移動(dòng)式冷床主搖桿的鑄造生產(chǎn)工藝

梁裕鳴，王 晉

（1.晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，山西 晉中 030600；2.榆次液壓有限集團(tuán)公司技工學(xué)校，山西 晉中 030600）

主搖桿是厚板工程移動(dòng)式冷床中的關(guān)鍵部件，它在工作中承受很大的沖擊載荷，鑄件要求超聲波探傷和磁粉探傷，質(zhì)量要求嚴(yán)格。鑄件最大輪廓尺寸為 2748×850×750（mm），鑄件壁厚變化較大，最大處壁厚為200mm，最小處壁厚為70mm，鑄件重量5024 kg，形狀結(jié)構(gòu)如圖1所示，鑄件材質(zhì)為ZG42CrMo，調(diào)質(zhì)處理 HB200～250，屈服強(qiáng)度 σs≥450MPa，抗拉強(qiáng)度σb≥830MPa，鑄件制造難度較高。

圖1 主搖桿鑄件結(jié)構(gòu)圖

1 工藝難度分析

1）由于鑄件壁厚變化較大，鑄件熱節(jié)較嚴(yán)重，易產(chǎn)生裂紋，鑄件粘砂可能性較大，表面質(zhì)量不好控制。

2）鑄件易產(chǎn)生變形缺陷。

3）鑄件要求磁粉和超聲波探傷，質(zhì)量要求高，鋼液內(nèi)在質(zhì)量要有保證，工藝措施要科學(xué)合理。

2 鑄造工藝設(shè)計(jì)

2.1 澆注位置及分型面確定

經(jīng)過認(rèn)真分析，考慮鑄件的使用要求和技術(shù)要求，遵循順序凝固的原則，并結(jié)合我公司以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定采用平澆方案，兩開箱造型。分型面選擇在中間圓柱的上平面，分型面以上為上箱部分，下部為下箱部分，模型結(jié)構(gòu)及澆注位置如圖2所示。

圖2 模型結(jié)構(gòu)圖

2.2 工藝參數(shù)的確定

1）縮尺：考慮該鑄件在凝固收縮過程中，受鑄型的機(jī)械阻礙影響較大，因此選擇模樣縮尺為1.8%。

2）加工余量：由于鑄件輪廓尺寸較大，為保證加工面精度，選擇上表面加工余量為18 mm，下面和側(cè)面的加工余量為15mm，內(nèi)孔加工余量為12mm。

3）分型負(fù)數(shù)：由于采用上箱和下箱分模造型，分型負(fù)數(shù)選擇3mm，設(shè)計(jì)在上箱。

2.3 澆注系統(tǒng)

考慮到鑄件外型輪廓尺寸較大，鑄件質(zhì)量要求較高，為保證鋼液快速充滿型腔，減少鋼液對(duì)上箱的烘烤時(shí)間，避免出現(xiàn)夾砂缺陷，我們?cè)O(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)為開放式底反澆注系統(tǒng)，直澆口采用φ100mm 1個(gè)，橫澆口采用φ80mm兩道從中間往兩邊分開，內(nèi)澆口采用φ60mm四道，如圖3所示。

2.4 冒口和拉筋設(shè)置

由于鑄件局部熱節(jié)較多，為保證鑄件形成由鑄件向冒口的順序凝固方式，保證鑄件內(nèi)部組織致密，探傷合格，我們依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合CAE鑄造仿真凝固模擬，確定冒口設(shè)置方案如圖4所示。采用腰型260暗冒口3個(gè)，高650mm，圓形200暗冒口2個(gè)，高350mm，腰型240暗冒口2個(gè)。為防止鑄件變形，設(shè)計(jì)φ40mm拉筋一條。

圖3 澆注系統(tǒng)設(shè)置圖

圖4 冒口拉筋設(shè)置圖

3 生產(chǎn)質(zhì)量控制

1）模型制作：由于鑄件質(zhì)量要求較高，模型采用實(shí)樣木模制作，要保證整體強(qiáng)度和剛度，在吊運(yùn)、起模過程中不得有任何變形，模型要做出起模吊鼻，保證吊運(yùn)起模安全。模型要求表面光潔度達(dá)到1級(jí)，要求棱角分明。鑄造圓角要從外模及芯盒中做出來。模型分型負(fù)數(shù)設(shè)計(jì)為3mm。

2）造型、制芯：造型時(shí)要注意上下箱多扎出氣眼，保證出氣暢通，澆注系統(tǒng)采用專用陶瓷耐火磚管，擺放澆口時(shí)要仔細(xì)，防止散砂進(jìn)入澆注系統(tǒng)內(nèi)，兩專管的連接要緊密，防止連接錯(cuò)位。芯頭下部要多扎出氣孔，防止?jié)沧r(shí)出氣不暢通導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。制芯時(shí)要注意保證芯骨強(qiáng)度，芯骨位置不能阻礙鑄件收縮，在芯子的圓角部位和中間軸孔芯子的外表面覆10mm～15mm后鉻鐵礦砂，防止出現(xiàn)粘砂缺陷。

