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離心鑄造工藝

1、鑄造機(jī)技術(shù)參數(shù)

使用立式離心鑄造機(jī)，電機(jī)功率為75 kW，主軸Z高轉(zhuǎn)速為600 r/min，無(wú)極調(diào)速。設(shè)備適用的鑄件的Z大直徑為1 100 mm、Z大高度為1 800 mm，設(shè)備Z大承載質(zhì)量(鑄件+鑄型)為15 t。

2、鑄型的設(shè)計(jì)

離心鑄造用鑄型，主要由金屬型筒、擋板、帶砂芯的底板三部分組成。由于該錐段轉(zhuǎn)鼓大部分內(nèi)外圓均為圓錐形，直段部分較短，并且其鑄件縮尺通常約為2%，加上金屬型筒對(duì)鑄件的激冷作用，冷卻收縮后就能方便地脫模，故不需要考慮鑄件的拔模斜度。改進(jìn)型立式離心鑄造用鑄型結(jié)構(gòu)如下圖所示。

金屬型筒材料的確定：

考慮到金屬液溫度較高，為避免金屬外模局部溫度超過(guò)其轉(zhuǎn)變溫度Ac1(奧氏體化開始轉(zhuǎn)變溫度)，使金屬外模內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)離心鑄造金屬型筒材料的選用情況，通常選30CrMo、34CrMo和21CrMo10等為金屬型筒材料。

由于錐段轉(zhuǎn)鼓生產(chǎn)批量大，為保證金屬外模具有較長(zhǎng)的使用壽命，且21CrMo10材料的合金含量高，Ac1溫度為768℃且韌性較好，有阻止熱裂紋形成的特性，故選21CrMo10為金屬型筒材料。

金屬型筒壁厚的確定：

在一般臥式離心鑄造中，通常擋板與鑄件的接觸面積要比金屬型筒小得多，鑄件的熱量主要是傳遞給金屬型筒后散發(fā)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，臥式離心鑄造中金屬型筒壁厚δ型與鑄件壁厚δ鑄的比值δ型/δ鑄在1.4～2.0比較適宜。

在改進(jìn)型立式離心鑄造中，雖然在金屬鑄型底板上設(shè)置了砂芯，砂芯將從鑄件吸收更多的熱量，但是砂芯在吸收熱量后會(huì)產(chǎn)生很多水汽，水汽在經(jīng)底板排出的同時(shí)將帶走大部分的熱量，使底板、擋板吸收的熱量與金屬型筒相比要小得多，故在確定改進(jìn)型立式離心鑄造金屬型筒的壁厚時(shí)參照臥式離心鑄造即可。

改進(jìn)型錐段轉(zhuǎn)鼓鑄件中主要壁厚Z厚處為51mm，按δ型/δ鑄在1.4～2.0計(jì)算，δ型為71.4～102.0mm，考慮到錐段轉(zhuǎn)鼓鑄件壁厚有的地方變大，確定金屬型筒的壁厚為90mm，此時(shí)δ型/δ鑄=1.7。

3、鑄型首次使用前內(nèi)表面的處理

首次使用的金屬型筒工作表面，在機(jī)械加工后比較光潔、存在油污等，噴涂涂料后會(huì)出現(xiàn)涂料容易脫落的現(xiàn)象，使鑄件產(chǎn)生夾渣等有害缺陷。因此，金屬型筒在首次使用前，通常要求噴涂涂料后用適當(dāng)溫度的金屬液清洗型筒一次。

生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，金屬型筒工作表面在首次使用前，提前在噴涂的涂料中加入少量的鹽，然后噴涂到金屬型筒工作表面并存放5～7天，之后將金屬型筒工作表面用清水清洗干凈，清洗干凈后即可投入使用，且加入的少量的鹽并不會(huì)對(duì)金屬型筒產(chǎn)生任何危害，并可以大大減少資源的浪費(fèi)、提高生產(chǎn)效率等。

4、鑄型加工余量的確定

采用離心鑄造時(shí)，金屬液在離心力的作用下進(jìn)行補(bǔ)縮，一般無(wú)氣孔、夾渣等有害缺陷，雜質(zhì)主要聚集在錐段轉(zhuǎn)鼓鑄件內(nèi)表面和兩端面，故鑄件內(nèi)表面加工余量要大于外表面。

同時(shí)，在改進(jìn)型立式離心鑄造工藝中，由于增加了砂芯，避免了鑄件內(nèi)表面產(chǎn)生縮凹;因此，設(shè)計(jì)加工余量時(shí)不需要考慮縮凹對(duì)鑄件壁厚的影響。

故其單面加工余量：錐段轉(zhuǎn)鼓上端(小直徑端)面為20mm，錐段轉(zhuǎn)鼓下端(大直徑端)面為16mm，錐段轉(zhuǎn)鼓外圓加工余量為6mm，錐段轉(zhuǎn)鼓內(nèi)孔加工余量為10mm。

5、鑄型轉(zhuǎn)速的確定

采用康斯坦丁諾夫公式確定鑄型轉(zhuǎn)速：

式中n——鑄型轉(zhuǎn)速，r/min;

γ——合金液重度，N/m3;

r0——鑄件內(nèi)表面半徑，m;

β——調(diào)整系數(shù)，對(duì)于鑄鋼件的立式離心鑄造，β取1.0~1.3。

對(duì)于國(guó)外某離心分離機(jī)用大直徑不銹鋼錐段轉(zhuǎn)鼓，其材質(zhì)為UNSJ93371雙相不銹鋼，γ=7.8×104N/m3。由于錐段部分增加了砂芯，r0可按直段部分的選取，即r0=137.5mm。因此，由上式可計(jì)算出鑄型所需的離心轉(zhuǎn)速為533.0~692.9r/min。

鑄型的離心轉(zhuǎn)速n取560r/min，此時(shí)β=1.05。

6、金屬型筒的涂料

金屬型筒的涂料采用硅石粉水基涂料，噴涂的涂料厚度為1.2~1.5mm，噴涂涂料時(shí)應(yīng)均勻、平整。金屬型筒、砂芯預(yù)熱后噴涂涂料，噴涂后不需再次預(yù)熱。

7、金屬型筒和砂芯的預(yù)熱溫度

金屬型筒的預(yù)熱溫度為180~240℃。首次使用時(shí)，先預(yù)熱至≥300℃，然后自然冷卻至180~240℃進(jìn)行涂料的噴涂，噴涂涂料后即可用于澆注。

砂芯采用樹脂砂造型，預(yù)熱溫度為120~150℃，預(yù)熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般為1h左右，以避免出現(xiàn)松垮，滯留的水汽在澆注時(shí)可以將熱量從底板孔中帶出。預(yù)熱后進(jìn)行涂料的噴涂，涂料噴涂完畢后即可用于澆注。

8、澆注溫度的確定

對(duì)雙相不銹鋼來(lái)說(shuō)，其熔點(diǎn)約為1440℃。采用改進(jìn)型立式離心鑄造，澆注溫度一般在熔點(diǎn)的基礎(chǔ)上上升120~230℃，即1560~1670℃。由于澆注溫度過(guò)高則不利于保護(hù)鑄型，且為保證鑄型型腔內(nèi)的氣體能充分排出，故取澆注溫度為1580~1600℃。

9、鑄件脫模溫度的確定

鑄件在離心力的作用下充型、凝固，冷卻至700℃左右時(shí)，離心力基本上已不起作用，可停機(jī)將鑄型從立式離心機(jī)上吊走，以保護(hù)立式離心機(jī)。為便于操作，待鑄件自然冷卻至300℃左右脫模。