大型機(jī)床墊板類鑄件工藝改進(jìn)的研究

王亮 王學(xué)政 宋曉瑞

摘要：墊板是大型機(jī)床的重要部件的組成部分，多年來(lái)因其鑄造成品率較低，不能滿足生產(chǎn)的需求。通過(guò)優(yōu)化墊板的鑄造工藝，改進(jìn)澆注系統(tǒng)，合理的設(shè)置補(bǔ)縮冒口，對(duì)容易出現(xiàn)缺陷的部位進(jìn)行有效的補(bǔ)縮，提高了鑄件成品的合格率，降低了生產(chǎn)成本。

Abstract： The backing plate is an integral part of the important parts of large machine tools. For many years， due to its low casting yield， it can not meet the production needs. By optimizing the casting process of the pad， the casting system is improved， the feeding riser is reasonably set， and the parts prone to defects are effectively supplemented， the qualified rate of the finished product is improved， and the production cost is lowered.

關(guān)鍵詞：墊板;冒口;鑄造工藝

Key words： pad;riser;casting process

中圖分類號(hào)：TG241 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0119-02

0 ?引言

機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。機(jī)床是指制造機(jī)器的機(jī)器，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱機(jī)床。一般分為金屬切削機(jī)床、鍛壓機(jī)床和木工機(jī)床等。現(xiàn)代機(jī)械制造中加工機(jī)械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡金屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件，一般都需在機(jī)床上用切削的方法進(jìn)行最終加工。而墊板常作為數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)，所以機(jī)床墊板的好壞直接會(huì)影響到大型機(jī)床加工的精度，特別是大型機(jī)床的墊板，因?yàn)槠潴w積大，鉆孔后的墊板孔內(nèi)常發(fā)現(xiàn)有不同程度的縮孔缺陷，影響機(jī)床整體精度和穩(wěn)定性，滿足不了其工作的需求。另外，大型機(jī)床的墊板其重量一般為一件在20～50噸不等，如果因?yàn)橘|(zhì)量不合格成為廢品，不僅造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還嚴(yán)重影響車間的生產(chǎn)進(jìn)度。因此，對(duì)大型機(jī)床的墊板進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化改進(jìn)，從根本上解決鑄造質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題意義重大。

1 ?原始鑄造工藝

大型壓力機(jī)墊板材質(zhì)一般為高強(qiáng)度鑄鐵HT200-300，以其中2500×4600×340墊板為例。

原始的鑄造工藝如圖1，鑄件上下分型，重要的加工表面位于下箱的底面，采用樹(shù)脂砂造型，單邊進(jìn)行澆注。澆注溫度1470～1480℃，鐵水的碳當(dāng)量控制在3.60～3.70%。

對(duì)鑄件進(jìn)行鉆孔處理后發(fā)現(xiàn)，墊板孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)有不同程度的縮孔缺陷，見(jiàn)圖2。

鑄件粗加工鉆孔后，在孔內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)有不同面積的孔洞缺陷?？锥匆话愠霈F(xiàn)在鑄件上表面70mm以下，分布在鑄件中心區(qū)域，孔壁枝晶狀。通過(guò)分析可以確定鑄件缺陷類別為厚大球鐵件內(nèi)部的縮孔缺陷。

2 ?工藝改進(jìn)

針對(duì)墊板缺陷的類別，在鑄件的澆注系統(tǒng)、冒口、鐵水的成分控制、澆注溫度、鑄件激冷等方面采取對(duì)應(yīng)措施，包括增大冒口、改單邊澆為雙邊澆、提高碳當(dāng)量、降低澆注溫度、跟包沖點(diǎn)、改變石墨塊放置方式等[1-4]。通過(guò)采取以上措施，減小和消除墊板類鑄件的內(nèi)部縮孔缺陷。改進(jìn)后的鑄造工藝如圖3所示，具體的工藝措施如下：

