淺談履帶板鏈節的鑄造工藝設計及模擬優化設計

楊玉敏

（哈爾濱第一機器制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150056）

隨著我國經濟的快速發展，現階段，我國工程機械行業也在不斷的發展著，不斷推動著國民經濟的發展，工程機械行業在我國起步比較晚，目前已經可以滿足國內市場和國際市場的巨大需求，但是與其他國家相比較而言，在經濟全球化發展的今天，我國的工程機械發展與國外相比，仍然還有較大的上升空間和上升幅度，仍然存在很多不足之處。為工程機械行走系統的履帶板，在工程機械行業的挖掘機推土機、壓路機等產品中有著廣泛的應用履帶板是組成履帶行走裝置的關鍵部件，由于履帶板應用數量較多，占整個履帶行走裝置的比重較大，履帶重量過重會影響發動機功率，增加燃料消耗，縮短使用壽命。因此，履帶板的優化對提高整機的綜合性能、節約能源有重要意義,對于履帶板的技術要求也越來越高，本研究主要就履帶板鏈節的鑄造工藝設計及模擬優化設計進行了重點分析和探討，旨在提高、優化我國履帶板鏈節的鑄造工藝設計技術。

1 履帶板鏈節鑄造工藝設計

1.1 履帶板鏈節鑄造工藝

履帶由若干塊履帶板通過履帶銷連接而成。由于其對地面條件要求較低，在礦山、深海、沼澤等多種環境中得到廣泛應用。相關配件、備件的需求也越來越多，作為工程機械行走系統的履帶板，設計開始趨于輕量化、節約化，大部分推土機履帶板改進為鑄造和焊接的組合件，不僅大大減低了重量，而且也降低了生產成本，但是對中間部分履帶板鏈節提出了更高的要求。一般情況下，采用傳統鑄造工藝進行履帶板鏈節的生產：從雙耳分型面處澆注。履帶板鏈節鑄造工藝主要分為以下幾個方面：首先，履帶板鏈節的整個鏈條由多個首尾聯接的鏈節組裝而成，由兩個鏈節組裝為單耳和雙耳間隙配合；其次，履帶板鏈節的鑄件拐角部位，容易出現粘砂、砂眼、裂紋等缺陷，該處不僅要避免出現上述缺陷而且要求通過MT2級；再次，履帶板鏈節的鑄件表淬部位為圓弧，表淬深度為10 mm，表面硬度為 40HRC；最后，確保在合適的鑄造工藝和設計適宜的表面熱處理工藝，確保鑄件質量和U型槽表淬效果，有較高的探傷驗收要求。

1.2 設計參數的選擇

履帶板鏈節的設計參數主要分為三個。首先，鑄件拔模斜度的選取。為避免造型后起模樣時損壞砂型表面，對于于鑄件毛坯的使用與其尺寸的控制相對較嚴格的，為了保證鑄件精度和表面質量，防止鑄件表面和拐角處發生粘砂，通常結合實際生產情況、采用樹脂砂造型，在鑄件表面和拐角處敷鉻鐵礦砂，并刷涂鋯英粉醇基涂料。其次，澆注溫度的選擇，適宜的澆注溫度是在保證金屬液充滿鑄型型腔的前提下采用稍低的溫度為宜。如果在履帶板鏈節生產過程中澆注過程中溫度過高，則履帶板鏈節凝固的收縮性就特別大，容易導致鑄件易產生縮孔和縮松、晶粒粗大及其粘砂等缺陷；而若果在履帶板鏈節生產過程中澆注過程中溫度過低，則就有可能由于壁薄則易產生澆不足、冷隔、欠鑄等缺陷。一般情況下，考慮到鋼液轉運過程中熱量的損失及其鑄件本身等因素，選擇澆注溫度為15600-15800不等。最后，冒口設計的選擇。為了能夠有效、精準的避免在鑄件內部出現縮孔、縮松、澆不足等缺陷、獲得組織致密無缺陷的優良鑄件，冒口的設計也相當重要。放置冒口主要集中在鑄件平整且熱節部位，采用 3個保溫發熱冒口，加強對鑄件內部的補縮，保證產品的質量。

1.3 表面熱處理工藝設計

一般情況下，按照我國履帶板鏈節的鑄造工藝設計的鑄件的結構以及表淬要求看來，履帶板鏈節的的表面處理工藝與履帶板鏈節的質量、壽命以及綜合性能有著非常密切的關系。為了以保證表淬過程順利、確保達到表淬要求，要求經常使用型號為ZG34CrNiMo型的履帶板鏈節材質，并且在此基礎上進行了專業的專用工裝設計，鑄件豎直放置，表淬面與工裝底座呈900，表淬刀頭距表淬面4毫米到5毫米。

2 履帶板鏈節鑄造工藝優化

2.1 工藝優化

受傳統工藝技術模擬分析結果的作用，一般情況下鑄件在凝固過程中，由于中間部位拉筋模數大于冒口與交界處之間的模數，就會常常出現因為參數不符合而導致的導致補縮通道過早阻斷的現象，這不僅會影響冒口補縮能力的發揮，還會造成縮孔、縮松缺陷發生的嚴重后果。因此，為了能夠有效地避免在鑄件內部出現縮孔、縮松、澆不足等缺陷、獲得組織致密無缺陷的優良鑄件，提高履帶板鏈節的質量、壽命以及綜合性能，需要對帶板鏈節鑄造工藝進行必要改進，而改進工作的重點則是應該嚴格按照鑄件結構和缺陷的分布狀況，采用底注式澆注系統，用澆道間接補縮內部的孤立液相區，使得缺陷轉移到澆注系統，確保消除凝固過程中內部的孤立液相區，保證補縮通道的暢通，實現鑄件的順序凝固。

2.2 優化工藝模擬結果

在對傳統的履帶板鏈節鑄造工藝進行優化和改進工作的基礎上，對優化工藝模擬結果的實際效果的驗證工作也是至關重要的。一般情況下，將優化的鑄造工藝進行CAE模擬，開始階段，可以檢測到存在4個液相區，這主要是因為冒口和澆注系統液相區與內部液相區彼此之間是相通的，可以起到一個補縮的作用。而過一段時間以后，則只可以檢測到存在一個液相區在冒口處，這說明此時縮孔、縮松已經轉移到冒口和澆注系統中，實現了鑄件的順序凝固，保證了鑄件的質量。

3 履帶板鏈節的實際應用效果

在完成了上述工藝選擇、工藝優化的步驟以后，通常優化后的鑄造工藝生產的鑄件在對其進行磁粉探傷和超聲波探傷的情況下，表淬以后檢測硬度均在標準要求值以上。如果檢測過程中沒有發現縮孔縮松等缺陷，并且表淬以后檢測硬度均符合標準，那則表明在最終確定的履帶鏈節生產采用優化鑄造工藝方案中實際生產的鑄件，能夠獲得了優質的鑄件，能夠滿足要求。

4 結束語

綜上所述，履帶板的鏈節鑄造工藝的優化對提高整機的綜合性能、節約能源有重要意義。因此，只有對履帶板鏈節鑄造工藝的試制以及CAE模擬缺陷分析的基礎上，對鑄造工藝進行優化、改變澆注系統方式，才能實現了履帶板鏈節的順序凝固，消除了縮孔 縮松等缺陷，才能在滿足強度要求的前提下，提高了鑄件的成品率，大大提升產品質量、提高工作效率，減少因不必要的破壞帶來的經濟損失。

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