基本介紹
- 中文名：進料口
- 外文名：Feed inlet
- 描述：分流道與型腔之間的狹小通口
- 套用：鑄造
- 學科：機械
概念,鑄鋼件進料口的鑄造工藝模擬及改進,初始工藝方案,鑄造工藝最佳化及模擬,研究結論,圓筒混合機進料口漏料及揚塵的防治,改造前的狀況,改進措施,揚塵治理,
概念
鑄鋼件進料口的鑄造工藝模擬及改進
進料口的三維實體見圖1，根據該零件的結構特點，對該鑄件進行鑄造工藝分析可知：該零件屬於中型鑄鋼件，其結構相對比較複雜，壁厚分布比較均勻。
圖1 鑄件三維實體模型
初始工藝方案
（1）分型面和澆注位置的設計
確定進料口鑄造方法為砂型鑄造，選用水玻璃自硬砂。根據澆注位置的確定原則及鑄件的結構，所選用的澆注位置、分型面如圖2所示。根據零件尺寸輪廓大小，確定為三箱造型。
（2）澆注系統的設計
考慮到鑄件的尺寸的大小和生產批量，結合鑄件結構及設計原則，採用底注式半開放澆注系統，轉包澆注。澆注系統截面比為F內:F橫:F直=1.0:(0.8～0.9):(1.1～1.2)，經計算F內為28.3cm2，F橫為25.5cm，F直為34cm。澆道從鑄件對稱的兩個方向同時引入。
（3）冒口的設計
運用模數法計算冒口。求得鑄件進料口體積V=36.4dm，表面積S=3.02m，鑄件模數Mc=V/S=1.2cm。查參考資料後確定，冒口的形狀如圖3，共有4個，在鑄件頂端對稱分布。
（4）冷鐵的設計
在鑄鋼件進料口的兩肋上與底面上放置與其尺寸接近的冷鐵，造成人為末端區，其厚度20mm,其形狀如圖4，放置位置葛詢抹夜如圖5。
鑄造工藝最佳化及模擬
（1）消失模鑄造工藝簡介
傳統的鑄造工藝鑄出的進料口鑄件產生的缺陷太勸多驗多，不能滿足性能要求。經過仔細分析和慎重選擇，為了方便起模並達到理想的效果，決定採用消失模鑄造工藝。工藝流程如圖6，結合進料口鑄件的特點，採用頂注式澆注系統。帶有澆注系統的鑄件實體圖如圖7，冒口是一個圓環柱，內圓的直徑為準500mm，外圓的直徑為準800mm，高為250mm。
（2）預發泡處理
用戊烷（C5H12）作為發泡劑來對泡沫塑膠的珠粒進行預發泡，戊烷的沸點36.07℃，凝固點-129.72℃，採用蒸汽式連續預發泡。內型採用鋁合金造型，外型採用鑄鋼，可以永久使用。
（3）內外型的設計
消失模鑄造鑄件的吃砂量為100mm，結合鑄件和澆注系統的尺寸，外型尺寸為1400mm×900mm×850mm（長×寬×高）。內型採用鋁合金，為了能取出內芯，將內芯分為如圖8所示的五部分。
（4）模型塗層和振動造型
為了提高EPS模型的強度、剛度及表面抗型砂沖刷能力，防止加砂過程中模型及負壓定型時模型的變形，確保鑄件的尺寸精度；在實型鑄造泡塑模型表面塗一層1.5mm厚度的專用塗料，連塗兩遍，在40~50℃下烘乾，形成鑄型內殼。將帶有抽氣室的砂箱放在振動台上，底部放入100mm厚度的底砂，其為無粘結劑、不含水的乾石英砂，振簽碑刪動緊實；在上面放置EPS模型組，並培砂固定；加入乾砂，同時施以x、y、z三個方向振動，振動時間50s，砂箱表面用塑膠薄膜密封，用真空泵將砂箱內抽成一定真空，靠大氣壓力與鑄型內壓力之差將砂粒“粘結”在一淚拘乘戀起腳漿轎，維持鑄型澆注過程不崩散，稱之為“負壓”定型。
（5）澆注置換
