移动式冷床主摇杆的铸造生产工艺

梁裕鸣，王 晋

（1.晋中职业技术学院机电工程系，山西 晋中 030600；2.榆次液压有限集团公司技工学校，山西 晋中 030600）

主摇杆是厚板工程移动式冷床中的关键部件，它在工作中承受很大的冲击载荷，铸件要求超声波探伤和磁粉探伤，质量要求严格。铸件最大轮廓尺寸为 2748×850×750（mm），铸件壁厚变化较大，最大处壁厚为200mm，最小处壁厚为70mm，铸件重量5024 kg，形状结构如图1所示，铸件材质为ZG42CrMo，调质处理 HB200～250，屈服强度 σs≥450MPa，抗拉强度σb≥830MPa，铸件制造难度较高。

图1 主摇杆铸件结构图

1 工艺难度分析

1）由于铸件壁厚变化较大，铸件热节较严重，易产生裂纹，铸件粘砂可能性较大，表面质量不好控制。

2）铸件易产生变形缺陷。

3）铸件要求磁粉和超声波探伤，质量要求高，钢液内在质量要有保证，工艺措施要科学合理。

2 铸造工艺设计

2.1 浇注位置及分型面确定

经过认真分析，考虑铸件的使用要求和技术要求，遵循顺序凝固的原则，并结合我公司以往生产经验，确定采用平浇方案，两开箱造型。分型面选择在中间圆柱的上平面，分型面以上为上箱部分，下部为下箱部分，模型结构及浇注位置如图2所示。

图2 模型结构图

2.2 工艺参数的确定

1）缩尺：考虑该铸件在凝固收缩过程中，受铸型的机械阻碍影响较大，因此选择模样缩尺为1.8%。

2）加工余量：由于铸件轮廓尺寸较大，为保证加工面精度，选择上表面加工余量为18 mm，下面和侧面的加工余量为15mm，内孔加工余量为12mm。

3）分型负数：由于采用上箱和下箱分模造型，分型负数选择3mm，设计在上箱。

2.3 浇注系统

考虑到铸件外型轮廓尺寸较大，铸件质量要求较高，为保证钢液快速充满型腔，减少钢液对上箱的烘烤时间，避免出现夹砂缺陷，我们设计浇注系统为开放式底反浇注系统，直浇口采用φ100mm 1个，横浇口采用φ80mm两道从中间往两边分开，内浇口采用φ60mm四道，如图3所示。

2.4 冒口和拉筋设置

由于铸件局部热节较多，为保证铸件形成由铸件向冒口的顺序凝固方式，保证铸件内部组织致密，探伤合格，我们依据实践经验，并结合CAE铸造仿真凝固模拟，确定冒口设置方案如图4所示。采用腰型260暗冒口3个，高650mm，圆形200暗冒口2个，高350mm，腰型240暗冒口2个。为防止铸件变形，设计φ40mm拉筋一条。

图3 浇注系统设置图

图4 冒口拉筋设置图

3 生产质量控制

1）模型制作：由于铸件质量要求较高，模型采用实样木模制作，要保证整体强度和刚度，在吊运、起模过程中不得有任何变形，模型要做出起模吊鼻，保证吊运起模安全。模型要求表面光洁度达到1级，要求棱角分明。铸造圆角要从外模及芯盒中做出来。模型分型负数设计为3mm。

2）造型、制芯：造型时要注意上下箱多扎出气眼，保证出气畅通，浇注系统采用专用陶瓷耐火砖管，摆放浇口时要仔细，防止散砂进入浇注系统内，两专管的连接要紧密，防止连接错位。芯头下部要多扎出气孔，防止浇注时出气不畅通导致铸件产生气孔缺陷。制芯时要注意保证芯骨强度，芯骨位置不能阻碍铸件收缩，在芯子的圆角部位和中间轴孔芯子的外表面覆10mm～15mm后铬铁矿砂，防止出现粘砂缺陷。

3）下芯：下芯前要先将砂型清理干净，然后涂刷两遍醇基锆英粉涂料，充分烘干后，开始下芯子，注意检查芯子和芯头部位各出气孔是否畅通，下好芯子后，按图纸检查砂型型腔是否符合图纸尺寸要求，然后再将芯子上的吊鼻用水玻璃石英砂修补好，用CO2气体吹干后，刷两遍醇基锆英粉涂料，烘干后再将型腔内散砂重新清理一遍。

4）合箱：合箱前要注意检查芯头、芯座出气孔是否畅通、尺寸形状是否符合图纸、浇冒口系统内和型腔内是否干净、芯头、芯座间隙是否填严，防止钢液钻入或跑火。放箱的地面要平整并做好出气通道。浇口杯一定要用直径为φ100mm的专用浇口杯，不许用砂质浇口杯。合箱时要将下好芯子的砂型再次检查一遍，确认砂型无误后在开始合箱操作，在下箱型腔周围应放一圈泥浆，压上软纸后先进行验箱检查尺寸。砂型全部确认合格后在进行合箱。最后打好箱卡子，将箱缝用型砂塞紧，防止浇注时炮火，然后放好外浇口准备浇注。

5）熔炼浇注：钢液的纯净度及浇注温度直接影响牌坊铸件的质量。S、P等有害元素含量越高，裂纹倾向性越大，钢中夹杂物与偏析约严重，越易造成应力集中。浇注温度越高，凝固收缩越大，热裂纹、缩孔、缩松、粘砂的产生机率也越大。加强工序质量控制，采用变质处理及钢包底吹氩技术严格控制钢液质量，减少钢液中气体及有害元素含量，控制浇注温度和浇注速度，增加钢液的补缩能力，保证铸件组织致密。冶炼时成分按中线控制，炉前脱氧，在包内采用稀土硅进行孕育变质处理，出钢温度控制在1590℃～1610℃。出钢前要保证各元素含量在限定区间范围内。浇注温度对铸钢件的质量有较大的影响，若浇注温度过高，铸钢件的收缩值增大，气体含量增大，钢液对铸型的热作用增强，使铸钢大齿轮容易产生缩孔、气孔、变形、裂纹和粘砂等缺陷。当浇注温度过低时，钢液的流动性差，易使铸件产生冷隔、浇不足、夹杂等缺陷。铸钢件的浇注温度一般按其材质的熔点加40℃～80℃。浇注温度控制在1535℃～1550℃。浇注时及时引火，并采取防跑火措施。浇注时采取先慢浇，然后大流快浇，最后慢浇的原则，浇满后停3min充点冒口一次，然后再停5min充点冒口一次。钢包采用底注式浇包，不许用新砌的钢包。钢包必须保持干燥，烘包温度要保证在800℃以上，出钢后钢液在包内镇静时间大于7 min开始浇注。

6）铸件开箱、清理：铸件属于中大型合金钢铸件，且壁厚差别较大，生产时由于砂芯的阻碍而存在较大的应力，极易产生变形和开裂。在浇注8 h后松开砂箱的紧固装置，让铸件自由收缩，38 h后打箱清理，200℃以上热割除冒口。

4 生产结果

经过实际生产验证，使用该工艺生产的铸件，表面质量良好，铸件组织致密，尺寸形状完全准确，铸件加工后磁粉和超声波探伤都完全达到标准要求，力学性能达到技术条件要求，该工艺对同类大型铸件的工艺设计和生产有实际应用参考价值。