偏心齒輪的鑄造工藝設(shè)計

丁大偉（中國第一重型機械股份公司，黑龍江 齊齊哈爾 161042）

偏心齒輪的鑄造工藝設(shè)計

丁大偉
（中國第一重型機械股份公司，黑龍江 齊齊哈爾 161042）

偏心齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多個腔室，且腔室狹小，容易產(chǎn)生粘砂缺陷。并且存在多個“+”字筋熱節(jié)，并且補縮通道不暢，容易產(chǎn)生縮孔、裂紋缺陷，通過修改設(shè)計結(jié)構(gòu)、優(yōu)化鑄造工藝參數(shù)，消除了鑄造缺陷。得到了質(zhì)量優(yōu)良的鑄件。

粘砂；縮孔；工藝參數(shù)

0　引言

偏心齒輪是壓力機上的核心部件，它的質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個壓力機的正常工作，特別是它的齒輪部位要經(jīng)受長時間的咬合，力學(xué)性能指標要求很高。偏心齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于順序凝固，存在多個分散的熱節(jié)，并且內(nèi)部質(zhì)量要求高，鑄造有一定難度，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

1　偏心齒輪的結(jié)構(gòu)分析

偏心齒輪的三維圖（見圖1），底面是個大圓盤。上部有個偏心圓筒，中部浮板及立筋把內(nèi)腔分成8個小內(nèi)腔，中間是一個軸通孔，此偏心輪材質(zhì)ZG35CrMo，屬于中碳低合金鋼，此材質(zhì)鑄造性能較差，屬于中間凝固方式，容易出現(xiàn)縮松、裂紋缺陷。

通過分析鑄件結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，此鑄件存在如下3個鑄造難點：1、從冒口對底部大圓盤補縮通道呈"L"形，補縮距離過長，圓盤可能存在內(nèi)部缺陷。2、下部4個內(nèi)腔孔容易出現(xiàn)粘砂，并且可操作空間狹小，清砂困難。3、偏心圓筒中的浮板和立筋交接處的“十”筋是熱節(jié)區(qū)，容易出現(xiàn)縮孔缺陷。

圖1　俯視圖

圖2　冒口、補貼示意圖

2　工藝設(shè)計

造型方法選擇主型木質(zhì)實樣+組芯，分型面選在軸頭的上表面，選擇呋喃樹脂砂做型砂，面砂是鉻礦砂，背砂是石英砂?？紤]到四個內(nèi)腔空間狹小，并且只有側(cè)面的出砂孔，容易產(chǎn)生粘砂缺陷，在制造此4個內(nèi)腔芯時選用粘砂傾向較小的堿酚醛樹脂砂撞制。涂料使用優(yōu)質(zhì)的醇基鋯英粉，并保證涂料層厚度為2mm左右。針對底面大圓盤遠離冒口補縮困難的情況，在大圓盤的外邊緣底面放置一圈直接外冷鐵，實施末端冷卻，加大溫度梯度。并且將中間軸孔鑄死一定高度，鑄成盲孔，加寬對底部的補縮通道，形成了開口向上的補縮通道。

對于中間軸盤的3個“+”筋熱節(jié)，兩側(cè)熱節(jié)上表面放置分別放置了暗冒口，并在暗冒口下放置了補貼，中間熱節(jié)部位放置了兩塊隨圓外冷鐵，加快此部位的冷卻，消除此熱節(jié)的影響。具體工藝（見圖2）所示。

采用底返式澆注系統(tǒng)，內(nèi)水口選擇φ60×4道，內(nèi)水口位于下軸頭底面，橫水口尺寸為φ100，包孔為φ60×1道，開放度為1∶4。澆注溫度為1540℃-1555℃。鋼水采用真空精煉，對氣體及殘余元素進行嚴格控制。當冒口根部溫度降到300℃時，打箱起坑。

鑄件經(jīng)過精整及UT探傷發(fā)現(xiàn)，浮板沒有發(fā)現(xiàn)超標缺陷，問題得到了有效解決，但是4個腔室粘砂還是十分嚴重，清除粘砂非常困難。并且在暗冒口下的熱節(jié)部位經(jīng)過超聲波探傷發(fā)現(xiàn)了縮孔缺陷。

3　工藝設(shè)計改進

從鑄件的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，下層4個腔室四周均與被鋼水所包圍，只有一個狹小的底面作為出砂孔，并且上面有暗冒口，砂芯長時間與鋼水相接觸，導(dǎo)致砂芯燒結(jié)，出現(xiàn)了粘砂問題。解決粘砂問題，最有效的辦法是修變鑄件的不利結(jié)構(gòu)。采取的方案是在鑄造時，上層的4個三角形襯板不鑄出，在鑄件精整時用同材質(zhì)或相近材質(zhì)鋼板再后焊上去。4個襯板去除之后，上下砂芯合為一塊，這樣既可以減少砂芯的受熱面，并且合為一塊芯后，有利于砂芯的固定和保證尺寸精度，同時又利于砂芯向上排氣，容易將熱量快速排出，加快了冷卻速度，減小了粘砂的傾向。

暗冒口下出現(xiàn)縮松的位置是剖面“丁”字筋的交叉處，在工藝設(shè)計時雖然在暗冒口下設(shè)置了補貼，但還是出現(xiàn)了縮松問題。經(jīng)過多次計算發(fā)現(xiàn)，設(shè)置補貼不合理，只是設(shè)計成簡單的斜線結(jié)構(gòu)（見圖3）。分析發(fā)現(xiàn)在丁字筋處熱節(jié)圓半徑為R96，而僅靠丁字筋上部熱節(jié)圓半徑為R91。此部位早于丁字筋先凝固，丁字筋最后凝固，丁字筋處沒有鋼液對其進行補縮，導(dǎo)致此處出現(xiàn)縮孔缺陷。需要重新設(shè)置補貼形狀。如圖4所示，補貼最低點上移，有效減小了丁字筋處的熱節(jié)，丁字筋處的熱節(jié)圓半徑減小到R90，而補貼底部采用曲線樣條，有效增大了相鄰部位的熱節(jié)圓，僅靠丁字筋熱節(jié)圓部位半徑為R92。以上熱節(jié)圓采用上個熱節(jié)圓直接是下個熱節(jié)圓直徑的1.05倍的方法重新校正補貼形狀。最大的熱節(jié)圓滾在冒口內(nèi)。

圖3　原工藝補貼

圖4　改進后補貼

4　結(jié)語

經(jīng)過工藝的優(yōu)化，生產(chǎn)的偏心輪表面質(zhì)量很好，并且腔室內(nèi)沒有出現(xiàn)粘砂缺陷，鑄件的成分及力學(xué)性能滿足要求。經(jīng)過UT探傷，暗冒口下的“丁”字筋也沒有出現(xiàn)縮孔缺陷，取得了預(yù)期效果。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.002

丁大偉（1984-），男，碩士，研究方向:大型鑄鋼件工藝設(shè)計。