海洋漂浮裝置墜球的鑄造

吳成玉（大連開發(fā)區(qū)永誠(chéng)機(jī)電有限公司，遼寧大連市 116600）

海洋漂浮裝置墜球的鑄造

吳成玉（大連開發(fā)區(qū)永誠(chéng)機(jī)電有限公司，遼寧大連市 116600）

介紹海洋漂浮裝置墜球的鑄造生產(chǎn)工藝。

墜球；鑄造工藝

海洋漂浮裝置墜球（以下簡(jiǎn)稱墜球）是一種用于各國(guó)領(lǐng)海和特定的國(guó)際公海航道或某種海域?qū)嵤┕こ添?xiàng)目而使海上漂浮裝置或工程裝備的繩索拉緊固定部件之一。從客戶所提供的圖樣和鑄件照片可知，是長(zhǎng)期沉在海底使用的，除了定期更換繩索外，一般情況下墜球是不更換的，因此在設(shè)計(jì)中要求采用分部組合鑄件，即事先將高韌性、高強(qiáng)度的球墨鑄鐵吊環(huán)鑄成后，然后在大球鑄造時(shí)預(yù)鑄在球體上（見圖1）。雖然鑄件形狀比較簡(jiǎn)單，由于產(chǎn)品單一，重量較大，批量又多，我們從客戶在別廠生產(chǎn)時(shí)常出現(xiàn)較多廢品上受到一些啟示，吸取教訓(xùn)，認(rèn)為這樣一種批量大的低附加值產(chǎn)品，只有最大限度地減少?gòu)U品率才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此我們對(duì)墜球鑄造過程進(jìn)行了全面分析，制定了比較合理的完善的新工藝，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了國(guó)內(nèi)外的訂貨需求。現(xiàn)對(duì)這一特殊鑄件生產(chǎn)工藝過程作一簡(jiǎn)要的總結(jié)，供同行參考。

圖1 海洋漂浮裝置墜球

1 墜球的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求

墜球的外形尺寸為690mm×690mm×1200mm，球體下端的四個(gè)方錐形支腿長(zhǎng)度均為300mm，球體直徑為?630mm，墜球單重為1000kg。據(jù)悉這是目前海洋標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中使用的單重最小也是用量最大的墜球。

從墜球結(jié)構(gòu)特征上可分為吊環(huán)、球體兩部分。由于是長(zhǎng)期沉在海底鹽水中使用，其技術(shù)要求較高，要求整體強(qiáng)度高，耐腐蝕性好。吊環(huán)的材質(zhì)為QT400-15，其化學(xué)成分為：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；抗拉強(qiáng)度 σb≥400MPa，伸長(zhǎng)率 δ≥15%，正火熱處理金相組織F≥85%，噴丸后預(yù)鑄使用，防止生銹。球體的材質(zhì)為HT200，其化學(xué)成分為3.0%～3.3%C、1.7%～1.9%Si、0.7%～0.9%Mn、≤0.15%P，≤0.12%S；抗拉強(qiáng)度 σb≥200MPa，抗彎強(qiáng)度 σbb≥400MPa，硬度 170～241HBS，正火熱處理，鑄件表面均不準(zhǔn)有氣孔、砂眼、夾渣、裂紋等鑄造缺陷；噴丸后涂黑色防銹漆。

2 鑄造工藝方案

2.1 工藝方案分析及選擇

本案重點(diǎn)研究球體的鑄造工藝（吊環(huán)是小球鐵鑄件，按正常生產(chǎn)對(duì)待）。球體的鑄造采用單面模板，濕型砂造型。為簡(jiǎn)化工藝，將分型面選擇在支腿對(duì)角中心線，這樣上、下箱中各有一個(gè)支腿是采用球體模殼內(nèi)側(cè)導(dǎo)向固定可抽式結(jié)構(gòu)，在模板背面用定位銷塊鎖定，造完型先抽出斜插的支腿模即可完成支腿成型，這樣球體支腿與圖樣中心的平行位置正好旋轉(zhuǎn)45°的對(duì)角線布置，不影響墜球的使用。墜球上商標(biāo)、重量和生產(chǎn)日期的標(biāo)識(shí)塑料字母安放在下型底部，鑄字部分用少量水玻璃自硬砂充填硬化。澆注系統(tǒng)采用半封閉式澆注系統(tǒng)，開設(shè)在球體一側(cè)。澆注系統(tǒng)各截面比例為F橫∶F直∶F內(nèi)=1.5∶1.2∶1，在半圓形橫澆道上由五個(gè)內(nèi)澆道分流引入鑄型，內(nèi)澆道總面積F內(nèi)=15/5（cm2）。上型頂部設(shè)置中120mm×180mm的明冒口一個(gè)。其他工藝參數(shù)：①毛坯交貨，不留加工余量；②縮尺取2%；③鑄造圓角未注明者均為R3～4mm。

