重型機(jī)床鑄件的研制

譚玉華，張風(fēng)軍（.齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾 6006；.齊齊哈爾重型鑄造有限責(zé)任公司，齊齊哈爾 6005）

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重型機(jī)床鑄件的研制

譚玉華1，張風(fēng)軍2
（1.齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾重型鑄造有限責(zé)任公司，齊齊哈爾 161005）

摘要：重點(diǎn)闡述了重型機(jī)床立柱的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、防止鑄件裂紋等工藝措施以及澆注過程控制等方面的內(nèi)容。經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬澆注凝固驗(yàn)證，對部分工藝參數(shù)修改后投入生產(chǎn)。鑄件加工后導(dǎo)軌面組織致密，鑄件無縮孔、縮松、裂紋等缺陷，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：重型機(jī)床立柱；模擬試驗(yàn)；預(yù)防鑄件裂紋；澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

稿件編號(hào):1512-1166

重型機(jī)床立柱是落地鏜床關(guān)鍵部件之一，要求導(dǎo)軌面組織致密，鑄件無任何氣孔、縮孔、縮松、裂紋等鑄造缺陷。輪廓尺寸為7 120 mm×2 760 mm×2 820 mm，主要壁厚為40 mm，導(dǎo)軌厚度為160 mm。材質(zhì)為HT300，鑄件毛坯質(zhì)量59 t，屬于重型鑄件，鑄造難度很大。

1 造型工藝方案的確定

該件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鑄件內(nèi)腔較大，加強(qiáng)筋與鑄件外壁形成＂回＂字形結(jié)構(gòu)。因此要注意鑄件的裂紋傾向，由于鑄件過于高大，而端面又比較厚大，也要防止出現(xiàn)縮孔等缺陷。設(shè)計(jì)合理的鑄造工藝是成功生產(chǎn)鑄件的關(guān)鍵。

1.1 分型面的確定及造型方法

針對鑄件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和工裝條件，工藝設(shè)計(jì)時(shí)選用地坑造型，如圖1所示。在地坑的底部和周邊要放置足夠的排氣通道，木模為減少拔模量而采用抽芯的方式組合而成。

1.2 冒口及冷鐵

在鑄件兩端的橫水口上為補(bǔ)澆而專門放置φ250 mm的保溫冒口，鑄件則只放置φ40 mm的出氣冒口。

為確保導(dǎo)軌硬度，在導(dǎo)軌上鋪放厚度為80 mm的石墨塊。

圖1 鑄造工藝示意圖

1.3 砂芯設(shè)計(jì)

該件砂芯多達(dá)60塊，大的砂芯質(zhì)量高達(dá)有1 t之多。每塊砂芯及砂型均做出后填芯頭，填砂前下出氣管，芯內(nèi)放尼龍出氣繩，尼龍繩與出氣管及出氣道相通，以保證砂芯出氣通暢。

1.4 防止鑄件裂紋的工藝措施

鑄件結(jié)構(gòu)是典型的“回”字形（見圖1），非常不利于鑄件的凝固收縮，在鑄造時(shí)是極易造成裂紋，由于鑄件上端頭部位相對比較薄弱，因此防止裂紋的工藝措施主要在鑄件上端頭部位實(shí)施：①首先將鑄件上端頭部位頂端壁厚由40 mm提高到60 mm，增強(qiáng)頂端的斷裂強(qiáng)度；與上端頭連接的周圍四面內(nèi)腔增加寬140 mm、厚45 mm的加強(qiáng)筋，一方面降低端頭部位冷卻速度，減少鑄造應(yīng)力。另一方面提高鑄件斷裂強(qiáng)度；②延長鑄件落砂時(shí)間，鑄件必須冷卻到180 ℃以下才能敞箱，要求自然冷卻，不能用冷風(fēng)吹，避免因冷卻快發(fā)生裂紋；③在熔煉方面，適當(dāng)調(diào)整碳當(dāng)量，提高硅碳比可以降低鑄件殘余應(yīng)力。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 澆注位置的確定

依據(jù)“大流量、低流速、平穩(wěn)潔凈地充型”的原則[1]，為了盡可能使鐵液充型后型腔內(nèi)溫度場均衡，針對此件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及實(shí)際的設(shè)備和工裝情況，采用三包澆注，橫水口環(huán)鑄件四周呈C型，見圖2。

圖2 澆注系統(tǒng)示意圖

2.2 澆注系統(tǒng)各組元截面積的確定

由于此立柱鑄件在結(jié)構(gòu)上屬于高大鑄件，為減少澆注時(shí)的動(dòng)壓力，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，此類機(jī)床立柱灰鑄鐵件宜采用封閉—開放式澆注系統(tǒng)，該系統(tǒng)有利于鐵液的除臟，鐵液充型平穩(wěn)，最小截面積設(shè)置在分直澆道。各組元截面積比為：

