船舶齒輪箱體鑄件的工藝改進

李鵬峰（中國人民解放軍第四八零八工廠軍械修理廠，山東青島 266042）

船舶齒輪箱體鑄件的工藝改進

李鵬峰（中國人民解放軍第四八零八工廠軍械修理廠，山東青島 266042）

針對齒輪箱體的缺陷,綜合考慮產品的材質、結構、凝固順序、造型方式等,通過工藝調整,采用樹脂砂造型工藝,嚴格控制化學成分和熔化工藝,最終保證了齒輪箱體鑄件的穩(wěn)定生產。

齒輪箱；鑄造工藝；澆注系統(tǒng)

某船舶有一齒輪箱體鑄件重量為150kg,材質QT400-18,外型尺寸500mm×400mm×400mm,主要壁厚為8mm,局部達到25mm。該齒輪箱屬于該船舶動力裝備的關鍵產品，質量要求非常嚴格，外觀及加工表面不得有任何鑄造缺陷，周身需要做磁粉檢測，不得有縮松、裂紋等缺陷。

在該齒輪箱體的鑄造生產中，廢品率一直居高不下，一度達到50%，不但影響了齒輪箱體的生產效率，更重要的是影響了船舶的保障水平。長期以來，使用了很多鑄造方法，效果一直不明顯。針對如此情況，筆者經(jīng)過詳細的技術分析，針對齒輪箱體鑄件的材質、結構、凝固順序、造型方式等，制定了詳盡的工藝，并全程進行了跟蹤指導，最終將廢品率控制在3%以下，成功解決了這一難題,減少了損失,確保了船舶質量和工期。

1 原鑄造工藝分析

該齒輪箱體的原鑄造工藝見圖1。采用表面干型造型，澆注系統(tǒng)為沿著軸線方向垂直的立式澆注方案，從內澆道引入位置來看,相當于底注式澆注系統(tǒng)，在上面厚大部位開設了一個冒口。采用該工藝生產的鑄件缺陷如圖1所示，縮松缺陷主要集中在頂部壁厚25mm厚大部位，幾乎一半產品加工后發(fā)現(xiàn)或重或輕的縮松問題，導致產品報廢。

分析缺陷產生的原因，認為這種軸線立式底注式澆注方案，當鐵液經(jīng)由澆注系統(tǒng)進入型腔后，首先進入型腔底部，然后液面上升，最后到達頂面厚大壁厚位置；但是由于到達頂面的鐵液流經(jīng)了幾乎整個型腔，因此溫度下降很大，當達到頂部時，壁薄為8mm的位置已經(jīng)凝固，因此上部厚壁部位沒有鐵液的補縮，于是產生縮松。

另外，由于厚大部位位于高處，基本沒有靜壓頭，不能依靠壓力補縮，這也是缺陷難以消除的另一個主要原因。

除此之外，筆者考慮到，化學成分的合理選擇、穩(wěn)定控制、有效地孕育以及球化方式也對解決縮松缺陷起著不可忽視的作用，因此，筆者從成分選擇、熔煉工藝、工藝方案等各個方面綜合制定了新的工藝方案。

2 新工藝方案的制定

2.1 化學成分的選擇與控制

碳當量CE CE選擇原則是上限不出現(xiàn)石墨漂浮，下限不出現(xiàn)滲碳體，保證完全球化，在此基礎上提高CE，以獲得好的鑄造性能，減少鑄造缺陷。合適的碳當量為3.8%～4.2%,其中碳含量3.35%～3.8%,硅含量2.5%～2.9%。這樣既可以保證力學性能，又可以獲得良好的鑄造性能，并通過石墨化膨脹消除縮松縮孔的效果。

Mn Mn是穩(wěn)定珠光體元素，可以提高強度和硬度，降低塑性和韌性，在球鐵中Mn主要起到合金化作用，對于本產品，應該盡量降低Mn的含量，成分控制在0.1%～0.3%范圍之內。

P 磷在球墨鑄鐵中有嚴重的偏析傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴重降低球墨鑄鐵強度、塑性，尤其降低沖擊韌性；磷還增大球墨鑄鐵的縮松傾向。當要求球墨鑄鐵有高的韌性時，應將磷控制在0.06%以下。

S S與Mg、RE的親和力強，消耗鐵液中的球化元素，形成MgS、RES等渣子，降低球化率。鐵液中的S含量高，則鐵液強度低，流動性差，硫化物多，鑄件容易產生夾渣、皮下氣孔等缺陷，所以在球鐵的生產中應該嚴格控制鐵液的含S量。采用低硫的原材料，將S控制在0.05%以下。

