礦山機(jī)械滾筒鑄件鑄造工藝改進(jìn)

關(guān)俊龍，王清宇

我公司為國外生產(chǎn)的礦山機(jī)械滾筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，筋板較多，需組芯造型，因此難以保證尺寸，鑄造難度大，同時(shí)要求對(duì)鑄件外圓部分進(jìn)行超聲波及磁粉檢測(cè)。

按原工藝生產(chǎn)時(shí)，在冒口補(bǔ)貼部分出現(xiàn)縮松。就此問題對(duì)原工藝作了調(diào)整，改進(jìn)了傳統(tǒng)工藝，確保鑄件質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

一、原工藝初步改進(jìn)

由于冒口底部有縮松缺陷，初步認(rèn)為是由于冒口偏小造成在增肉部分產(chǎn)生了二次縮松，也就是冒口的補(bǔ)縮能力不夠。鑒于以上原因，工藝上決定采取以下方案，如圖1所示。

（1）保留原有的型砂工藝，增大冒口尺寸，保證補(bǔ)縮鑄件，并對(duì)改進(jìn)工藝重新進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值凝固模擬，認(rèn)為能夠保證補(bǔ)縮鑄件。

（2）模樣外形尺寸不動(dòng)，增加該鑄件上平面圓環(huán)的厚度，修改1#芯盒，使鑄件的補(bǔ)縮通道更加順暢。

（3）保留原來的冷鐵尺寸和放置位置。

執(zhí)行該工藝后，按照首件制度各生產(chǎn)了三件，結(jié)果在切割冒口補(bǔ)貼后，沒有發(fā)現(xiàn)原工藝出現(xiàn)的明顯縮松，說明該改進(jìn)有一定的效果，但后續(xù)加工時(shí)發(fā)現(xiàn)在增肉處有裂紋現(xiàn)象，同時(shí)有部分縮松，都出現(xiàn)在鑄件本體上。而其余部分都達(dá)到了無損檢測(cè)要求。

二、工藝再優(yōu)化

鑒于以上原因，經(jīng)過認(rèn)真的工藝研究，懷疑仍是由于冒口增肉在收縮的過程中產(chǎn)生二次縮松并引起鑄件本體產(chǎn)生縮松、裂紋，所以增大冒口的方法還不能夠完全解決縮松和裂紋的問題。由于產(chǎn)生縮松、裂紋的原因很多，因此還應(yīng)做進(jìn)一步的工藝改進(jìn)，現(xiàn)決定按以下方案試制。

1.冒口設(shè)計(jì)

（1）明冒口設(shè)計(jì) 因原工藝冒口增肉對(duì)鑄件的影響較大，取消上部分大的冒口增肉，減小上部的縮裂傾向，同時(shí)為了使鑄件中間部分有補(bǔ)縮通道，變?yōu)檠刂鈭A面直接做上去6個(gè)小增肉，弦長(zhǎng)300mm。同時(shí)縮小冒口尺寸，只要保證補(bǔ)縮鑄件的上部即可。

（2）暗冒口設(shè)計(jì) 由于取消了大增肉，鑄件底部分就需要增加冒口來保證質(zhì)量，同時(shí)考慮造型和氣割操作方便，采取在鑄件底部增加6個(gè)暗冒口的方法，由于傳統(tǒng)的暗冒口方法不能保證很好地補(bǔ)縮鑄件，因此改為在暗冒口上方放新型保溫蓋，來提高冒口的補(bǔ)縮效率。

2.冷鐵設(shè)計(jì)

（1）由于暗冒口的補(bǔ)縮距離不夠，也為了提高暗冒口的補(bǔ)縮效果，因此在暗冒口中間放冷鐵。

圖1 原工藝初步改進(jìn)方案

（2）由于明冒口和暗冒口之間有良好的補(bǔ)縮通道，所以在鑄件凝固中必然相互影響，導(dǎo)致補(bǔ)縮鑄件不均勻一致，在鑄件內(nèi)部形成孔洞類缺陷。

（3）由于鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是筋板較多，熱節(jié)處也就偏多，所以在鑄件凝固收縮過程中必然在熱節(jié)處形成縮孔。

為了解決以上問題，采取在鑄件外表面加長(zhǎng)條形冷鐵方案，避免由于冷鐵過厚、過密而使鑄件產(chǎn)生裂紋。對(duì)應(yīng)里圓筋板部分放18個(gè)長(zhǎng)240mm、厚80mm外冷鐵；長(zhǎng)筋板處放6個(gè)長(zhǎng)350mm、厚80mm冷鐵，如圖2所示。

3.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）由于鑄件底部用6個(gè)暗冒口，在冒口中間還有外冷鐵，最大熱節(jié)處也集中在暗冒口與鑄件連接處，為了保證鋼液平穩(wěn)上升，下部采用底注式澆注系統(tǒng)（見圖3），內(nèi)澆道引到暗冒口與鑄件連接處，這樣可以避免外部氣體隨鋼液卷入型腔中而產(chǎn)生氣孔缺陷。

（2）同樣在明冒口下部也是鑄件的最大熱節(jié)處，上部的澆注系統(tǒng)引到明冒口底部，可以使?jié)驳纼?nèi)的氣體順利排出型腔。

4.型砂改進(jìn)

（1）砂型表面采用酯硬化福建硅砂，圓角處用酯硬化鉻鐵礦砂。減少大面積使用鉻鐵礦砂，以降低型砂成本。

（2）砂芯面砂采用酯硬化鉻鐵礦砂，在難出砂的凹槽部面砂采用樹脂鉻鐵礦砂，其余部分采用酯硬化石灰石砂。這樣可提高型砂的退讓性，減少對(duì)鑄件收縮的阻礙，從而減少裂紋傾向。

5.數(shù)值模擬凝固分析

綜合以上因素，在編制鑄造工藝時(shí)充分考慮冒口、冷鐵、澆注系統(tǒng)及型砂等因素的影響，進(jìn)行實(shí)體建模，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值凝固模擬，結(jié)果如圖4所示。

模擬結(jié)果證實(shí)，以上問題的改進(jìn)思路是合理的，按照此方法生產(chǎn)能夠滿足該鑄件的質(zhì)量要求，也證實(shí)了該工藝的可行性。

6.實(shí)際驗(yàn)證

根據(jù)以上工藝方案共生產(chǎn)了10件，均能夠滿足鑄件質(zhì)量要求，達(dá)到了預(yù)期效果。

三、結(jié)語

（1）該鑄件在生產(chǎn)過程中，大的冒口增肉是產(chǎn)生縮松、裂紋的主要原因。

（2）按新的工藝方法生產(chǎn)，能夠避免縮松、裂紋缺陷的發(fā)生。同時(shí)只對(duì)原來的模樣作較小的改動(dòng)，即可節(jié)省原材料的損耗。

（3）按新工藝方法生產(chǎn)時(shí)與原工藝方法相比，能夠減小后續(xù)處理的難度，縮短鑄件生產(chǎn)周期，保證按時(shí)交貨。

（4）該工藝的試制成功應(yīng)用到滾筒系列的生產(chǎn)，同時(shí)為該類結(jié)構(gòu)鑄件的生產(chǎn)提供了一個(gè)新的、穩(wěn)定的制造方法。

圖2 外冷鐵設(shè)計(jì)

圖3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖4 計(jì)算機(jī)模擬分析結(jié)果