澆注系統(tǒng)設(shè)置6個(gè)φ100 mm直澆道、28個(gè)φ40 mm分直澆道、84個(gè)φ40 mm內(nèi)澆道，實(shí)際澆注系統(tǒng)各組元截面積為：

3 熔煉工藝

為了保證鐵液質(zhì)量，需盡最大努力提高鐵液熔化率，縮短鐵液保溫時(shí)間。

（1）采用兩臺(tái)20 t中頻電爐同時(shí)啟動(dòng)，利用倒包的辦法，準(zhǔn)備70 t鐵液，需1只30 t和2只20 t鐵液包。

（2）鐵液主要化學(xué)成份確定為w(C)3.0% ～3.1%、w(si)1.6%～1.8%、w(Mun)1.0%～1.1%、w(Cr)0.25%～0.3%、w(Cu)0.5%～0.6%。采用光譜分析儀進(jìn)行爐前快速化學(xué)成分分析，數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行溫度測量。

（3）對爐料進(jìn)行精選，嚴(yán)格按工藝要求配料。廢鋼加入量不低于40%。

（4）用20 t電爐對鐵液進(jìn)行1 500 ℃高溫短時(shí)精練，以達(dá)到脫氧、去氣、除渣的目的。

4 澆注過程控制

（1）為避免鐵液孕育不良，提高對鐵液的孕育效果，采取多次孕育，即出鐵槽孕育、包內(nèi)浮硅孕育、澆口杯瞬時(shí)孕育[2]。

（2）采用3只鐵液包同時(shí)澆注，澆注前對鐵液進(jìn)行凈化處理。

（3）三個(gè)水口箱都采用水口堵，待各水口箱注滿鐵液后同時(shí)提起水口堵，防止浮渣隨鐵液進(jìn)入型腔。

（4）澆注時(shí)應(yīng)采取“先快后緩”的原則，即先大流快速充型，避免澆不足，待快澆滿鐵液快進(jìn)入上平面時(shí)，開始收流緩澆，避免始終大流充型過快，型內(nèi)氣體來不及排除，出現(xiàn)嗆火、跑火的發(fā)生。

（5）為避免澆不足、冷隔等鑄造缺陷，在澆注時(shí)3包鐵液溫度控制在1 360 ℃±10 ℃，澆注時(shí)間控制在140～170 s

（6）鑄件澆滿后，要對兩端的保溫冒口進(jìn)行較長時(shí)間的補(bǔ)澆至液面不再下沉。

5 結(jié)束語

鑄出后的立柱件如圖3所示。

圖3 重型機(jī)床立柱鑄件

該鑄件加工后立柱導(dǎo)軌面組織致密，鑄件無縮孔、縮松、裂紋等鑄造缺陷，達(dá)到了設(shè)計(jì)對鑄件的技術(shù)要求。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，對此重型機(jī)床立柱所設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)是合理的，防止鑄件出現(xiàn)裂紋的工藝措施非常有效，所制定的鐵液準(zhǔn)備方案和澆注過程控制措施滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，此重型鑄件在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行過充型模擬和凝固模擬試驗(yàn)，生產(chǎn)結(jié)果與模擬結(jié)論基本吻合。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚玉華，張風(fēng)軍等.大型機(jī)床立柱的研制[J]，鑄造技術(shù)，2008，29（4）：458-459.

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[3] 王桂榮,倪桂蘭.大型機(jī)床灰鑄鐵件導(dǎo)軌疏松的防止措施[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2003(3).

[4] 鄒榮劍.灰鑄鐵件生產(chǎn)技術(shù)[J].中國鑄造裝備與技術(shù), 2014(2).

Research of heavy machine tool castings

TAN YuHua1，ZHANG FengJun2
(1.Qiqihar University,Qiqihar 161006,Liaoning,China；2.Qiqihar Heavy Co.,Ltd.,Liaoning,China)

Abstract：The paper introduces heavy machine tool column of gating system design, preventing casting crack technology measures and process controlling of the casting content.After computer simulation of casting solidifi cation, correct process parameters and modify into production.The result show that casting machine guide surface structure compact, the casting defects shrinkage cavity, shrinkage porosity and crack.It has reached the design requirements.

Keywords：heavy duty machine tool column; simulation experiment; Prevention of casting crack; Gating system design.

中圖分類號(hào)：TG251；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1006-9658（2016）03-0038-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.011

收稿日期:2015-12-22

作者簡介：譚玉華（1959—），女，副教授，從事鑄造工藝及造型材料的研究.