2.1 提高墊板等厚大球鐵件碳當(dāng)量

將墊板鐵水的碳當(dāng)量由共晶成份4.30%提高到過(guò)共晶成份4.55%，減小鐵水的縮孔傾向。共晶成分附近的鐵水其結(jié)晶溫度范圍窄，屬于逐層凝固方式，容易產(chǎn)生集中性縮孔，一般通過(guò)設(shè)計(jì)冒口就可以讓缺陷到冒口上;其次，熔點(diǎn)低，很容易就熔化，相同溫度下，過(guò)熱度高，流動(dòng)性好;另外，減少了Fe3C相，減少其對(duì)集體的割裂作用。

2.2 調(diào)整、控制鐵水的澆注溫度

在目前工藝狀態(tài)下，墊板等鑄件的出爐溫度由原來(lái)的1470～1480℃降低到1450～1460℃，球化劑生鐵的壓蓋量由原來(lái)的2.0%增加到2.0～2.5%。通過(guò)控制出爐溫度、球化劑壓蓋工藝等，使?jié)沧囟瓤刂圃?320～1340℃之間，既滿足鑄件的澆注溫度要求又減小由于澆注溫度高引起的縮孔傾向。

2.3 改進(jìn)澆注系統(tǒng)

將原來(lái)的單邊澆注改為雙邊澆注。雙邊澆注可以減小鐵水流動(dòng)阻力，縮短了鐵水充填鑄型型腔的時(shí)間，有利于大型鑄件的充填，同時(shí)提高了鑄件的沖點(diǎn)補(bǔ)縮的效果。

2.4 改善澆注工藝

改進(jìn)墊板的沖點(diǎn)工藝，將其由原包沖點(diǎn)改為另出鐵水沖點(diǎn)，由于另出鐵水溫度高，鐵水長(zhǎng)時(shí)間保持高溫狀態(tài)，延長(zhǎng)了沖點(diǎn)時(shí)間。沖點(diǎn)時(shí)間由原來(lái)的20分鐘延長(zhǎng)至30～40分鐘。利用冒口的補(bǔ)縮原理，冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于等于鑄件（被補(bǔ)縮部分）的凝固時(shí)間;冒口中要有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮;在鑄件凝固期間，冒口和被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)存在暢通的補(bǔ)縮通道。對(duì)于大型的鑄件，如壓力機(jī)的墊板等鑄件，冒口同時(shí)還起到了排渣的作用，實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固。因此，在原有冒口的基礎(chǔ)上進(jìn)行充點(diǎn)，更加有力于大型鑄件的補(bǔ)縮[5-8]，從而減少了鑄件縮孔的傾向。

2.5 效果驗(yàn)證

工藝改進(jìn)后，針對(duì)幾種型號(hào)的壓力機(jī)墊板進(jìn)行了試澆，在近一年的生產(chǎn)中墊板的成品合格率得到了大幅度提升，廢品率為零。可見(jiàn)工藝改進(jìn)后，對(duì)大型鑄件的質(zhì)量效果是十分明顯，同時(shí)也證明了合理的成分設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)和澆注工藝等對(duì)鑄件成品率有著十分重要的影響。圖4是工藝改進(jìn)后墊板的鉆孔圖，圖5為工藝改進(jìn)后的墊板實(shí)物圖。

3 ?結(jié)論

在大型鑄件的鑄造生產(chǎn)中，采取合理的鑄造工藝，提高鐵水的碳當(dāng)量，改善澆注系統(tǒng)，控制鐵水的澆注溫度，合理的設(shè)置補(bǔ)縮冒口等，對(duì)容易出現(xiàn)缺陷的部位進(jìn)行有效的補(bǔ)縮，改善和控制鐵水的凝固條件，可以獲得優(yōu)質(zhì)致密的鑄件，提高了鑄件成品的合格率，節(jié)約了材料，降低了生產(chǎn)成本。

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課題項(xiàng)目：泰安市科技發(fā)展計(jì)劃（引導(dǎo)計(jì)劃）項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)2018GX0052）。

作者簡(jiǎn)介：王亮（1973-），男，山東淄博人，碩士，工程師，研究方向?yàn)殍T造工藝;宋曉瑞（通訊作者）（1982-），男，山東濱州人，博士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)殍T造工藝。