動梁鑄造工藝研究

摘要：文章首先對動梁的設(shè)計(jì)技術(shù)條件進(jìn)行闡述，擬定工藝方案時，重點(diǎn)介紹了鑄造方法、工藝方案和造型材料選擇，然后對縮尺、加工余量、工藝補(bǔ)正量、拔模斜度、分型負(fù)數(shù)、漲箱系數(shù)等工藝參數(shù)的確定進(jìn)行闡述，通過理論分析，進(jìn)行澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，最后闡述了鑄后熱處理要求及對缺陷處置。

關(guān)鍵詞：動梁；鑄造方法；澆注系統(tǒng)；鑄后處理；鑄件產(chǎn)品 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP392 文章編號：1009-2374（2016）05-0059-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.030

沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司為大連某公司生產(chǎn)壓機(jī)配套產(chǎn)品，動梁是其中最主要的鑄件產(chǎn)品。接到生產(chǎn)計(jì)劃后，技術(shù)部聯(lián)合車間不斷研究，最終生產(chǎn)出了完全符合廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為以后生產(chǎn)此類鑄件產(chǎn)品積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1 生產(chǎn)支臂技術(shù)條件

1.1 產(chǎn)品概況

動梁本體：13450kg，化學(xué)成分為ZG20MnMo，鋼號ZG20MnMo，含C量0.17%～0.23%，含Mn量1.10%～1.40%，含Si量0.20%～0.40%，含P量0.030%以下，含S量0.030%以下。機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度≥490MPa；屈服強(qiáng)度≥295MPa；延伸率≥16%以上；沖擊值39。

1.2 要求的生產(chǎn)條件和方法

（1）動梁需要進(jìn)行正回火熱處理，以消除應(yīng)力，同時提供熱處理曲線，包括升溫曲線、冷卻溫度、時間進(jìn)度等；（2）鑄造過程中，強(qiáng)烈要求嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量控制；（3）內(nèi)表面要打磨成更加光滑的表面。

1.3 鑄件表面質(zhì)量要求

（1）鑄件表面經(jīng)過熱處理后應(yīng)平整光潔，不準(zhǔn)有裂紋、縮孔、粘砂等缺陷；（2）鑄件不得有影響強(qiáng)度之缺陷；（3）鑄件表面質(zhì)量要符合提出要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

1.4 試料

動梁要帶試料，試料要附在本體上，要與本體同爐進(jìn)行熱處理，試料的機(jī)械性能符合JB/T5000.6-2007提出的標(biāo)準(zhǔn)。

2 工藝方案的擬定

2.1 鑄造方法的選擇

鑄造方法的選擇在此不再詳述。

2.2 工藝方案的選擇

（1）澆注位置：為了得到高質(zhì)量的鑄件和方便操作，采用正常的澆注位置。此澆注位置便于下芯、排氣、利于補(bǔ)縮，便于操作。（2）分型面：分型面的選擇是與澆注位置的選擇密切相關(guān)。確定了澆注位置之后，即可按澆注位置的選擇原則來選定分型面，此件選大平面作為分型面，便于操作、檢驗(yàn)，易保證各部尺寸的準(zhǔn)確，木型采用實(shí)樣木型，便于起模。

2.3 造型材料

為了達(dá)到尺寸準(zhǔn)確、表面光潔的技術(shù)要求，為了確保檢測的技術(shù)要求，選用堿酚醛自硬砂造型。

3 工藝參數(shù)

3.1 縮尺

縮尺是為了保證鑄件冷卻由液態(tài)到固態(tài)后尺寸符合圖紙要求，而在制作木型時應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆懦??？s尺是根據(jù)鑄件的線收縮率來確定的，而鑄件的線收縮率又直接與鑄件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、收縮時的受阻情況、造型方案、造型用砂等有關(guān)。根據(jù)支臂的具體情況，縮尺定為1.8%。

3.2 加工余量

加工余量是鑄件在機(jī)械加工時去掉的一層金屬的厚度。加工余量的大小取決于鑄件的最大尺寸、加工面間的距離、加工面與加工基準(zhǔn)面的距離、鑄件的尺寸精度、澆注時加工面的位置。此件上面取加工量25mm，下側(cè)面取20mm。

3.3 工藝補(bǔ)正量

由于動梁造型時，中間芯子不準(zhǔn)用鑄工頂固定泥芯，故只能通過吊梁掛芯，所以大芯子內(nèi)芯鐵必須牢固、可靠，這就要使芯子的收縮應(yīng)力增大，考慮到這種情況在相應(yīng)部位設(shè)置了工藝補(bǔ)正量。

