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铸造CMC在2吨大型铸铁砝码上的应用 说明：

1缩孔预测方法

该程序在计算铸造中球墨铸铁热收缩与凝固的石墨膨胀时,一边考虑冒口的熔融金属补浇,一边计算凝固中的2吨铸铁砝码内应力。在此,所谓铸铁砝码内应力是由于凝固过程中的膨胀、收缩部位有差异而产生凝固延迟部位的作用应力。也就是说,凝固速度快的部位(铸铁砝码的外侧)膨胀时,应力要扩展到凝固延迟部位(发热点即局部过热)。

而在铸铁砝码中,上述内应力可理解为缩孔发生的机理。另外,假定此处的应力,在铸铁砝码内部根本不扩展多少,是不发生缩孔时的拉伸应力。直至凝固结束时,适当地进行几次凝固过程中的应力计算,据此,本研究探讨了凝固中发生缩孔有没有超过临界值(下文称为发生缩孔临界应力)的情况,如果存在超过缩孔临界应力的部位,则可预测该处发生缩孔。

不发生缩孔时,凝固中的应力不会有超过缩孔发生临界应力的情况。另外,缩孔发生的临界应力随着铸型强度不同而有差异,湿型为30～40MPa,呋喃铸型为80MPa左右。呋喃铸型之所以临界应力值高,是由于应力解析中没有考虑该铸型。像呋喃铸型那样,如果铸铁砝码的束缚力大,则可抑制向铸铁砝码外侧的膨胀,推测会增大收缩铸铁砝码内部方向的膨胀。

呋喃铸型的缩孔发生临界应力之所以为80MPa,是因为呋喃铸型中自由变形时,凝固中铸铁砝码内部产生的应力能抑制在80MPa以下,不会形成缩孔。铸造CMC中,采用球墨铸铁缩孔预测最重要的是能设计无缩孔的铸造工艺方案。因此,必须能预测铸造工艺方案改变时的效果。在这里,虽然简便,但是,要经常调查全部产品内部的液相区域是否将冒口内部的液相区域与产品内部的液相区域连接起来。其间,假设产品的液相区的膨胀量为O。

这样一来,产品各部分的体积变化,就等同熔融金属补给切断后的变化,因而作用于发热点中的应力减小。在凝固结束前,如能使冒口发挥作用,则按应力持续为O那样直到凝固。不过,那样做并无必要,只设计最低限度的冒口,以便将缩孔的发生控制在临界值以下就可以了。在这样的发热点中,希望有适当的时间,从冒口处进行熔融金属补给,因而,在设计铸造工艺方案时,其效果就体现在发热点的应力减少上。2铸造CMC应用实例这里介绍的全部是球墨铸铁件(FCD450),浇注温度为1400℃。此外,对于缩孔预测结果,本公司在铸铁砝码发生缩孔的临界应力35～40MPa以上的区域都涂上颜色,在铸造工艺方案中用透视图表示。因此,上颜色的部分就意味着发生缩孔,没有上颜色的部分就意味着不会发生缩孔。

2.1环状铸铁砝码球墨铸铁件的缺陷

之所以多,原因就在于加工面的缩孔。要避免型芯、设定的加工余量、简单化的部位等成为增加壁厚的因素。如发生缩孔时,对曾是热点的部位进行加工,则成为缩孔体现出来的原因。厚壁部分几乎都是有理由而设置的,多数情形下,厚壁部分有待作某些加工。如要做成铸造用形状,则带有拔模斜度,这就进一步加大了壁厚。这种制品是如图1中所示的40×150mm左右的断面上的<600mm左右的环状。

取加工余量为最低限度时,型芯费用将加大,不过,能够铸造更接近于产品形状的铸铁砝码。另一方面,全面加工时,由于填平凹部,而带有拔模斜度,形成简单的环状件,但与最终形状相比体积增大,加工余量变大。这就表示加工中容易出现缩孔时,意味着是加工出现热点的部位。不过,因为无型芯,所以,设计完美的铸造工艺方案,如能不发生缩孔,则成为工序少,产品合格率高的铸造方案。因此,我们针对有型芯与无型芯的情况,实施了熔融金属流动性解析和凝固解析。至于无型芯、无冒口方案,铸铁砝码的内应力为58.7MPa,预测会发生缩孔。因此,进行了不发生缩孔的铸造工艺方案的研究。研究结果如图2所示,在2处配置冒口的铸造方案中,铸铁砝码内应力为51.0MPa,虽然比无冒口方案的内应力降低,可是,预测结果仍不能避免缩孔。从成本方面来看,由于有合格率的限制,此前不能增加冒口,铸造试验结果表明,如图3所示,依然存在缩孔。

另一方面,在如图4所示的有型芯铸造方案中,由于加工余量能够达到最低限度,而加工成薄壁件,难以形成缩孔的效果就好,铸铁砝码内应力为30.3MPa,低于发生缩孔的临界应力35MPa。也就是说,预测结果是:不带冒口都不会发生缩孔。该制品作为采用有型芯的铸造工艺方案的实例,目前,正在铸造生产应用中,并没有发生缩孔。也有与该制品同样的断面形状,直径为<700mm左右的制品。当然,没有型芯的成本上合算的铸造方案是无法找到的。在<600mm的产品中,有型芯时,预测结果是:即使无冒口,也可以铸造出来。但是,铸造<700mm产品时,铸铁砝码内应力为37.1MPa,至于无冒口时,则如图5所示那样,预测结果是内浇口附近发生缩孔。<700mm的环状2吨铸铁砝码的铸造必须是有型芯,而且是带有冒口的。在有型芯的条件下研究了带冒口的效果。如图6所示,在2处地方,每处配置2个冒口后,当最低应力值为36.0MPa时,处在成本范围内取得良好的结果。另外,该缩孔区域也极小,目前,正在采用这种铸造方案进行铸造。

以上是铸造CMC在2吨大型铸铁砝码上的应用的详细介绍！