[发明专利]一种大壁厚半环形内缸铸件的冒口设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种大壁厚半环形内缸铸件的冒口设计方法。

背景技术

用于核电机组的高压内缸铸件为一种大壁厚内缸铸钢件，该铸件内、外腔为回转形成的半圆柱形结构，如图1所示，其中法兰面的最大壁厚达330mm以上，缸壁壁厚220~250mm。原铸造工艺的冒口设计如图2所示，在法兰面和内腔中间设置冒口，冒口之间放置冷铁分区，每个冒口对应每个分区进行补缩。该工艺沿用常规汽缸件的铸造工艺进行设计，没有考虑到该铸件本身大壁厚的结构特点，因此铸件存在诸多缩松缺陷。常规汽缸件的缸壁在60mm~100mm，法兰上的明冒口与内腔暗冒口之间使用冷铁分区，由于壁厚比较薄，冷铁的激冷作用明显，缸壁能够在短时间内凝固，明冒口与暗冒口可以分别补缩各自区域，消除铸件缩松。而本产品的铸件壁厚在220~250mm，大于常规汽缸件，使用冷铁分区时，激冷作用不明显，导致铸件凝固时，冷铁部位的缸壁没有及时凝固，明冒口内的钢水在重力作用下对整个铸件补缩，明冒口内钢水不足，导致结合面缩松和夹渣缺陷严重，同时，缸壁的中心凝固时间晚，导致铸铸件壁厚中心出现缩松。

发明内容

本发明针对现有技术中大壁厚内缸铸件铸造工艺中冒口设计存在的问题，提供一种可以避免壁厚方向缩松的一种大壁厚半环形内缸铸件的冒口设计方法。

本发明的目的是这样实现的，一种大壁厚半环形内缸铸件的冒口设计方法，其特征在于，依次包括如下过程：

1）根据半环形内缸铸件的结构，将半环形内缸铸件沿轴向划分为便于计算不同部位模数的若干段,并依次将各段标记为段一～段n；

2）从段一开始计算各段的模数，按段一沿半环形圆周各弧段部位的壁厚不同，将段一进一步分为便于模数计算的不同弧段，各段的模数分别记为Ｍ11～M1m，并取各段模数的最大值Ｍ0，计为Ｍ0＝Ｍax（Ｍ11～M1m）；

3）根据上步中段１各弧段模数的计算结果，在段一的半圆弧形内腔设计垂直向上的冒口一，所述冒口一为与内腔弧面相配的半圆柱形冒口，所述冒口一的模数设为Ｍ1，取Ｍ1≥1.2Ｍ0计为公式1；

半圆柱形冒口的理论模数为：Ｍ柱＝V/S=πRd/[2(πR+πd+2d)]计为公式2

其中，Ｖ为半圆柱的体积，Ｓ为半圆柱的表面积，Ｒ为半圆柱的半径也就是铸件内腔弧面的半径，d为冒口沿半圆柱轴向的厚度;

为延长冒口的凝固时间，在冒口沿半圆柱端面的外侧设置保温层，所述保温层的保温系数Ｋ为1.3～1.4，此时冒口一的实际模数为Ｍ1＝ＫＭ柱计为公式3，将公式2代入公式3得到：Ｍ1＝ＫπRd/[2(πR+πd+2d)]，计为公式4，再将公式4代入公式1得到冒口一厚度d的最小值d_min，d的实际取值按1～1.1倍d_min计，从而确定冒口一的尺寸；

4）在冒口一的顶部设置冒口二，以提供铸件型腔及冒口一的补缩液，冒口二的长度为2R，宽度为d，高度为H，冒口二宽度方向的两端为半圆柱形，所述冒口二的补缩液量m大于段一和冒口一的总钢水量m₁， m按下式确定：m=1.35³*[（14-ε）/ε]*v*ρ计为公式5，其中单位为kg；ε—体收缩率，钢水的取值按5计；ρ—钢水密度，取7.83t/m³ ，v—冒口二的体积；冒口二的体积v =（2Rd-0.215d²）H*10^-6，单位为m³，计为公式6，将公式6代入公式5，得到m=34.67*（2Rd-0.215d²）H*10^-6＞m₁，换算得出H＞10⁶ m₁/(69.34Rd-7.45d²)，计为公式7，此式中m可以根据段一和冒口一计算得到，从而确定Ｈ的最小值H_min，所述冒口二的实际高度为1～1.1倍H_min；

５）重复步骤2）～４）分别设计计算段二～段n的冒口参数。