CN104722713A - 一种薄板型铸钢件的冒口结构 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种薄板型铸钢件的冒口结构

技术领域

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

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≤Ⅱ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。

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

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。

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。

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。

为便于优化冒口尺寸，所述冒口的半径R满足如下关系：R≥2d，R≥3.5M₁， ，冒口的高度H=3R，M₁为热节模数。其中，热节模数M_1,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M₂要大于热节模数M₁的1.2倍，即:

M₂≥1.2M₁——————————————————公式1

本发明的半圆柱形冒口M₀的模数计算公式：

M₀=V/S=πRH/[2(πR+πH+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=1.35M₀——————————————————公式3

把公式2代入公式3得到：

M₂=1.35πRH/[2(πR+πH+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≤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=0.343R—————————————————公式6

把公式6代入公式1中，得到R和M₁的关系：

R≥3.5M₁——————————————————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*ƿ———————————————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；v——冒口体积，该半圆柱型冒口V=πR²H/2；ƿ——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m₁，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m₁，把m₁代入公式9，得： ———————————————公式10

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≥2d———————————————公式12

综上，确定冒口尺寸需要满足R≥3.5M₁、、R≥2d，从中选择最大的R值，高度H=3R，然后验证h≥2d，若不能满足，则提高H，同时改变R，获得最终的冒口尺寸。

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。

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

图1为薄板型壳盖铸钢件的结构。

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。

图3为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构示意图一。

图4为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构示意图二。

图5为本发明的薄板型铸钢件的冒口结构示意图三。

其中，1 铸件；1A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

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m1，并测得铸件热节的模数M1=4cm，m₁=400kg；

把M1代入公式7，R≥140mm；

把m₁代入公式10，R≥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1A的侧向。

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。

Claims (4)

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≥2d，R≥3.5M₁， ，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。