大型龍門加工中心工作臺的鑄造技術(shù)研究

李力

（濟南中科核技術(shù)研究院，山東 濟南 250121）

0 引言

工作臺臺面整體裸露在外，對其的尺寸精度、外觀都有著較高要求，其在應(yīng)用時需要承受較大重量，如果其質(zhì)量存在問題，無法滿足需求，其表面不得出現(xiàn)鑄造缺陷，也不得對其進行補焊，為了確保其最終質(zhì)量能夠達到要求標準，必須要加強對鑄造技術(shù)的研究，做好鑄造技術(shù)分析工作。

1 大型工作臺

大型工作臺的臺面壁厚一般都在5.0～10.0cm，其面積超過10m2，考慮到其厚度大，面積大，鑄造起來難度也較大。特別是大型龍門加工中心大型工作臺，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，在具體鑄造中，必須對鑄造技術(shù)進行全面分析，確保采用的鑄造技術(shù)能夠滿足應(yīng)用需求，保證最終鑄造的大型工作臺質(zhì)量能夠達到要求標準，可以勝任加工大型龍門任務(wù)[1]。

2 生產(chǎn)大型工作臺的難點

大型工作臺的質(zhì)量會對其性能造成直接影響，為了確保其能夠滿足應(yīng)用需求，工作臺中的T型槽和大平面內(nèi)都不得出現(xiàn)任何缺陷，對于整個結(jié)構(gòu)中大平面必須一次鑄造成型，不得補焊。對于臺面來說，對于其加工后的平面度和精度要求都較高，因此，在生產(chǎn)作業(yè)開展時，要求鑄件殘余應(yīng)力必須要在合理范圍內(nèi)，避免破壞結(jié)構(gòu)，使其無法滿足應(yīng)用需求[2]。

大型工作臺鑄造時需要的時間長，在凝固期間，受外界各項素因影響，經(jīng)常會出現(xiàn)氣孔、砂眼、變形等各種缺陷，這些缺陷的出現(xiàn)會導(dǎo)致最終鑄造的大型工作平臺無法應(yīng)用需求，大型工作臺鑄造廢品率很高?？梢姡绾芜M行大型工作臺鑄造，提高合格率是人們重點探討的一項內(nèi)容[3]。在生產(chǎn)大型工作臺時，若沒有采取合理措施進行鑄造，若不對鑄造技術(shù)進行探討，盲目生產(chǎn)勢必會出現(xiàn)大量廢品，這會使鑄造企業(yè)蒙受巨大經(jīng)濟損失，甚至?xí)ナ袌觥?/p>

3 鑄造大型工作臺的工藝

3.1 分層面鑄造

工作臺臺面的質(zhì)量要求高，而對于反面滑塊凸臺的質(zhì)量要求則相對較低，因此，在實際生產(chǎn)期間，要將大平面放在下箱，在該狀態(tài)下完成相應(yīng)生產(chǎn)作業(yè)。通過對吊芯工藝進行應(yīng)用，鑄型則處于上箱，采用螺桿對泥芯進行固定，讓其位于上箱上，確保其足夠穩(wěn)定。這種設(shè)計方案應(yīng)用的優(yōu)點就是，位于泥芯內(nèi)的氣體可以從芯頭排出，整個生產(chǎn)過程，排氣順暢，這可以大幅度減少完成成型后，工作臺上出現(xiàn)的氣孔缺陷。鑄造成型后，對其進行翻裝，工作臺型腔內(nèi)的散砂方便清理，避免散砂對工作臺質(zhì)量造成不良影響，最大程度減少夾砂缺陷的出現(xiàn)[4]。采取吊芯方式，不需要利用芯撐結(jié)構(gòu)，這不僅可以提高大平面外觀，而且能夠確保大平面上不存在任何雜物。對這種設(shè)計方案進行應(yīng)用雖然好處有很多，但是也存在一定弊端，行車起重重量必須充足，通常情況下，鑄型加砂箱的整體重量會超過40t，完成配型鑄型后，要對其進行翻轉(zhuǎn)，在翻裝時，會形成階段沖擊力，采用的行車要超過50t才能完成作業(yè)，這也就對行車提出了較高要求。

3.2 工作平臺澆筑作業(yè)

