錨鏈輪工藝設(shè)計

王 有，劉麗娟

（太原重工冶鑄分公司，山西太原 030024）

錨鏈輪是起錨機械的主要部件，其制造質(zhì)量，直接影響起錨，拋錨的效能，對保證船舶安全航行至關(guān)重要。錨鏈輪與錨鏈的嚙合部位——鏈環(huán)承窩，由承窩底面與輪齒側(cè)面組合而成，要承受來自各個方向的扭距、牽引和沖擊，因此內(nèi)部質(zhì)量要求非常嚴格，同時執(zhí)行多個船級社的驗收標準，但經(jīng)過對該產(chǎn)品工藝設(shè)計的反復(fù)研究，結(jié)合使用先進的MAGMA模擬軟件，通過增加隨形外冷鐵，增加補正量，設(shè)置拉筋等，終于使該批量產(chǎn)品的性能一次性全部合格，且客戶使用后反饋質(zhì)量很好。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

該鑄件產(chǎn)品屬于船用類，是壁薄高強度鑄件，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，形狀特殊，壁厚不均，基本呈流線型，法蘭內(nèi)側(cè)極易張口變形，凹槽內(nèi)易出現(xiàn)裂紋和粘砂現(xiàn)象。鑄件簡圖如圖1所示。

圖1 錨鏈輪示意圖

1.2 工藝性分析

錨鏈輪中心軸處厚大，且上下兩層呈開口相背盆狀，盆底是五角星狀變化的曲面。整個鑄件上下兩部分接壤處壁最薄，因此補縮通道在中心斷開來，容易形成縮松縮孔，裂紋等。外表面粗糙度要求高，鑄件上標注公差滿足G B/T 1804中m級、未注形位公差滿足G B 1184-96中K級。上下兩部分空檔處為毛坯重點部位，要求在3 mm范圍內(nèi)，需專用成品檢驗樣板控制。中間軸孔內(nèi)部要求高，工藝設(shè)計需重點考慮保證。鋼水出鋼前精煉凈化鋼液。另外，熱處理時一定要支墊平穩(wěn)，防止變形。

1.3 工藝方案

針對此類型鑄件的結(jié)構(gòu)特點和質(zhì)量要求，兼顧到生產(chǎn)操作及經(jīng)濟性等因素綜合分析，采用一箱一件，水平分型，水平澆注的工藝。法蘭端面作為分型面，采用實樣吊胎的造型方案，確保尺寸精度的穩(wěn)定控制。采用樹脂自硬砂，面砂用石英砂，圓角處用鉻鐵礦砂[1]厚50 mm～80 mm，下部厚大處捂鉻鐵礦砂80 mm～100 mm，滿足凝固要求，防止熱節(jié)處收縮時開裂。最后要求涂刷醇基鋯英粉涂料3遍，見圖2.

圖2 錨鏈輪造型圖

1）收縮率的確定

鑄件屬于結(jié)構(gòu)件，壁厚不均勻，筋板多，收縮嚴重受阻。對于整個鑄件來說，收縮是不均勻受阻收縮，選用不同的收縮率，徑向1.4%，高度方向1.8%。

2）加工余量

加工余量是指為保證鑄件加工面尺寸和零件的精度。根據(jù)J B/T 5000.6—1998，按鑄件加工余量要求選定上面18 mm，下面、側(cè)面為14 mm，孔選用18 mm.