3）下芯：下芯前要先將砂型清理干凈，然后涂刷兩遍醇基鋯英粉涂料，充分烘干后，開始下芯子，注意檢查芯子和芯頭部位各出氣孔是否暢通，下好芯子后，按圖紙檢查砂型型腔是否符合圖紙尺寸要求，然后再將芯子上的吊鼻用水玻璃石英砂修補(bǔ)好，用CO2氣體吹干后，刷兩遍醇基鋯英粉涂料，烘干后再將型腔內(nèi)散砂重新清理一遍。

4）合箱：合箱前要注意檢查芯頭、芯座出氣孔是否暢通、尺寸形狀是否符合圖紙、澆冒口系統(tǒng)內(nèi)和型腔內(nèi)是否干凈、芯頭、芯座間隙是否填嚴(yán)，防止鋼液鉆入或跑火。放箱的地面要平整并做好出氣通道。澆口杯一定要用直徑為φ100mm的專用澆口杯，不許用砂質(zhì)澆口杯。合箱時(shí)要將下好芯子的砂型再次檢查一遍，確認(rèn)砂型無誤后在開始合箱操作，在下箱型腔周圍應(yīng)放一圈泥漿，壓上軟紙后先進(jìn)行驗(yàn)箱檢查尺寸。砂型全部確認(rèn)合格后在進(jìn)行合箱。最后打好箱卡子，將箱縫用型砂塞緊，防止?jié)沧r(shí)炮火，然后放好外澆口準(zhǔn)備澆注。

5）熔煉澆注：鋼液的純凈度及澆注溫度直接影響牌坊鑄件的質(zhì)量。S、P等有害元素含量越高，裂紋傾向性越大，鋼中夾雜物與偏析約嚴(yán)重，越易造成應(yīng)力集中。澆注溫度越高，凝固收縮越大，熱裂紋、縮孔、縮松、粘砂的產(chǎn)生機(jī)率也越大。加強(qiáng)工序質(zhì)量控制，采用變質(zhì)處理及鋼包底吹氬技術(shù)嚴(yán)格控制鋼液質(zhì)量，減少鋼液中氣體及有害元素含量，控制澆注溫度和澆注速度，增加鋼液的補(bǔ)縮能力，保證鑄件組織致密。冶煉時(shí)成分按中線控制，爐前脫氧，在包內(nèi)采用稀土硅進(jìn)行孕育變質(zhì)處理，出鋼溫度控制在1590℃～1610℃。出鋼前要保證各元素含量在限定區(qū)間范圍內(nèi)。澆注溫度對(duì)鑄鋼件的質(zhì)量有較大的影響，若澆注溫度過高，鑄鋼件的收縮值增大，氣體含量增大，鋼液對(duì)鑄型的熱作用增強(qiáng)，使鑄鋼大齒輪容易產(chǎn)生縮孔、氣孔、變形、裂紋和粘砂等缺陷。當(dāng)澆注溫度過低時(shí)，鋼液的流動(dòng)性差，易使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、夾雜等缺陷。鑄鋼件的澆注溫度一般按其材質(zhì)的熔點(diǎn)加40℃～80℃。澆注溫度控制在1535℃～1550℃。澆注時(shí)及時(shí)引火，并采取防跑火措施。澆注時(shí)采取先慢澆，然后大流快澆，最后慢澆的原則，澆滿后停3min充點(diǎn)冒口一次，然后再停5min充點(diǎn)冒口一次。鋼包采用底注式澆包，不許用新砌的鋼包。鋼包必須保持干燥，烘包溫度要保證在800℃以上，出鋼后鋼液在包內(nèi)鎮(zhèn)靜時(shí)間大于7 min開始澆注。

6）鑄件開箱、清理：鑄件屬于中大型合金鋼鑄件，且壁厚差別較大，生產(chǎn)時(shí)由于砂芯的阻礙而存在較大的應(yīng)力，極易產(chǎn)生變形和開裂。在澆注8 h后松開砂箱的緊固裝置，讓鑄件自由收縮，38 h后打箱清理，200℃以上熱割除冒口。

4 生產(chǎn)結(jié)果

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，使用該工藝生產(chǎn)的鑄件，表面質(zhì)量良好，鑄件組織致密，尺寸形狀完全準(zhǔn)確，鑄件加工后磁粉和超聲波探傷都完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，力學(xué)性能達(dá)到技術(shù)條件要求，該工藝對(duì)同類大型鑄件的工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。