在進行大型工作平臺澆鑄時要做好澆鑄系統(tǒng)設(shè)計，澆鑄系統(tǒng)在作業(yè)中起到的作用主要有以下幾點：

對金屬液體的流動進行引導(dǎo)，進而使金屬液體能夠平穩(wěn)充滿型腔，整個引流過程中十分平穩(wěn)，這能夠避免型芯或型壁受金屬液沖擊，而遭受破壞。

對于生產(chǎn)作業(yè)中的熔渣能起到阻擋作用，避免熔渣進入到的型腔內(nèi)，對最終生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量能夠達到要求標準[5]。

能夠?qū)崿F(xiàn)對鑄件具體凝固順序的合理調(diào)節(jié)。

因為澆鑄系統(tǒng)具有上述作用，因此，必須依據(jù)具體情況對其進行合理設(shè)計，確保最終設(shè)計的澆鑄系統(tǒng)能夠滿足應(yīng)用需求。鑄造大型工作臺最為突出的一項難點就是臺面皮下氣孔缺陷，這一問題的存在會對大型工作臺質(zhì)量和應(yīng)用造成嚴重影響。為了使該項問題能夠得到解決，確保大平面溫度差分布均勻，對于采用的澆鑄系統(tǒng)采取底板返雨式，設(shè)計成環(huán)形橫繞道，采用三個澆包同時進行快速澆鑄，為了提高澆鑄質(zhì)量，控制整個生產(chǎn)作業(yè)時長，要將澆澆鑄時間控制在2min以內(nèi)，同時，整個澆鑄作業(yè)開展時，最好將澆鑄溫度控制在1390～1405℃之間[6]。同時，在設(shè)計時，設(shè)計了底返雨淋式陶瓷內(nèi)澆道，從而讓生產(chǎn)作業(yè)開展時產(chǎn)生的雜物和氣體受流進鐵水沖擊力作用影響，實現(xiàn)充分上浮，確保鑄造的大平面質(zhì)量能夠滿足應(yīng)用需求。在進行澆鑄作業(yè)時，出水必須快，要快速充滿大平面，需要特別注意的是，在澆鑄初期階段不得發(fā)生斷流問題，避免出現(xiàn)冷隔氣孔等各種不同類型缺陷，影響其性能和后期應(yīng)用。

3.3 隔砂冷鐵的合理應(yīng)用

鐵液凝固是一個漫長的過，因此，在具體鑄造時，在的T型槽部位容易發(fā)生松動，這會對其質(zhì)量造成直接影響，因為澆鑄作業(yè)采用的為底返雨淋式，在細箱內(nèi)設(shè)置了大量內(nèi)澆道，這也就會導(dǎo)致大平面會長期都處于過熱狀態(tài)，這也就式T型槽松軟情況會進一步加劇。為了的使上述問題得到解決，在下箱設(shè)計了隔砂鑄鐵冷鐵，通過對其進行應(yīng)用，實現(xiàn)對溫度場的合理調(diào)節(jié)，從而縮短底部大面積凝固所需時長，讓鐵液可以快速結(jié)殼，這也就使采用的石墨化的膨脹效果的都進一步提高，達到補充收縮目的。通過對隔砂冷鐵的應(yīng)用，一方面減少了由于冷鐵問題引起的氣孔缺陷問題，另一方面也避免T型槽發(fā)生縮松問題。將采用的隔砂冷鐵設(shè)計成鋸齒形狀，鋸齒形狀能夠增加冷鐵與砂接觸面，從而使型砂附著力能夠得到進一步提高，澆鑄時，不會發(fā)生沖砂問題[7]。在實際鑄造期間，第一次成型后，要翻轉(zhuǎn)砂箱，然后擺放冷鐵，在該過程中，要將間隙控制在2.0cm以內(nèi)，第二次造型，完成造型后，直到澆鑄時長一共約為24h，進行第二次造型時，要讓隔砂層強度能夠達到最大值，進而避免發(fā)生沖砂問題。對于隔砂冷鐵的應(yīng)用，為了確保其性能始終都處于最佳狀態(tài)，能夠滿足應(yīng)用需求，通常在應(yīng)用到25次之后，就要對其性能觀察，發(fā)現(xiàn)問題之后，要對其進行更換，一般來說，當應(yīng)用達到30次之后，要強制更換。