3）工藝補正量

工藝補正量是為彌補由于鑄造收縮率與實際不符或鑄件變形造成鑄件加工后壁厚不能達到要求而設(shè)置的補正量。由于鑄件結(jié)構(gòu)特殊，在收縮時嚴重受阻，故在兩大面之間加5 mm進行補正，保證尺寸和強度要求。此外，在內(nèi)腔非裝配面采用曲線法設(shè)計補正量，以此代替補貼，不僅能減少鋼水量，也不用去除補貼，能避免采用氣割去除補貼帶來的鑄造缺陷。

4）拉筋設(shè)置

產(chǎn)品上下面在凝固收縮過程，極易出現(xiàn)應(yīng)力不均而張口變大，為防止變形導(dǎo)致尺寸超差，在空檔處設(shè)置多個拉筋[2]，以便增加強度。

5）冒口及補貼設(shè)置

通過對鑄件模擬，確定其熱節(jié)[3]位置（圖3），基本確定冒口數(shù)量。設(shè)計冒口時依據(jù)鑄鋼件截面尺寸，鋼液溫度和合金成分等計算冒口的有效補縮距離和補縮范圍。中心輪緣利用滾圓法設(shè)置補貼，增加補縮通道以此消除下部熱節(jié)出縮孔。為提高冒口補縮能力，采用保溫冒口套，澆注結(jié)束后在冒口液面上布置足量厚度的保溫覆蓋劑，并且保證覆蓋均勻，減小冒口中鋼液冷卻速度，使冒口比鑄件受補縮部分延遲凝固，以使冒口中的金屬液補縮鑄件[4]，使鑄件更致密。

圖3 應(yīng)用MAGMA模擬鑄件熱節(jié)位置

6）外冷鐵設(shè)置

由于錨鏈輪結(jié)構(gòu)的特殊性，必須采取各種措施保證其順序凝固，確保內(nèi)部組織致密。錨鏈輪中間段壁薄且長，不采取措施，必會產(chǎn)生縮松。設(shè)計隨形掛砂外冷鐵，調(diào)整補縮區(qū)域，改善溫度場，使局部強制凝固，還能防止結(jié)構(gòu)性粘砂[5]（圖4、5）.

圖4 外冷鐵圖

圖5 工藝方案簡圖

1.4 鑄件的熱處理

合理的熱處理工藝使得鑄件具有理想的力學(xué)性能，并能有效控制熱變形。鑄件澆注后保溫20 d進行落砂。凹槽內(nèi)采用鉻鐵礦砂做面砂，易清理。鑄件清砂后即進行軟退火（如圖6所示），350℃出爐后熱割冒口。切割冒口時各處要墊好，放平，切下冒口后立即進行正火，回火。正火時保溫溫度（900±10）℃。通過奧氏體再結(jié)晶來均勻細化組織。正火時采用空冷，保證晶粒細化效果好，從而提高鑄件強度和塑韌性，充分發(fā)揮材料的強度潛力，使性能更均一穩(wěn)定。

圖6 鑄件退火圖

2 結(jié)果

鑄件經(jīng)清砂后，表面光潔，無粘砂裂紋，縮孔等缺陷，產(chǎn)品的力學(xué)性能，外觀尺寸，內(nèi)在質(zhì)量均達到產(chǎn)品的技術(shù)要求粗加工后的鑄件見圖7.上述工藝方案的實施，使得錨鏈輪的試制收到良好的效果，生產(chǎn)的成品沒有因為裂紋，變形等導(dǎo)致報廢，滿足了客戶要求。

3 結(jié)束語

圖7 粗加工后的鑄件

1）錨鏈輪系列產(chǎn)品是公司首次生產(chǎn)的產(chǎn)品，針對此類型結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)的變形，夾渣，裂紋等鑄造缺陷，在冒口，補貼，冷鐵等工藝措施方面進行優(yōu)化，并通過用MAGMA對鑄件進行缺陷預(yù)測，節(jié)省了成本，縮短了交貨周期。

2）通過實際驗證，產(chǎn)品質(zhì)量良好，得到多家船級社的認可，同時為后續(xù)的類似結(jié)構(gòu)的錨鏈輪研制，積累了豐富的經(jīng)驗。

［1］中國機械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊第3卷［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［3］柳百成.鑄造工程的模擬仿真與質(zhì)量控制［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

［4］李慶春.鑄件形成理論［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1989.

［5］陳國楨.鑄件缺陷和對策［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007：28.