FDA0003634263920000022
上述中，MT1为保温顶冒口(7)模数，f11为增加系数且f11的取值范围为：1.0≤f11≤1.9；
所述保温顶冒口(7)方形冒口颈外部边长C1的计算过程如下：
C1＝4f12M1
M1＝0.6MT1
由此可得：
Figure FDA0003634263920000031
上式中，M1为保温顶冒口(7)的冒口颈模数，f12为保温顶冒口(7)的冒口颈的缩小系数且f12的取值范围为：0.5≤f11≤0.9；
所述冷铁I(8)的厚度尺寸T1的计算过程如下：
T1＝t1·T热节1
上式中，t1为厚度系数，取值范围为0.3≤t1≤1.0，T热节1为底脚板(6)的厚度，即T热节1＝a1。
3.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：所述保温顶冒口(7)为圆柱形，上述步骤1)中，所述保温顶冒口(7)采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉材料制成。
4.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述球形暗冒口(4)内径D2的计算过程如下：
根据扇形轴承座(1)的厚度a2和宽度b2以及卡塞理论，得出扇形轴承座(1)的模数Ms2为：
Figure FDA0003634263920000032
MT2＝0.8Ms2
球形暗冒口(4)的内径D2为：D2＝6f21MT2
由此可得：
Figure FDA0003634263920000033
上述中，MT2为球形暗冒口(4)模数，f21为增加系数且f21的取值范围为：1.0≤f21≤1.9；
所述球形暗冒口(4)方形冒口颈外部边长C2的计算过程如下：
C2＝4f22M2
M2＝0.6MT2
由此可得：
Figure FDA0003634263920000041
上式中，M2为球形暗冒口(4)冒口颈模数，f22为球形暗冒口(4)冒口颈的缩小系数且f22的取值范围为：0.5≤f22≤0.9。
5.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述冷铁组件包括设置于扇形轴承座(1)一侧壁的冷铁IV(17)和冷铁Ⅴ(18)和设置于扇形轴承座(1)另一侧壁的冷铁IV(17)和冷铁Ⅵ(19)，所述冷铁IV(17)设置于扇形轴承座(1)侧壁的上半部分且位于扇形轴承座(1)不同的侧壁上的冷铁Ⅴ(18)和冷铁Ⅵ(19)设置于扇形轴承座(1)侧壁的下半部分，并依照上疏下密、上小下大的原则设置，所述冷铁IV(17)、冷铁Ⅴ(18)和冷铁Ⅵ(19)的厚度尺寸T2的计算过程如下：
T2＝t2·T热节2
上式中，t2为厚度系数，取值范围为0.3≤t2≤1.0，T热节2为扇形轴承座(1)的厚度a2，即T热节2＝a2。
6.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述保温侧冒口(11)内径D3的计算过程如下：
根据圆柱形中轮轴安装凸台(2)的直径d和高度h以及卡塞理论，得出圆柱形中轮轴安装凸台(2)的模数Ms3为：
Figure FDA0003634263920000051
MT3＝0.8Ms3
保温侧冒口(11)的内径D3为：D3＝4f31MT3
由此可得：
Figure FDA0003634263920000052
上述中，MT3为保温侧冒口(11)模数，f31为增加系数且f31的取值范围为：1.0≤f31≤1.9；
所述保温侧冒口(11)方形冒口颈外部边长C3的计算过程如下：
C3＝4f32M3
M3＝0.6MT3
由此可得：
Figure FDA0003634263920000053
上式中，M3为保温侧冒口(11)冒口颈模数，f32为保温侧冒口(11)冒口颈的缩小系数且f32的取值范围为：0.5≤f32≤0.9；
所述冷铁Ⅱ(12)和冷铁Ⅲ(13)的厚度尺寸T3的计算过程如下：
T3＝t3·T热节3
上式中，t3为厚度系数，取值范围为0.3≤t3≤1.0，T热节3为多边形中轮轴安装凸台(3)的厚度a3，即T热节3＝a3。
7.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述保温侧冒口(11)采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉材料制成。
8.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：上述步骤3)中，所述底脚板(6)上端处的模具(9)上固定有定位块，且保温顶冒口(7)与定位块适配后安装于底脚板(6)上端处的模具(9)上。
9.根据权利要求1所述的用于解决大型球墨铸铁机体铸造中轮轴缩松的方法，其特征在于：上述步骤4)中，所述保温侧冒口(11)通过设置于模具(9)上的定位搭子定位安装于圆柱形中轮轴安装凸台(2)外侧位置处的模具(9)上，所述保温侧冒口(11)上端内液面高于扇形轴承座(1)上端面50mm。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Chao Gexin

Inventor after: Guo Min

Inventor after: Hui Peng

Inventor after: Zhao Yueguang

Inventor after: Chen Xiaolong

Inventor after: Zhao Chenhua

Inventor after: Lu Xiaojun

Inventor after: Wei Rong

Inventor after: Jing Gaolou

Inventor before: Chao Gexin