盾構(gòu)機(jī)球軸承內(nèi)環(huán)鑄造生產(chǎn)工藝研究

張洪浩，胡愛國，劉吉利

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)鑄造有限公司，山東濟(jì)南 250400）

1 盾構(gòu)機(jī)球軸承內(nèi)環(huán)鑄件結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求

球軸承內(nèi)環(huán)為盾構(gòu)機(jī)伸縮擺動式主驅(qū)動組件關(guān)鍵零部件。零件設(shè)計尺寸SR4000mm,高1250mm,平均壁厚220mm,毛坯尺寸?8060mm,高1385mm,毛坯重57.4t,屬超大尺寸厚大斷面球鐵件。零件材質(zhì)為QT400-18L，屬于高韌性鐵素體球墨鑄鐵，主要應(yīng)用于風(fēng)電、高鐵等關(guān)鍵零部件生產(chǎn)。材質(zhì)要求-20℃低溫沖擊功平均值Kv≥12J；鑄件本體球化不低于3 級；超聲波探傷符合EN12680-3-2003 二級探傷要求。

1.1 盾構(gòu)機(jī)球軸承內(nèi)環(huán)造型工藝

因鑄件尺寸超出鑄造公司現(xiàn)有造型裝備能力，現(xiàn)有工裝無法滿足生產(chǎn)要求且工裝配置困難。采用地上圍坑方案，利用現(xiàn)有工裝組合，實現(xiàn)超尺寸鑄件生產(chǎn)需求，解決無工裝問題。采用三維軟件模擬實際圍坑操作，解決圍坑方案實施性問題，如圖2～8 所示。

圖1 盾構(gòu)機(jī)球軸承內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)

圖2 模擬及實際操作流程-底箱基準(zhǔn)

圖3 模擬及實際操作流程-底箱及邊界

圖4 模擬及實際操作流程-鋪底砂胎及圍坑平臺

圖5 模擬及實際操作流程-配模初期及檢測

圖6 模擬及實際操作流程-配模后期及檢測

圖7 模擬及實際操作流程-填砂

圖8 模擬及實際操作流程-蓋箱放置、方杠背緊

1.2 造型過程質(zhì)量控制

實際生產(chǎn)過程中尺寸保證難度大。采取地上圍坑操作，生產(chǎn)占用面積較大且無專用造型平臺，液態(tài)金屬漲箱力巨大，極易因控制尺寸及圍坑結(jié)構(gòu)保證性不強(qiáng)，造成鑄件尺寸精度不足而導(dǎo)致報廢，如圖9 所示。須綜合運用各種控制手段，解決4200kN（420t）脹箱力問題。（1）生產(chǎn)現(xiàn)場采用鋼質(zhì)砂箱制作水平基準(zhǔn)面骨架，解決樹脂砂基準(zhǔn)面整體強(qiáng)度問題，如圖10 所示。（2）創(chuàng)新設(shè)計箍芯裝置，如圖11 所示，將各個泥芯的芯骨延長后焊接到一起，拓展芯鐵用途，提高鑄型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。有限空間內(nèi)實現(xiàn)鑄型無工裝自持，解決漲型問題；實現(xiàn)無蓋箱、無壓重，解決壓重操作問題。（3）制作平臺連接工裝，如圖12 所示，便于圍坑平臺操作，解決平臺連接處牢固問題。（4）采用砂箱+緊箱方杠組合，如圖13 所示，多點抄手背緊，實現(xiàn)平臺主體結(jié)構(gòu)保證性。（5）澆注前逐一檢查196 處背點，如圖14 所示，保證各背點有效受力，確保上述措施有效。

圖9 脹箱力示意圖

圖10 保證造型基準(zhǔn)面強(qiáng)度

圖11 箍芯裝置示意圖

圖12 角接工裝

圖13 砂箱+緊箱方杠組合

圖14 檢查各背點

2 盾構(gòu)機(jī)球軸承內(nèi)環(huán)熔煉及澆鑄工藝

該鑄件工藝毛重57.4t，出鐵67t，后跟熱鐵水沖點澆口。成份控制如表1 所示，球化處理工藝參數(shù)如表2 所示。

表1 化學(xué)成分 w/%

表2 球化處理工藝參數(shù)

2.1 熔煉

（1）爐內(nèi)只加生鐵、廢鋼，生鐵廢鋼加入配比：生鐵90%，廢鋼10%，爐內(nèi)硅鐵、錳鐵等化驗完后再加。

（2）熔化到1450℃，扒渣取樣，化驗調(diào)整成分，繼續(xù)升溫到1520℃等待出鐵。

（3）專用孕育劑要烘烤后使用。

2.2 澆注

熔煉過程中要注意以下幾點：扒渣要干凈；注意點火、引氣、擋渣；澆注溫度1335～1345℃。

3 結(jié)束語

盾構(gòu)機(jī)球軸承內(nèi)環(huán)鑄件的順利產(chǎn)出，打破鑄造公司回轉(zhuǎn)體鑄件歷史記錄，實現(xiàn)國內(nèi)首臺套重大設(shè)備關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化，打開大型基建設(shè)備零部件市場，為今后拓展市場打下良好口碑。