海洋漂浮装置坠球的铸造

吴成玉（大连开发区永诚机电有限公司，辽宁大连市 116600）

海洋漂浮装置坠球的铸造

吴成玉（大连开发区永诚机电有限公司，辽宁大连市 116600）

介绍海洋漂浮装置坠球的铸造生产工艺。

坠球；铸造工艺

海洋漂浮装置坠球（以下简称坠球）是一种用于各国领海和特定的国际公海航道或某种海域实施工程项目而使海上漂浮装置或工程装备的绳索拉紧固定部件之一。从客户所提供的图样和铸件照片可知，是长期沉在海底使用的，除了定期更换绳索外，一般情况下坠球是不更换的，因此在设计中要求采用分部组合铸件，即事先将高韧性、高强度的球墨铸铁吊环铸成后，然后在大球铸造时预铸在球体上（见图1）。虽然铸件形状比较简单，由于产品单一，重量较大，批量又多，我们从客户在别厂生产时常出现较多废品上受到一些启示，吸取教训，认为这样一种批量大的低附加值产品，只有最大限度地减少废品率才能取得良好的经济效益。因此我们对坠球铸造过程进行了全面分析，制定了比较合理的完善的新工艺，确保了产品质量，满足了国内外的订货需求。现对这一特殊铸件生产工艺过程作一简要的总结，供同行参考。

图1 海洋漂浮装置坠球

1 坠球的结构特点及技术要求

坠球的外形尺寸为690mm×690mm×1200mm，球体下端的四个方锥形支腿长度均为300mm，球体直径为ø630mm，坠球单重为1000kg。据悉这是目前海洋标识系统中使用的单重最小也是用量最大的坠球。

从坠球结构特征上可分为吊环、球体两部分。由于是长期沉在海底盐水中使用，其技术要求较高，要求整体强度高，耐腐蚀性好。吊环的材质为QT400-15，其化学成分为：3.5%～3.8%C，2.6%～2.9%Si，0.3%～0.4%Mn，≤0.06%P，≤0.05%S，0.04%～0.07%Mg，0.04%～0.06%RE；抗拉强度 σb≥400MPa，伸长率 δ≥15%，正火热处理金相组织F≥85%，喷丸后预铸使用，防止生锈。球体的材质为HT200，其化学成分为3.0%～3.3%C、1.7%～1.9%Si、0.7%～0.9%Mn、≤0.15%P，≤0.12%S；抗拉强度 σb≥200MPa，抗弯强度 σbb≥400MPa，硬度 170～241HBS，正火热处理，铸件表面均不准有气孔、砂眼、夹渣、裂纹等铸造缺陷；喷丸后涂黑色防锈漆。

2 铸造工艺方案

2.1 工艺方案分析及选择

本案重点研究球体的铸造工艺（吊环是小球铁铸件，按正常生产对待）。球体的铸造采用单面模板，湿型砂造型。为简化工艺，将分型面选择在支腿对角中心线，这样上、下箱中各有一个支腿是采用球体模壳内侧导向固定可抽式结构，在模板背面用定位销块锁定，造完型先抽出斜插的支腿模即可完成支腿成型，这样球体支腿与图样中心的平行位置正好旋转45°的对角线布置，不影响坠球的使用。坠球上商标、重量和生产日期的标识塑料字母安放在下型底部，铸字部分用少量水玻璃自硬砂充填硬化。浇注系统采用半封闭式浇注系统，开设在球体一侧。浇注系统各截面比例为F横∶F直∶F内=1.5∶1.2∶1，在半圆形横浇道上由五个内浇道分流引入铸型，内浇道总面积F内=15/5（cm2）。上型顶部设置中120mm×180mm的明冒口一个。其他工艺参数：①毛坯交货，不留加工余量；②缩尺取2%；③铸造圆角未注明者均为R3～4mm。

2.2 内冷铁的设计与计算

由于铸件是不加工铸件，因此在工艺中采用不熔合的内冷铁，在不影响铸件凝固收缩不产生裂纹的情况下，内冷铁表层不要求被熔融，使内冷铁表面能与铸件本体紧密地固合在一起即可。根据已知条件，坠球直径 ø=63cm，体积 V=130858cm3，铸件模数 Mo＝ø/6＝10.5 cm，其实用模数 Mr＝0.97Mo＝10.2cm。根据文献[1]不熔合内冷铁计算公式Amax＝0.2tuMr1.8（式中tu为铁液过热度，等于铁液充型时温度与固相线温度之差，即tu＝1235-1195＝40（℃），查表得 Mr1.8＝63.1，Amax＝0.2×40×63.1＝504（mm），取 Amax＝50cm。

内冷铁的重量Gch＝ρVO（式 ρ为铁液密度，为0.007kg/cm3），则 Gch＝0.007×65417＝458（kg）。

为制造和安装方便，将球形内冷铁分解成两半对称装配式内冷铁，这样模板可做成半模。为防止四个支腿根部产生缩松、缩孔缺陷，特意在内冷铁外径与支腿对应处做出四个小方锥形凸块，伸出长度为120mm（以不影响合箱碰型为准），既方便合型装配，又有利于加快支腿肥厚根部的冷却速度，提高组织致密度和强度。内冷铁头部分型面一侧做成与吊环下部预铸入部分形状吻合相容的凹面结构，以便使上、下内冷铁扣合时夹紧吊环形成一个坚固的整体结构，以利于在型内吊装和固定，同时在内冷铁尾部中心线处直接铸出U形半凸块，以便安装固定内冷铁。

2.3 铸型的装配与浇注

（1）铸型的装配

先在下型腔字样外侧约ø300mm圆周线上，均布安放5块ø80mm厚度为2mm的铁片，然后分别安放5个ø50mm、高63mm、芯柱ø8mm的芯撑，然后把安装好经过抛丸除锈的内冷铁吊入下型，吊环的外露部分正好坐落在型腔的支承台上，球形内冷铁则被5个芯撑所支撑，待上部内冷铁相应部位安放5个同样大小的芯撑后，即可合上箱，固定好准备浇注。

（2）浇注

浇注温度控制在1350～1380℃，在操作上掌握好“快速浇注、高温补给”的原则，在浇注铁液的一半时，开始用小抬包从冒口小流浇注，在浇满后用高温铁液在冒口上至少点浇三次，以利充分补缩。实践证明采用半封闭式浇注系统可起到充型平稳，撇渣良好，避免冲刷的效果。清理后经正火热处理，进行抛丸，涂防锈漆。

3 结语

采用新工艺方案后使工艺条件趋于合理，工艺方法得当，工艺出品率达到了设计要求，铸件表面质量良好，无裂纹等铸造缺陷，理化性能检测合格，从而可大批量及时地完成国内外客户的订货任务。

[1] 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册第5卷:铸造工艺[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2] 李庆春编.铸件形成理论基础[M].北京：机械工业出版社，1982.

Casting of Fall Ball for Sea Float Device

WU ChengYu
（Ever-Sincere Machine&Electrics Co.Ltd.，Dalian Developing Zone，Dalian 116600，Liaoning China）

Foundry technology of fall ball for sea float device has been introduced.

Fall ball；Foundry technology

TG 242；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－09－18

2010－139

吴成玉（1937-）男，高工，主要从事铸造工艺及非标设备设计