鑄件澆注時，在液體金屬的熱作用下，EPS模型發生熱解氣化，產生大量氣體，不斷通過塗層型砂，向外排放，在鑄型、模型及金屬間隙內形成一定氣壓，液體金屬不斷地占據EPS模型位置，向前推進，發生液體金屬與EPS模型的置換過程，置換的最終結果是形成鑄件。澆注騙晚凶操作過程採用慢-快-慢的連續澆注，防止澆注過程斷流，澆後鑄型真空維持5min後停泵，澆注溫度比砂型鑄造的溫度高40℃。
（6）凝固過程模擬分析
改進方案模擬結果如圖9所示。當凝固時間t=30s時，在型腔內金屬液的邊緣部分有一定厚度的鋼液已經凝固；t=40s時，壁厚相對較小或熱節較小的的部分已經完全凝固；t=60s時，加強筋已經完全凝悼鍵固，底面開始凝固；t=80s時，液態金屬進一步凝固，底面已基本凝固；t=120s時，底面完全凝固，補縮通道開始凝固；t=180s時，薄壁部分進一步凝固，一些補縮通道已關閉；t=340s時，壁厚和熱節較大的部分仍然存在液體，其餘的部位已基本凝固，澆注系統進一步凝固，補縮通道關閉；t=3200s時，除冒口中心外，鑄件完全凝固。雖然該過程和初始方案相同，但效果更好。如圖10，相對於初始方案，鑄件的縮孔和縮松缺陷明顯減少，底面和頂面沒有缺陷；壁是非加工面，為非重要面，壁上的細微缺陷不影響使用性能，故最終決定採用此方案。
研究結論
（1）運用V-Cast模擬軟體，通過對鑄鋼件進料口原始工藝進行凝固過程模擬，準確預測了產生的縮孔、縮松缺陷，為設計合理的鑄造工藝提供了參考。
（2）藉助V-Cast軟體，採用消失模鑄造工藝進行澆注，在鑄件兩側設計了半開放式澆注系統，採用了頂注式澆注系統；在鑄件的頂面上放置了環形冒口，以對進料口壁進行補縮；設計了製造泡沫塑膠消失模的內型和外型，設計了消失模鑄造的工藝過程。最終模擬結果證明，消失模鑄造工藝能得到滿足使用要求的鑄件。
圓筒混合機進料口漏料及揚塵的防治
改造前的狀況
圓筒混合機進料口密封如圖11所示，採用的是正反喇叭口互密封結構。正喇叭口通過M14螺栓固定在筒體上，可隨筒體一起轉動；反喇叭口焊固在進料漏斗上，為不可轉動部分。正反喇叭口之間留有50mm間隙，保證混合機正常運轉時，相對運轉的正反喇叭口兩部分不會發生摩擦、碰撞。這種密封結構存在的問題是：①因混合機筒體中心隨負荷變化及驅動輪胎磨損而發生變化，造成正反兩喇叭口不同心，其間隙很難達到一致，致使相對運轉的兩部分在某些部位產生滑動摩擦，最終導致正喇叭口邊緣部分被切斷。②正、反喇叭口上部受物料沖刷，磨損嚴重，使用壽命短。③大量粉塵從兩喇叭口之間的間隙泄漏，嚴重污染環境。
改進措施
（1）第一次改進
將原密封裝置全部拆除，採用了如圖12所示的內迷宮式密封。其進料漏斗末端及混合機進口部分尺寸如圖所注。採用厚10mm的A3鋼板割制一個1760mm的圓板，再在圓板中心割制一個1150×970mm的方孔，將其切割成對稱的兩塊後焊固在進料漏斗的出料口末端，並要求該圓板與筒體端面基本平行。然後將已加工好的內徑為1760mm、寬為150mm、厚4mm的圓筒切割成段，焊固在圓板的外側，並保持與筒體內側端面的間隙為50mm。內迷宮式密封大大降低了漏料量及揚塵，但也存在著筒體更換不便，更換輪胎及調整聯軸器時筒體可上升的距離受到限制，圓弧密封板和筒體止口之間間隙較大，密封效果不理想等問題。
（2）第二次改進
