发动机飞轮的无冒口铸造工艺设计

摘要：根据发动机飞轮的结构特点，HWS静压线湿型砂铸造，布置一箱3件，设计了多个扁而平内浇道的无冒口工艺，借助铸件自身补缩能力，有效解决了铸件内部的缩松缺陷。

利用关键词 ：发动机 ，飞轮，无冒口，工艺设计。

某型号飞轮如图一，是我公司生产的发动机重要零部件之一，材质为HT250，重约45Kg，轮廓尺寸为φ498×80，平均壁厚36mm。

 

      

1、生产方式及条件

该铸件在HWS静压线生产，湿型砂铸造，砂箱尺寸为1500×1100×400，工艺布置一箱三件，10吨中频感应电炉熔炼，批量生产。

2、铸造工艺方案

对于薄壁的铸铁件，冒口颈很小，可用浇注系统兼起直接使用冒口的作用，内浇道依冒口颈计算，超过铸件最高点水平面的浇口杯和直浇道部分实质上就是冒口。由于湿型的承压能力有限，确定球铁件模数小于等于0.48cm时，灰铸铁件模数小于等于0.75cm时，适宜采用浇注系统当冒口。飞轮铸件模数为：m===1.2cm。

根据理论经验，生产中采用传统的多个压边冒口工艺如图二所示，但在实际生产中铸件内部存在缩松缺陷，如图三所示，铸件品质不能完全保证。为了解决铸件内部的缩松缺陷进行过大批量的试验，借鉴国内飞轮厂家生产经验，最终设计了飞轮的无冒口铸造工艺。

灰铸铁和球墨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀，有一定的自补缩能力。均衡凝固理论认为利用浇注过程中的后补缩和石墨化膨胀作用可以有效补偿铁水在冷却凝固阶段产生的体积收缩，从而在不设置冒口的条件下也可以获得组织致密的铸件。

2.1浇注位置及铁水引入方式的确定

浇注位置根据铸件结构特点，技术要求，结合生产条件估计主要废品倾向和容易发生缺陷的部位而设定，正确的浇注位置应能保证获得健全的铸件，清理方便。根据飞轮结构特点采用中间注入式浇注系统，无冒口铸造的浇注系统内浇道分散而多个，径向、轴向引入，有利于铁水凝固的胀缩叠加。根据飞轮结构，设计了随形的环形横浇道，多个扁平内浇道轴向引入。

2.2浇注系统的计算

2.2.1阻流截面计算：

根据奥赞公式和大孔出流理论计算出浇注系统的最小横截面积，流量损耗系数取0.55，浇注时间根据实际生产经验t=18s；每箱铁水重量约240Kg，根据砂箱尺寸确定H=389mm；带入下面公式计算

 

因为铁液经直浇道后从三条横浇道分流，实际阻流截面取15（30+28）/200=4.35cm2  , 则

2.2.2其他组元面积的确定

阻流面积确定以后，可按经验比例确定其他组元的截面积浇注系统。浇注系统浇道截面积比例选取：F阻:F直：F内=1：1.2：2.2。

因此取直浇道直径为D=φ45mm，

 

内浇道每件布置8个，共24个，截面积取（16+14）/28=1.2cm2,则

2.2.3过滤截面的计算：

为加强挡渣作用，在浇注系统中采用耐高温的纤维过滤网，位置放置在阻流截面之前，纤维过滤面积大于阻流面积的4-8倍，所以过滤面积取：F网=3.14cm2

根据以上数据计算，
2.2.4出气孔的设计

出气孔有助于减小型腔内气压力，改善金属液充型能力，也便于观察金属充填型腔的状态及充满程度。直接出气孔不宜过小，根部的厚度也不易过大，一般按所在处铸件厚度的0.4-0.7倍计算，凝固体收缩大的合金取偏小值，防止形成接触热节导致铸件产生缩孔。

飞轮的出气孔设置在铸件最顶端，铸件壁厚为51mm，出气孔直径取20mm。

图四为飞轮铸件工艺剖视展开图：

 

图五为浇注系统截面图：

  

     

3、结论

采用上述工艺设计之后经过实际生产验证，对铸件化学成分、金相、机械性能及内部组织进行检验，各项指标均可达到飞轮技术要求。

经过验证飞轮无冒口铸造工艺简单、出品率高，铸件品质壳有效保证。