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離心鑄造工藝

1、鑄造機技術(shù)參數(shù)

使用立式離心鑄造機，電機功率為75 kW，主軸Z高轉(zhuǎn)速為600 r/min，無極調(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

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，綜合國內(nèi)外對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)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，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產(chǎn)生很多水汽，水汽在經(jīng)底板排出的同時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，故在確定改進型立式離心鑄造金屬型筒的壁厚時參照臥式離心鑄造即可。

改進型錐段轉(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，在機械加工后比較光潔、存在油污等，噴涂涂料后會出現(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溫度的金屬液清洗型筒一次。

生產(chǎn)實踐發(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對金屬型筒產(chǎn)生任何危害，并可以大大減少資源的浪費、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，金屬液在離心力的作用下進行補縮，一般無氣孔、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，在改進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)計加工余量時不需要考慮縮凹對鑄件壁厚的影響。

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)，對于鑄鋼件的立式離心鑄造，β取1.0~1.3。

對于國外某離心分離機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，噴涂涂料時應(yīng)均勻、平整。金屬型筒、砂芯預熱后噴涂涂料，噴涂后不需再次預熱。

7、金屬型筒和砂芯的預熱溫度

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

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

8、澆注溫度的確定

對雙相不銹鋼來說，其熔點約為1440℃。采用改進型立式離心鑄造，澆注溫度一般在熔點的基礎(chǔ)上上升120~230℃，即1560~1670℃。由于澆注溫度過高則不利于保護鑄型，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，離心力基本上已不起作用，可停機將鑄型從立式離心機上吊走，以保護立式離心機。為便于操作，待鑄件自然冷卻至300℃左右脫模。