割除內迷宮式密封結構中的圓弧密封板，將進料漏斗出料口末端焊固的1760mm圓板的直徑縮至1654mm；在筒體止口部位均勻割制14mm圓孔16個。再用廢運輸膠帶割制一段長5250mm，寬230mm的密封膠皮，在密封膠皮上打孔後用M12螺栓固定在止口部位，製成如圖13所示的軟聯接密封。這種密封方式有效地減小了接觸間隙，1654mm圓板與膠皮之間的間隙僅為5mm，大大提高了密封效果，而且膠皮使用壽命長，更換方便。這一改進徹底解決了漏料問題，粉塵泄漏也大大減少，但仍有一定揚塵。
揚塵治理
為解決進料口部位的揚塵問題，採取了在該部位適量加水降塵的方案(混合、制粒所需水量的不足部分由流量計控制補充)，但加水造成漏斗內壁粘料、堵料，影響料流穩定，導致生產波動。為此，我們又進行了兩次改進。
（1）改進之一
在混合機進料漏斗內壁落料點處安裝1個860mm×950mm吊掛振動板，其一端與漏斗壁鉸接，可繞鉸支座轉動。在漏斗外部的相應部位安裝兩台振動器，啟動振動器，吊掛振動板則隨之產生高頻微幅擺動，將粘結的物料振落，使料流通暢、穩定。改進後，使用效果不錯，但存在振動器易燒壞，振動板磨損嚴重，振動噪音大等問題，且增加了日修、定修工作量和維修成本。
（2）改進之二
去掉振動器和吊掛振動板，設計製作了一塊860mm×950mm的工業陶瓷襯板，將該襯板安裝在漏斗內壁落料點部位，漏斗其餘部位則貼上鑄石襯板，要求各襯板連線部位保持光滑、平整。由於陶瓷襯板和鑄石襯板具有不粘料，耐磨損、使用壽命長等特點，尤其是工業陶瓷襯板還具有一定的抗衝擊能力，而鑄石襯板價格低廉，很好地解決了粘、堵料問題，從而解決了混合機進料口部位的揚塵。
（5）澆注置換
鑄件澆注時，在液體金屬的熱作用下，EPS模型發生熱解氣化，產生大量氣體，不斷通過塗層型砂，向外排放，在鑄型、模型及金屬間隙內形成一定氣壓，液體金屬不斷地占據EPS模型位置，向前推進，發生液體金屬與EPS模型的置換過程，置換的最終結果是形成鑄件。澆注操作過程採用慢-快-慢的連續澆注，防止澆注過程斷流，澆後鑄型真空維持5min後停泵，澆注溫度比砂型鑄造的溫度高40℃。
（6）凝固過程模擬分析
改進方案模擬結果如圖9所示。當凝固時間t=30s時，在型腔內金屬液的邊緣部分有一定厚度的鋼液已經凝固；t=40s時，壁厚相對較小或熱節較小的的部分已經完全凝固；t=60s時，加強筋已經完全凝固，底面開始凝固；t=80s時，液態金屬進一步凝固，底面已基本凝固；t=120s時，底面完全凝固，補縮通道開始凝固；t=180s時，薄壁部分進一步凝固，一些補縮通道已關閉；t=340s時，壁厚和熱節較大的部分仍然存在液體，其餘的部位已基本凝固，澆注系統進一步凝固，補縮通道關閉；t=3200s時，除冒口中心外，鑄件完全凝固。雖然該過程和初始方案相同，但效果更好。如圖10，相對於初始方案，鑄件的縮孔和縮松缺陷明顯減少，底面和頂面沒有缺陷；壁是非加工面，為非重要面，壁上的細微缺陷不影響使用性能，故最終決定採用此方案。
研究結論
（1）運用V-Cast模擬軟體，通過對鑄鋼件進料口原始工藝進行凝固過程模擬，準確預測了產生的縮孔、縮松缺陷，為設計合理的鑄造工藝提供了參考。
（2）藉助V-Cast軟體，採用消失模鑄造工藝進行澆注，在鑄件兩側設計了半開放式澆注系統，採用了頂注式澆注系統；在鑄件的頂面上放置了環形冒口，以對進料口壁進行補縮；設計了製造泡沫塑膠消失模的內型和外型，設計了消失模鑄造的工藝過程。最終模擬結果證明，消失模鑄造工藝能得到滿足使用要求的鑄件。
