一种薄板型铸钢件的冒口结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种薄板型铸钢件的冒口结构。
【背景技术】
[0002] 海洋石油设备中变速箱壳体-壳盖如图1所示，是变速机的重要组成部分，工况 恶劣，此类薄板型壳盖铸件内部质量要求非常高，检测要求为射线探伤，缺陷接受级别<11 级。上述壳盖铸钢件主体为一薄板，薄板中部设有数个孔，并且孔的周边有凸台，因此孔周 的厚度比壳盖主体薄板的厚度厚，铸造时在此处容易形成铸造热节，造成铸造缩松。现有技 术中此类铸件采用如图2所示组芯铸造工艺，采用两个铸件合用一个明冒口 3的工艺，中间 通过过渡补贴2对铸件补缩，铸件中的三个圆孔全部铸实。该工艺从质量、成本和效率等方 面有一些不足。首先，质量方面，三个圆孔铸实后，铸件的热节在三个孔的交接处，明冒口 3 通过过渡补贴对热节进行补缩，热节再对其他部位进行补缩。而当铸件顶部先凝固后体积 变小，冒口内的钢水在大气压力作用下到铸件的热节部位，再沿着反重力的方向补缩到顶 部，要实现这个顺序凝固的过程，第一需要冒口足够高，能够提供足够多的钢液，第二需要 冒口顶部结壳时间晚于热节凝固的时间。这就要求冒口设计的体积足够大，本身储存的热 量多，同时要求冒口不能散热太快，不仅涉及到保温剂的铺盖厚度是否合适、均匀，还涉及 铺盖时间是否及时等操作因素，难以精确控制。实际生产中铸件热节部位经常会出现缩松 现象。其次，成本方面，热节区经常出现的缩松导致焊接返修成本和RT检测补拍成本大幅 增加，生产成本高。
[0003] 最后，效率方面，两个铸件联成一个，理论上会提高效率，但实际生产中，在下芯合 箱过程中要通过手工操作保证两个铸件对齐。这种操作本身就很困难，一旦砂芯出现变形 更无法协调两个铸件的尺寸，导致生产效率低下。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术中薄板型壳盖铸钢件铸造工艺中存在的问题，提供一种薄板 型铸钢件的冒口结构，以解决此类铸件的铸造缩松，并且提高生产效率，降低铸造操作难 度。
[0005] 本发明的目的是这样实现的，一种薄板型铸钢件的冒口结构，包括贴设在铸件侧 向热节上方的半圆柱形冒口，所述铸件为薄板型壳盖铸钢件，铸件在铸型内垂直设置，并且 铸件的孔位铸实，所述冒口底部过渡设有冒口颈，所述冒口颈从铸件的热节处侧向随形包 围热节，所述冒口的外周设有保温层，所述铸件壁厚为d，所述冒口高出铸件上侧的高度h > 2d〇
[0006] 本发明的薄板型铸钢件的冒口结构，把铸件的孔全部铸实，使热节集中在铸件的 中心形成一个较大的热节，在热节对应的铸件侧向贴设半圆柱形的冒口，不但使冒口自上 而下对铸件补缩，并且也能对热节进行有效、持续的补缩，以保证铸件的质量；本发明的半 圆柱形冒口紧贴铸件侧向，使上半部的铸件本身也充当部分冒口的作用，不但可以及时补 缩还可以减小冒口尺寸，从而节约浇注钢水的用量。
[0007] 为便于优化冒口尺寸，所述冒口的半径R满足如下关系：R彡2d，R彡3. 5Μρ R 5 冒口的高度H=3R，M1为热节模数。其中，热节模数M i，计算公式为M1=V/S，其中 V表示热节体积，S表示热节散热面的面积。本发明中冒口结构和尺寸首先要满足与热节的 模数关系和对铸件的补缩液量，并且冒口内的收缩部分全部在半圆柱内，使铸件本身致密 无缺陷。本发明的冒口尺寸通过如下过程确定：根据铸造工艺要求，铸件明冒口的模数虬要 大于热节模数M 1的1. 2倍，即： M2^ I. 21A,------------------公式 1 本发明的半圆柱形冒口 Mtl的模数计算公式： M0=V/S= π RH/ [2 ( π R+ π H+2H)]----------公式 2 H为半圆柱形冒口的高度； 冒口外侧放置保温板，经测量保温板的保温系数为1. 35,相当于把冒口的模数扩大 1.35倍，因此冒口的模数： M2=L 35M〇------------------公式 3 把公式2代入公式3得到： M2=L 35 π RH/ [2 ( π R+ π H+2H)]----------公式 4 因为公式4中有两个变量R和H，常规冒口的高宽比一般为1.3~1.5,即1.3彡H/(2R) < 1.5,这样的组合有无数种，但本发明的半圆柱型冒口需要高出铸件上表面，也就要求H 值比较大，为便于保证补缩液的量，选择临界值H/ (2R)=1.5，即： H=3R------------------公式5 把公式5并带入公式4中，得： M2=O. 343R-----------------公式 6 把公式6代入公式1中，得到R和M1的关系： R ^ 3. SM1------------------公式 7 通过公式5和公式7可以得到R和H的最小值，即冒口满足与热节模数关系的最小尺 寸，公式中R和H的单位是cm，在此基础上，还需要对冒口补缩液量的校核，校核公式： m= [ (14- ε ) / ε ] *v*p---------------公式 8 其中m--冒口可提供的补缩液量，单位为kg ; ε--体收缩率，与材质有关，本材 质为5.65 ;ν-一冒口体积，该半圆柱型冒口 V=jtR2H/2 ;ρ-一钢液密度，在浇注温度下为 7. 