Mg 采用稀土鎂合金來處理，控制成分范圍如下：Mg殘0.035%～0.055%，RE殘0.02%～0.04%。

2.2 熔化工藝

采用電爐熔煉，出爐溫度控制在1500℃。采用球化專用的堤壩式處理包，沖入法球化處理，并在澆注時進行隨流孕育?？刂茲沧囟仍?360～1380℃。

2.3 工藝方案調整

（1）改用樹脂砂造型

首先由過去的表面干型砂造型改為樹脂砂造型。樹脂砂造型有以下優(yōu)點：①鑄件的尺寸精度高、外部輪廓清晰；鑄件表面光潔，外觀質量好；組織致密，鑄件內部質量好，不容易產生縮松等缺陷。由于樹脂砂具有較好的流動性、脫模時間可調節(jié)、硬化后強度高、在其后的搬運及合箱過程中不變形，以及因樹脂砂的剛度高，在澆注和凝固過程基本上無形壁位移現(xiàn)象，所以鑄件的尺寸精度高，它比粘土砂及表面干型砂生產的鑄件可提高1～2個級別。②不用烘干，縮短了生產周期，節(jié)省了能源。③省去了烘干工序，型砂易緊實，潰散性好易清理等，大幅度降低了工人的勞動強度，為實現(xiàn)機械化生產創(chuàng)造了條件。

樹脂砂所用原材料及其技術性能要求如下：原砂：擦洗砂，ZGS90－30H－30,含泥量不大于 0.1%；樹脂：含氮量不大于3%，游離甲醛不大于0.3%；固化劑：總酸度 15%～25%（夏季）、25%～30%（春秋季）、35%～39%（冬季），游離硫酸0～2.8%（夏季）、8%～12%（春秋季）、10%～12%（冬季）。

樹脂砂混制工藝操作要點：配砂工應根據(jù)表1所列原材料、配比范圍等內容進行嚴格控制。開機前要檢查混砂機、樹脂泵、固化劑泵、控制柜等設備裝置是否處于正常位置，樹脂、固化劑數(shù)量是否足夠，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理或反饋給有關人員解決。開機后約2～3s放出先頭砂拋掉，此后在連續(xù)放砂造型過程中，中途因故停機再開機時，同樣將先頭砂部分拋掉不用，以保證樹脂砂強度的均勻性。對10t混砂機來說，當芯盒或砂箱放滿砂后開動振實臺，放砂時盡量不要把砂撒落到地坑或溝槽內，以免影響操作。在生產過程中應隨時觀察管內樹脂、固化劑數(shù)量變化，當管內液面達到最低點（最低點指同空氣連通膠管內液面高出桶內出口處液面80～100mm的位置）時，應及時向桶內補充。當天生產完畢，應及時徹底清除攪籠內葉片上、籠壁上粘附的樹脂砂，擦凈樹脂、固化劑噴嘴上污泥油垢等臟物，清理混砂機表面塵土。

表1 樹脂砂混制工藝及性能

（2）工藝改進

針對原工藝，為了保證厚大部位質量，并綜合考慮鑄件結構和順序凝固，采用了沿著軸線分型的水平分型方式，澆注系統(tǒng)位于易出現(xiàn)缺陷的厚大部位的正對面，見圖2。

鉻鐵礦砂的采用 對局部厚大的地方添加了鉻鐵礦砂，增加冷卻速度，使冷卻速度接近薄壁位置。

冒口的使用 在充型遠端設置冒口，一方面能將充型過程中卷入鐵液中的砂子由冒口排出，另外起到一定的補縮作用。

3 新工藝效果

由于改進后的工藝采用水平分型，并配合使用鉻鐵礦砂，遠端澆注系統(tǒng)充型，加上厚大部位優(yōu)先充滿后上半部才開始充滿型腔，造就由遠端厚大部位開始的順序凝固，再加上上箱很高，有很高的壓頭，進一步造就了重力補縮，利于消除產品缺陷。

從實際生產效果看，新工藝生產的多件齒輪箱體，僅有一件有輕微縮松，其他產品經(jīng)過磁粉檢查完全合格，成品率達到97%以上，取得了良好效果。

Improvement on Technology of Gears Case Castings of Shipping

LI PengFeng
（PLA 4808 Ordnance Repair Works，Qingdao 266042，Shandong China）

Aiming at the defect of gear case，the material,structure，solidification direction，molding method etc of the product have been totally considered with adjustment of technology，resin bonded sand molding technology，strict control of chemical composition and melting process,stable production of gear case has been finally ensured.

Gears case；Foundry technology；Pouring system

TG24;

B；

1006－9658（2011）06－3

2011－09－20

2011－131

李鵬峰（1974-），男，本科，工程師，主要從事船舶產品鑄造工藝性能