4 提高大型工作臺鑄造質(zhì)量的合理措施

4.1 預(yù)防氣孔的合理措施

在大型平臺鑄造期間，外界環(huán)境、鑄造工藝都會導(dǎo)致大型工作臺出現(xiàn)氣孔，特別在空氣濕度較大環(huán)境中，出現(xiàn)氣孔幾率更大，這也就會對大型工作臺質(zhì)量造成不良影響，對于氣孔預(yù)防可以通過以下措施實現(xiàn)：

通過對隔砂鐵進行應(yīng)用，避免由于處理冷鐵表面不當，導(dǎo)致大型工作臺出現(xiàn)大量氣孔，而降低質(zhì)量，影響其應(yīng)用。

大型工作臺涂刷含有氧化鐵的涂料，為了確保涂料能夠起到良好的保護作用，要涂抹兩遍，涂抹必須要全面、均勻，不得出現(xiàn)漏涂、或者涂抹過厚等情況，通過涂抹含有氧化鐵的涂料能夠?qū)崿F(xiàn)對氮氣孔產(chǎn)生的抑制。

涂料涂抹完成之后，工作人員可以采用噴燈等不同工具對大平面型砂表面進行烘烤，通過烘烤方式去除掉水分，和箱后，可以采用兩臺熱風(fēng)機同時烘干鑄型，為了確保大型工作臺質(zhì)量，要控制好烘烤時間，時間不得短于6h。進行澆鑄作業(yè)時，應(yīng)對將溫度控制在1390～1400℃。針對澆鑄三包要同時開展，縮短澆鑄時長，避免由于澆鑄時間過長，影響質(zhì)量，一般來說，澆鑄時長要控制在2min以內(nèi)，包與包之間溫差應(yīng)對控制在10℃以內(nèi)。特別是在澆鑄初期，出水速度必須快，而且要保持持續(xù)，不得發(fā)展中斷，以免臺面出現(xiàn)冷隔問題，影響鑄造大型工作臺質(zhì)量。

對于鑄造作業(yè)中采用的孕育劑、澆包、增碳劑，為了使其作用能夠得到充分發(fā)揮，必須要充分烘烤，確保足夠干燥。對于加入的增碳劑氮的含量要控制在800PPm，而對于鑄造作業(yè)總鐵液中氮的含量則要控制在80～120PPm之間。

鑄造作業(yè)時，型砂質(zhì)量指標十分重要，灼燒量不得超過3%；采用低氮樹脂，要將含氮量控制在的2.8%以內(nèi)，而含水量則不大超過8.2%，加入樹脂量要控制在1.0以內(nèi)%。此外，在型芯上要多設(shè)置氣眼，通過對這些氣眼的應(yīng)用，提高排氣能力，避免由于氣體過多而降低大型工作臺質(zhì)量。

4.2 解決工作臺T型槽縮松的措施

在鑄造工藝上，將隔砂冷鐵設(shè)計在了的下箱大平面上，通過這種設(shè)計方式，能夠提高型砂吸熱能力，實現(xiàn)對溫度場分布情況進行適當調(diào)整。

將多個油瓶冒口放置在上箱，通過這種設(shè)置方式，能夠?qū)崿F(xiàn)循序凝固，通過冒口實現(xiàn)液態(tài)補縮，從而起到保護工作臺T型槽作用，使其質(zhì)量能夠得到進一步提高滿足應(yīng)用需求。

在確保機械性能能夠滿足應(yīng)用需求基礎(chǔ)上，盡量提高碳當量，其值要保持在3.8以上，從而使石墨化膨脹量能夠得到進一步提高，達到減少縮孔縮松目的。

5 結(jié)語

加工大型龍門工作臺尺寸大、重量大、整體結(jié)構(gòu)較為特殊，因此，在鑄造時會存在各種風(fēng)險。在實際鑄造期間，要加強對鑄造工藝的探討，采取合理工藝進行鑄造，以鑄造高質(zhì)量的鑄件。高質(zhì)量的鑄件能夠贏取客戶好評，提搞企業(yè)競爭力，使企業(yè)可以在激烈市場競爭中脫穎而出，取得成功。