3.4 拔模斜度

為了在造型時易于起模，而在模樣的立面上給出一定的斜度。此件下面組一層芯，實(shí)樣按木型操作規(guī)程守則留出拔模斜度。

3.5 分型負(fù)數(shù)

由于鑄型上、下型之間合箱后不嚴(yán)密，為防止跑火，合箱時要在分性面上放石棉繩。這樣一來，就增加了型腔的高度。為了保證鑄件尺寸符合要求，在模樣上必須減去相當(dāng)?shù)母叨?，此高度尺寸即為分型?fù)數(shù)。分型負(fù)數(shù)的大小，與鑄件的尺寸有關(guān)，即與分型面的大小有關(guān)，與使用的型砂性質(zhì)有關(guān)。分型負(fù)數(shù)定為3mm。

3.6 漲箱系數(shù)

鑄件在澆注時，由于鋼水壓力大，而型砂在受熱后變軟、分解，被高壓鋼水向后推，使鑄件漲箱，在考慮毛重時，應(yīng)將此數(shù)值加入。漲箱系數(shù)與鑄件高度，壁厚和所用的造型材料有關(guān)，此件砂箱結(jié)合地坑實(shí)樣造型，四周廢砂撞平，漲箱系數(shù)定為5%。

3.7 芯子

芯子是用來形成鑄件的內(nèi)腔，有時也用來形成較為復(fù)雜的不易起型的外皮。此件實(shí)樣造型，中間出芯。

4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算

4.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)直接影響著鑄件的質(zhì)量，很多鑄造缺陷，如包砂、夾雜物、澆不足、裂紋等缺陷，多與澆注系統(tǒng)不合理有關(guān)，所以鑄鋼件的澆注系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)合理，要保證鋼水平穩(wěn)地進(jìn)入鑄件型腔有合理的注入位置，保證鋼水的順序凝固。

此件高500mm，為使鋼水平穩(wěn)的進(jìn)入鑄型，采用側(cè)面一層水口，澆注時鋼水由內(nèi)澆口進(jìn)入型腔，內(nèi)澆口六道，此澆注系統(tǒng)達(dá)到了注入位置合理，鋼水能平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型且造成了趨向于冒口的溫度梯度，有利于鋼水的順序凝固，有利于鑄件的內(nèi)部質(zhì)量的提高。

4.2 澆注系統(tǒng)的計(jì)算

澆口各部分截面尺寸恰當(dāng)，減少鋼水的消耗，并有恰當(dāng)?shù)纳仙俣取４思?5.2噸，鋼水總重25.4噸，需要一包澆注。

（1）包孔直徑￠70mm×2，總截面積為7693mm2；（2）直澆口2個￠120mm，總截面積為22608mm2；（3）橫澆口一道￠100mm，總截面積也應(yīng)為7850mm2。因?yàn)橹睗部诰鶆蜻M(jìn)入橫澆口同時向兩個方向流去，只能擴(kuò)大其面積；（4）內(nèi)澆口6個￠80mm，總截面積為30144mm2；（5）澆注系統(tǒng)的截面積之比為：包孔∶直澆口∶橫澆口∶內(nèi)澆口=1∶2.94∶1.02∶3.92；（6）鋼水在型腔中的上升速度計(jì)算如下：t=Q/nq（s）=15200/（120×2）=63.3s。

式中：t為澆注時間（s）；Q為鑄件重量（kg）；n為注孔數(shù)量（個）；q為鋼水的流量（kg/s）。包孔直徑（mm）60時，q（kg/s）取90；包孔直徑（mm）70時，q取120，包孔直徑（mm）80時，取150，包孔直徑（mm）100時，取150。

V=H/t=500/63.3=7.9（mm/s）

式中：V為鋼水在型腔中的上升速度（mm/s）；H為鑄件的高度（mm）。

4.3 分析

此上升速度可滿足應(yīng)用堿酚醛自硬砂生產(chǎn)大型厚壁鑄鋼件時鋼水在型腔內(nèi)上升速度的工藝要求。澆注時，待鋼水上升至冒口內(nèi)1/3高度時，在冒口內(nèi)加足夠量的高效覆蓋劑。此澆注系統(tǒng)對堿酚醛自硬砂造型的動梁是比較適合的，它能使鋼水以最短的時間、最快的速度充滿型腔，減少鋼水對型腔的烘烤時間，避免由于掉砂、起皮等因素而使鑄件產(chǎn)生砂眼、粘砂、夾渣等鑄造缺陷，另外由于內(nèi)水口面積大、分散，有利于鋼水熱量的分散，避免局部過熱，引起局部縮松等鑄造缺陷。