2.2 內(nèi)冷鐵的設(shè)計(jì)與計(jì)算

由于鑄件是不加工鑄件，因此在工藝中采用不熔合的內(nèi)冷鐵，在不影響鑄件凝固收縮不產(chǎn)生裂紋的情況下，內(nèi)冷鐵表層不要求被熔融，使內(nèi)冷鐵表面能與鑄件本體緊密地固合在一起即可。根據(jù)已知條件，墜球直徑 ?=63cm，體積 V=130858cm3，鑄件模數(shù) Mo＝?/6＝10.5 cm，其實(shí)用模數(shù) Mr＝0.97Mo＝10.2cm。根據(jù)文獻(xiàn)[1]不熔合內(nèi)冷鐵計(jì)算公式Amax＝0.2tuMr1.8（式中tu為鐵液過熱度，等于鐵液充型時(shí)溫度與固相線溫度之差，即tu＝1235-1195＝40（℃），查表得 Mr1.8＝63.1，Amax＝0.2×40×63.1＝504（mm），取 Amax＝50cm。

內(nèi)冷鐵的重量Gch＝ρVO（式 ρ為鐵液密度，為0.007kg/cm3），則 Gch＝0.007×65417＝458（kg）。

為制造和安裝方便，將球形內(nèi)冷鐵分解成兩半對(duì)稱裝配式內(nèi)冷鐵，這樣模板可做成半模。為防止四個(gè)支腿根部產(chǎn)生縮松、縮孔缺陷，特意在內(nèi)冷鐵外徑與支腿對(duì)應(yīng)處做出四個(gè)小方錐形凸塊，伸出長(zhǎng)度為120mm（以不影響合箱碰型為準(zhǔn)），既方便合型裝配，又有利于加快支腿肥厚根部的冷卻速度，提高組織致密度和強(qiáng)度。內(nèi)冷鐵頭部分型面一側(cè)做成與吊環(huán)下部預(yù)鑄入部分形狀吻合相容的凹面結(jié)構(gòu)，以便使上、下內(nèi)冷鐵扣合時(shí)夾緊吊環(huán)形成一個(gè)堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)，以利于在型內(nèi)吊裝和固定，同時(shí)在內(nèi)冷鐵尾部中心線處直接鑄出U形半凸塊，以便安裝固定內(nèi)冷鐵。

2.3 鑄型的裝配與澆注

（1）鑄型的裝配

先在下型腔字樣外側(cè)約?300mm圓周線上，均布安放5塊?80mm厚度為2mm的鐵片，然后分別安放5個(gè)?50mm、高63mm、芯柱?8mm的芯撐，然后把安裝好經(jīng)過拋丸除銹的內(nèi)冷鐵吊入下型，吊環(huán)的外露部分正好坐落在型腔的支承臺(tái)上，球形內(nèi)冷鐵則被5個(gè)芯撐所支撐，待上部?jī)?nèi)冷鐵相應(yīng)部位安放5個(gè)同樣大小的芯撐后，即可合上箱，固定好準(zhǔn)備澆注。

（2）澆注

澆注溫度控制在1350～1380℃，在操作上掌握好“快速澆注、高溫補(bǔ)給”的原則，在澆注鐵液的一半時(shí)，開始用小抬包從冒口小流澆注，在澆滿后用高溫鐵液在冒口上至少點(diǎn)澆三次，以利充分補(bǔ)縮。實(shí)踐證明采用半封閉式澆注系統(tǒng)可起到充型平穩(wěn)，撇渣良好，避免沖刷的效果。清理后經(jīng)正火熱處理，進(jìn)行拋丸，涂防銹漆。

3 結(jié)語

采用新工藝方案后使工藝條件趨于合理，工藝方法得當(dāng)，工藝出品率達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，鑄件表面質(zhì)量良好，無裂紋等鑄造缺陷，理化性能檢測(cè)合格，從而可大批量及時(shí)地完成國(guó)內(nèi)外客戶的訂貨任務(wù)。

[1] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)第5卷:鑄造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2] 李慶春編.鑄件形成理論基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)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

吳成玉（1937-）男，高工，主要從事鑄造工藝及非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)