2kg/dm3。把参数及公式5代入公式8 : m=0. 05R3---------------公式 9 常规铸件冒口的补缩液量m要大于铸件(包括补贴）的重量Hi1，该半圆柱类型的 冒口把铸件的一部分当做冒口，因此冒口以下的铸件重量为Hl1，把叫代入公式9,得： R > ---------------公式 ?ο 根据软件模拟结果显示，要保证冒口收缩在半圆柱内，并保证铸件本身致密无缺陷这 与冒口的半径R与铸件壁厚d的比值有关，同时冒口高出铸件的高度h与铸件壁厚有关，经 过多次模拟试验和铸造工艺改进，在满足模数关系和补缩液量的基础上， R ^ 2d---------------公式 11 h彡2d---------------公式12 综上，确定冒口尺寸需要满足R彡3. 5MpR 2 VMi=、R彡2d，从中选择最大的R值，高 度H=3R，然后验证h彡2d，若不能满足，则提高H，同时改变R，获得最终的冒口尺寸。
[0008] 为便于保证冒口对热节的有效补缩，冒口颈底部与型腔侧向呈45°过渡连接，本 发明的冒口及冒口颈结构，冒口颈上端与冒口的下端为半圆柱型圆滑过渡，冒口颈下部从 热节部位的侧面以45°斜面包围热节，既可以保证冒口有效补缩热节，也可以避免冒口与 热节接触形成更大的热节而降低补缩效果。
[0009] 为便于铸件热节的集中，与冒口相反的铸件侧向设有用于使铸件热节集中在型腔 中心的补贴。
【附图说明】
[0010] 图1为薄板型壳盖铸钢件的结构。
[0011] 图2为现有技术中的薄板型壳盖铸钢件的铸造工艺示意图。
[0012] 图3为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构示意图一。
[0013] 图4为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构示意图二。
[0014]图5为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构示意图三。
[0015] 其中，1铸件；IA热节；2过渡补贴；3明冒口；4补贴；5冒口；6保温层；7冒口颈。
【具体实施方式】
[0016] 如图3、图4和图5所示，为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构，本发明的铸件1 中间有三个圆孔结构，圆孔周围有凸出的凸台，铸造中三个圆孔采用实铸结构，并且在铸件 1侧向通过补贴4将三个圆孔的凸台连接起来，使铸件在三个圆孔连接处形成一个较大的 热节1A，铸造中，采用组芯造型工艺，铸件1在砂箱中垂直设置，铸件的壁厚d为73mm，通过 三维软件模拟测量铸件的热节及热节以下部分的重量ml，并测得铸件热节的模数Ml=4cm， m1=400kg ； 把Ml代入公式7, R彡140mm ; 把叫代入公式10, R彡200mm ; 把d代入公式11中，R ^ 146mm ; 综上，取R=200mm，代入公式5中，H=600mm，把该半圆柱型冒口 5设置在铸件1的侧向 中上方，经测量h=230mm，满足公式12。在冒口外侧设置保温层6,保温层与铸件侧向留有 30mm间距以便于后续去除。在冒口 5下面设置与铸件1随形的冒口颈7,底面以45°斜面 包围在热节IA的侧向。
[0017] 本发明的薄板型铸钢件的冒口结构，经过对冒口结构上述优化，可以实现冒口自 上而下对铸件的补缩，补缩效率高，且能对热节进行有效、持续的补缩，从而保证铸件质量， 并且半圆柱形的冒口体积小，单件铸造，制芯、合箱等操作简单，提高生产效率。
【主权项】
1. 一种薄板型铸钢件的冒口结构，包括贴设在铸件侧向热节上方的半圆柱形冒口，所 述铸件为薄板型壳盖铸钢件，铸件在铸型内垂直设置，并且铸件的孔位铸实，所述冒口底部 过渡设有冒口颈，所述冒口颈从铸件的热节处侧向随形包围热节，所述冒口的外周设有保 温层，所述铸件壁厚为d，所述冒口高出铸件上侧的高度h > 2d。
2. 根据权利要求1所述的薄板型铸钢件的冒口结构，其特征在于，所述冒口的半径R满 足如下关系：R彡2d，R彡3. 5Mp R之Ι/Ι?ζ，冒口的高度H=3R，M1为热节模数。
3. 根据权利要求1所述的薄板型铸钢件的冒口结构，其特征在于，所述冒口颈底部与 型腔侧向呈45°过渡连接。
4. 根据权利要求2所述的薄板型铸钢件的冒口结构，其特征在于，与冒口相反的铸件 侧向设有用于使铸件热节集中在铸件中心的补贴。
【专利摘要】本发明涉及铸造技术领域内一种薄板型铸钢件的冒口结构，包括贴设在铸件侧向热节上方的半圆柱形冒口，所述铸件为薄板型壳盖铸钢件，铸件在铸型内垂直设置，并且铸件的孔位铸实，所述冒口底部过渡设有冒口颈，所述冒口颈从铸件的热节处侧向随形包围热节，所述冒口的外周设有保温层，所述铸件壁厚为d，所述冒口高出铸件上侧的高度h＞2d。本发明的铸件冒口结构可以解决此类铸件的铸造缩松问题，并且提高生产效率，降低铸造操作难度。
【IPC分类】B22C9-08
【公开号】CN104722713
【申请号】CN201510143050
【发明人】赵玉利, 杨建
【申请人】共享铸钢有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月30日