4.4 冒口

鋼水澆注時從液態(tài)狀態(tài)下經(jīng)過降溫直到凝固完了的全過程中，要發(fā)生體收縮。在收縮過程中，需要適當(dāng)?shù)匿撍a(bǔ)縮，否則鑄件將產(chǎn)生縮孔和縮松，冒口就是用來盛裝鋼水補(bǔ)縮鑄件而設(shè)置的。為了形成鑄件向著冒口的順序凝固，有時采用內(nèi)冷鐵和外冷鐵來控制，冒口高度設(shè)計(jì)以冒口內(nèi)的金屬液能保持較高的熱量和壓力為原則。動梁的冒口設(shè)置遵循了下列原則：（1）冒口設(shè)在鑄件最后凝固的部位，即鑄件的最高部位，以造成順序凝固的條件；（2）冒口設(shè)在鑄件澆注位置的上部，便于設(shè)置并提高了補(bǔ)縮效果；（3）冒口采用圓形和集中的大冒口，以提高其補(bǔ)縮效果。

5 鑄后處理

5.1 氣割與補(bǔ)焊

ZG20MnMo材質(zhì)屬合金鋼，為了防止產(chǎn)生裂紋，切割冒口以后馬上進(jìn)到熱處理爐中進(jìn)行熱處理。小的局部缺陷可局部加熱補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后要進(jìn)行回火處理（溫度為580oC），以消除應(yīng)力。所用焊條為結(jié)J506或J507。

5.2 熱處理

根據(jù)技術(shù)要求，鑄件要進(jìn)行正、回火處理：

此件在熱處理時，第一個階段時消除鑄造應(yīng)力和改善鑄態(tài)組織性能的退火處理，在切割冒口之前進(jìn)行，它的作用是在切割冒口時避免出現(xiàn)裂紋。消除缸體在缺陷處理過程中組織應(yīng)力，保證缸體在正、回火后得到滿足技術(shù)要求的綜合機(jī)械性能。曲線的第二、三階段是正、回火處理，在氣割掉冒口后進(jìn)行。風(fēng)冷的目的是為了加強(qiáng)冷卻速度，此階段是得到合格的各項(xiàng)性能指標(biāo)的根本保證。

5.3 對操作及夾具的要求

（1）檢查來件的標(biāo)識和表面質(zhì)量；（2）放平、墊實(shí)、加熱要均勻。火焰不能直射鑄件表面，均勻加熱；（3）控制升溫、冷卻速度，做好操作記錄。

5.4 對缺陷處置

動梁作為大型鑄鋼件，由于鑄造過程復(fù)雜，出現(xiàn)質(zhì)量問題后的缺陷處理十分重要，同時也是保證缸體質(zhì)量的重要手段。具體處理方法規(guī)定如下：（1）表面缺陷用砂輪磨光，經(jīng)磁粉探傷檢查無裂紋等鑄造缺陷后進(jìn)行補(bǔ)焊，內(nèi)部缺陷在預(yù)熱溫度大于200℃的條件下用氣割方法清理缺陷，并用砂輪磨光，經(jīng)磁粉檢查合格后施焊；（2）補(bǔ)焊時整體預(yù)熱，并在施焊部位加熱保溫大于200℃；（3）焊修后缺陷部位及時保溫處理，蓋石棉板等，整體施焊后，入爐中進(jìn)行補(bǔ)焊后的去應(yīng)力處理；（4）去應(yīng)力處理后的鑄件，重新用砂輪打磨精整達(dá)到同整體表面一致，并重新進(jìn)行磁粉及超聲波探傷檢查。

6 結(jié)語

生產(chǎn)動梁時，主要是通過借鑒相似材質(zhì)的工藝參數(shù)及以前生產(chǎn)過類似的鑄鋼件經(jīng)驗(yàn)，在生產(chǎn)過程中，對木型質(zhì)量要求特別高，表面必須光滑，做出圓角，不涂漆，刷脫模劑；要有良好的起模吊具；檢測過程中，探傷合格、機(jī)械性能、NDT和力學(xué)性能達(dá)到了的要求；在鑄造產(chǎn)品后，沒有不良的質(zhì)量后果。

總之，通過設(shè)計(jì)選擇動梁的工藝方案，通過生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證了工藝，證明了這次工藝是切實(shí)可行的。這一實(shí)踐不僅提高了沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鑄件工藝方案的設(shè)計(jì)水平，還成功地完成了客戶的配套生產(chǎn)任務(wù)。

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作者簡介：王重鑫（1983-），男，沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司工程師，研究方向：熱加工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）