大型高鉻鑄鐵肩胛環(huán)防變形研究

石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 （河北 050035） 馮曉冉

肩胛環(huán)作為挖泥泵上的主要過流部件，在實(shí)際生產(chǎn)中存在著嚴(yán)重的變形問題，導(dǎo)致廢品率居高不下，給公司帶來較大損失。大型肩胛環(huán)鑄件一般直徑較大，斷面窄且壁薄，鑄件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也加劇了變形的趨勢(shì)。為了將鑄件變形量控制在合格范圍內(nèi)，我們以1000WN肩胛環(huán)為例展開研究。

1.工藝分析

1000WN肩胛環(huán)鑄件最大直徑 2630mm，最小壁厚50mm，毛坯重量850kg，材質(zhì)為KmTBCr26。

（1）原工藝調(diào)查 該件原鑄造工藝如圖1所示，首次生產(chǎn)時(shí)采用手工樹脂砂，澆口開在肩胛環(huán)外圍，澆注系統(tǒng)采用φ90mm直澆道，橫澆道截面為梯形，大小為50/60mm、高60mm，內(nèi)澆道6道，4個(gè)φ260mm冒口均布，冒口頸φ70/φ80mm、高10mm，澆注重量1.7t。澆注完畢5天后打箱，其中澆注完8h后去壓鐵，兩天后松上箱。熱處理工藝采取淬火+回火，裝爐方式通常為幾個(gè)直徑大小相近的肩胛環(huán)鑄件疊裝入爐。

圖1 原鑄造工藝示意

（2）主要問題 鑄態(tài)存在變形，以及熱處理產(chǎn)生二次變形。鑄態(tài)變形在6～15mm，熱處理二次變形為10～20mm，且多數(shù)鑄件存在內(nèi)圓部位下沉現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 變形部位示意

（3）分析得出的結(jié)論 ①結(jié)構(gòu)特殊易造成鑄件變形，由于鑄件壁厚較薄，最小處僅為50mm，結(jié)構(gòu)為典型的大圓環(huán)，內(nèi)圓直徑較大，截面窄，因此結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)是造成大型肩胛環(huán)變形大的主要原因。②熱處理爐底板不平及空冷時(shí)散熱不均，熱處理爐底板使用多年表面已不平，在熱處理時(shí)此類鑄件一般是疊放3～4個(gè)，其中最上面的鑄件在空冷時(shí)散熱不均易發(fā)生較大的二次變形。③打箱工藝不合理，如壓箱時(shí)間短，過早地去掉上箱，以及將砂箱疊放等，都易造成冷空氣過早進(jìn)入，鑄件表面散熱不均產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致變形。

2.工藝改進(jìn)

（1）防變形拉筋設(shè)計(jì) 針對(duì)此類鑄件的特點(diǎn)，防變形拉筋的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。針對(duì)大型肩胛環(huán)斷面窄的特點(diǎn)，考慮在鑄件上加一圈豎筋，并且適當(dāng)放大內(nèi)圓加工余量（上下面加工均變?yōu)?0mm），這樣鑄件結(jié)構(gòu)有所改變，有利于遏制變形傾向。要想發(fā)揮圈筋的作用，必須使筋先于鑄件凝固而先獲得強(qiáng)度，從而可以在鑄件產(chǎn)生應(yīng)力變形時(shí)由其起到牽制作用，筋的壁厚為主壁厚的0.4～0.6倍，考慮到清理量，將壁厚定為24mm，此外考慮到起模因素，將拉筋的截面定為梯形，尺寸為18/24mm，高度定為60mm，圈筋在熱處理完成后去除。

（2）拉筋位置的確定 應(yīng)力產(chǎn)生導(dǎo)致鑄件變形，而熱應(yīng)力的產(chǎn)生是由于鑄件不同部位冷卻時(shí)間不一致引起的，即在壁薄或散熱快的部位形成壓應(yīng)力，在壁厚或散熱慢的部位形成拉應(yīng)力。對(duì)肩胛環(huán)鑄件來說，上表面（帶預(yù)制件的面）比下表面散熱快，因此決定把拉筋設(shè)在下表面，這樣可以起到使散熱趨于一致的作用。

（3）拉筋形式的確定 根據(jù)肩胛環(huán)斷面窄的特點(diǎn)，以及對(duì)變形部位的考慮，拉筋確定為一圈豎筋，如圖3所示。

圖3 拉筋示意

（4）壓箱工藝改進(jìn) 對(duì)大型肩胛環(huán)制訂專門壓箱工藝，澆注兩天后去壓鐵，且轉(zhuǎn)移砂箱時(shí)要注意放平，不得堆放，特別杜絕砂箱上下扇之間過早漏縫，避免產(chǎn)生冷空氣進(jìn)入的現(xiàn)象。澆注4天后松上箱，澆注6天后打箱，打箱過程中嚴(yán)禁磕碰鑄件。

（5）熱處理裝爐方式改進(jìn) 針對(duì)熱處理爐底板表面不平，裝爐時(shí)在支平方面不易保證的情況，采取多支點(diǎn)的辦法對(duì)直徑超過2.5m件支點(diǎn)最少8個(gè)，支墊時(shí)薄磚與厚磚結(jié)合。另外，在疊裝的肩胛環(huán)最上面加個(gè)蓋（使用直徑相近的廢肩胛環(huán)或廢護(hù)板），這樣可保證鑄件出爐后空冷時(shí)上下面散熱均勻，減少應(yīng)力變形趨勢(shì)。

3.生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證

按上述措施實(shí)施后，1000WN肩胛環(huán)生產(chǎn)取得順利成功，鑄件上平臺(tái)測(cè)量變形量在2～4mm，熱處理后變形在3～5mm，由于兩個(gè)面均有10mm加工余量，保證了零件加工要求，因此毛坯尺寸合格。隨后，我們?cè)?00WN、TK1000、TK1200等肩胛環(huán)上采取同樣方法生產(chǎn)，變形量均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，鑄件合格率在90%以上。

4.結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)造成大型肩胛環(huán)鑄件變形的原因分析，針對(duì)大型高鉻鑄鐵肩胛環(huán)的鑄造性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理確定了防變形拉筋的工藝參數(shù)，同時(shí)修正了打箱工藝及熱處理裝爐方式，成功生產(chǎn)出了變形量在合格范圍內(nèi)的大型肩胛環(huán)鑄件，為公司占領(lǐng)國(guó)內(nèi)外挖泥泵疏浚市場(chǎng)提供了有力的技術(shù)保障。