圓筒混合機進料口漏料及揚塵的防治
改造前的狀況
圓筒混合機進料口密封如圖11所示，採用的是正反喇叭口互密封結構。正喇叭口通過M14螺栓固定在筒體上，可隨筒體一起轉動；反喇叭口焊固在進料漏斗上，為不可轉動部分。正反喇叭口之間留有50mm間隙，保證混合機正常運轉時，相對運轉的正反喇叭口兩部分不會發生摩擦、碰撞。這種密封結構存在的問題是：①因混合機筒體中心隨負荷變化及驅動輪胎磨損而發生變化，造成正反兩喇叭口不同心，其間隙很難達到一致，致使相對運轉的兩部分在某些部位產生滑動摩擦，最終導致正喇叭口邊緣部分被切斷。②正、反喇叭口上部受物料沖刷，磨損嚴重，使用壽命短。③大量粉塵從兩喇叭口之間的間隙泄漏，嚴重污染環境。
改進措施
（1）第一次改進
將原密封裝置全部拆除，採用了如圖12所示的內迷宮式密封。其進料漏斗末端及混合機進口部分尺寸如圖所注。採用厚10mm的A3鋼板割制一個1760mm的圓板，再在圓板中心割制一個1150×970mm的方孔，將其切割成對稱的兩塊後焊固在進料漏斗的出料口末端，並要求該圓板與筒體端面基本平行。然後將已加工好的內徑為1760mm、寬為150mm、厚4mm的圓筒切割成段，焊固在圓板的外側，並保持與筒體內側端面的間隙為50mm。內迷宮式密封大大降低了漏料量及揚塵，但也存在著筒體更換不便，更換輪胎及調整聯軸器時筒體可上升的距離受到限制，圓弧密封板和筒體止口之間間隙較大，密封效果不理想等問題。
（2）第二次改進
割除內迷宮式密封結構中的圓弧密封板，將進料漏斗出料口末端焊固的1760mm圓板的直徑縮至1654mm；在筒體止口部位均勻割制14mm圓孔16個。再用廢運輸膠帶割制一段長5250mm，寬230mm的密封膠皮，在密封膠皮上打孔後用M12螺栓固定在止口部位，製成如圖13所示的軟聯接密封。這種密封方式有效地減小了接觸間隙，1654mm圓板與膠皮之間的間隙僅為5mm，大大提高了密封效果，而且膠皮使用壽命長，更換方便。這一改進徹底解決了漏料問題，粉塵泄漏也大大減少，但仍有一定揚塵。
揚塵治理
為解決進料口部位的揚塵問題，採取了在該部位適量加水降塵的方案(混合、制粒所需水量的不足部分由流量計控制補充)，但加水造成漏斗內壁粘料、堵料，影響料流穩定，導致生產波動。為此，我們又進行了兩次改進。
（1）改進之一
在混合機進料漏斗內壁落料點處安裝1個860mm×950mm吊掛振動板，其一端與漏斗壁鉸接，可繞鉸支座轉動。在漏斗外部的相應部位安裝兩台振動器，啟動振動器，吊掛振動板則隨之產生高頻微幅擺動，將粘結的物料振落，使料流通暢、穩定。改進後，使用效果不錯，但存在振動器易燒壞，振動板磨損嚴重，振動噪音大等問題，且增加了日修、定修工作量和維修成本。
（2）改進之二
去掉振動器和吊掛振動板，設計製作了一塊860mm×950mm的工業陶瓷襯板，將該襯板安裝在漏斗內壁落料點部位，漏斗其餘部位則貼上鑄石襯板，要求各襯板連線部位保持光滑、平整。由於陶瓷襯板和鑄石襯板具有不粘料，耐磨損、使用壽命長等特點，尤其是工業陶瓷襯板還具有一定的抗衝擊能力，而鑄石襯板價格低廉，很好地解決了粘、堵料問題，從而解決了混合機進料口部位的揚塵。
