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  • 2、ZCuSn10P1錫青銅蝸輪的離心鑄造
    發布時間: 2012-03-06
     

         電梯蝸輪采用ZCuSn10P1錫青銅蝸輪,作為電梯傳動的主要零件,要求有較高的硬度和耐磨性。鑄件不允許有縮孔、夾結等缺陷。

    1 鑄造過程及缺陷

        采用離心鑄造,鑄型結構采用單模形式,鑄型轉速700~800 r/min,由于化學成分控制不當、鑄件產生過縮松、氧化夾渣、“云斑”、層狀組織及化學成分不合格等缺陷,成品率僅30%~40%。
      鑄件縮松和氧化夾渣,主要出現在輪輻部位,缺陷處顯得組織疏松,越向中心,組織越松軟。“云斑”及層狀組織在端面粗加工后就顯現出來,而且隨著存放時間的延長而越加明顯,層狀組織雖對鑄件的強度沒有影響,但液壓試驗時會引起滲漏,而且層狀組織和“云斑”缺陷影響鑄件外觀質量,是不允許的。

     2 缺陷原因分析
      
        蝸輪鑄件組織疏松,除金屬液溫度與模具溫度過高外,主要是離心力不夠即轉速不高引起的。
       我廠生產的蝸輪鑄件,由于外徑大,高度小,加上輪緣與輪幅的壁厚過渡較大,其離心力的作用會受到軸向壁厚的突然減薄的影響。
       ZCuSn10P1錫青銅,結晶溫度間隔達350 ℃以上,結晶過程又是在溫度變化的情況下進行的,鑄型冷卻條件不好,就傾向于形成層狀組織。
     “云斑”缺陷是ZCuSn10P1錫青銅化學元素在離心鑄造過程中凝固與偏析的結果,以上兩種缺陷都說明鑄件必須順序凝固,提高鑄型的冷卻速度。
     
    3 解決措施
      
        對于化學成分的控制,從原材料、配料、操作及熔煉4個方面著手:原材料嚴格按照熔煉工藝規定;選用銅Cu-2電解銅,錫Sn-1,磷采用含14%P的磷銅,配料計算按10%Sn,1.0%P,89%Cu進行,保證在計算與秤量方面不出差錯,需用舊料時,必須化驗合格,清除表面污物后使用;操作方面,在氧化性氣氛中快速熔化,爐外加錫;熔煉時,爐料和工具充分預熱,熔煉場地應通暢、整潔,不使其他材料和雜質混入ZCuSn10P1錫青銅中。經過以上措施,在以后的澆注過程中,化學成分全部合格且與配料計算吻合。
       為了核實離心力對鑄件致密度的影響,我們對鑄型轉速作了試驗。實踐證明,隨著鑄型轉速的增大,即離心力的增大,加強了金屬冷卻時的對流作用,能克服補縮過程中的阻力,合金的補縮作用相應加強,并有利于雜質與氣體向中間部位移動,鑄件縮松類缺陷減少,致密度提高。
       要得到離心鑄造的優質鑄件,還有一個關鍵問題是鑄件的冷卻速度,前面提到的“云斑”與層狀組織缺陷,實際上都是冷卻速度太慢引起的。為了提高鑄件的冷卻速度,我們首先從鑄型結構著手,先在原單模鑄型外加一銅箍,加大了鑄型壁厚,以增加其導熱性,加快鑄件冷卻,經試驗,效果明顯,基本上消除了“云斑”和層狀組織,在此基礎上,將單模鑄型結構改為雙層模鑄型結構,經此改動,不僅能保證鑄件質量,而且由于內??筛鼡Q使用,為操作提供方便,也節約了模具成本。
       金屬澆注溫度過低(如<960 ℃),影響鑄件輪廓的清晰,而且金屬液粘滯,容易粘包,而>1000 ℃的澆注溫度,由于溫度高,冷卻緩慢,會導致鑄件組織疏松,勞動效率也不高,所以溫度過高過低都不適宜,我們選擇在980~1000 ℃的澆注溫度,此時,金屬液內白色小珠翻動較少,冷速也適宜,是比較理想的澆注溫度。
      鑄型溫度,在預熱時要在200 ℃左右,以去除鑄型內水氣為目的,鑄型工作時,控制在150~200 ℃,甚至要低些,這樣有利于金屬溫度傳遞,加快鑄件冷卻。澆注溫度以控制澆注時間來衡量,即以澆道截面大小來控制,一般在18~20s較好。
     
    4 結束語
     
         ZCuSn10P1錫青銅蝸輪離心鑄造,經過數十次試驗,工藝方案不斷趨向完善與合理,總結在澆注過程的經驗,確定了澆注2T電梯蝸輪的最佳工藝方案:
      (1) 采用雙層模具的鑄型結構,鑄型壁厚盡可能等于或大于鑄件壁厚。
      (2) 鑄型轉速,從既保證鑄件質量,又安全可靠的角度出發,以選擇1160 r/min為好。
      (3) 金屬澆注溫度選擇980~1000 ℃為宜。
      (4) 澆注速度控制在18~20s。

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