重型機床鑄件的研制

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

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重型機床鑄件的研制

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

摘要：重點闡述了重型機床立柱的澆注系統設計、防止鑄件裂紋等工藝措施以及澆注過程控制等方面的內容。經過計算機模擬澆注凝固驗證，對部分工藝參數修改后投入生產。鑄件加工后導軌面組織致密，鑄件無縮孔、縮松、裂紋等缺陷，達到了設計要求。

關鍵詞：重型機床立柱；模擬試驗；預防鑄件裂紋；澆注系統設計

稿件編號:1512-1166

重型機床立柱是落地鏜床關鍵部件之一，要求導軌面組織致密，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，導軌厚度為160 mm。材質為HT300，鑄件毛坯質量59 t，屬于重型鑄件，鑄造難度很大。

1 造型工藝方案的確定

該件的結構特點是鑄件內腔較大，加強筋與鑄件外壁形成＂回＂字形結構。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，也要防止出現縮孔等缺陷。設計合理的鑄造工藝是成功生產鑄件的關鍵。

1.1 分型面的確定及造型方法

針對鑄件結構的特點和工裝條件，工藝設計時選用地坑造型，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。

為確保導軌硬度，在導軌上鋪放厚度為80 mm的石墨塊。

圖1 鑄造工藝示意圖

1.3 砂芯設計

該件砂芯多達60塊，大的砂芯質量高達有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

鑄件結構是典型的“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，增強頂端的斷裂強度；與上端頭連接的周圍四面內腔增加寬140 mm、厚45 mm的加強筋，一方面降低端頭部位冷卻速度，減少鑄造應力。另一方面提高鑄件斷裂強度；②延長鑄件落砂時間，鑄件必須冷卻到180 ℃以下才能敞箱，要求自然冷卻，不能用冷風吹，避免因冷卻快發生裂紋；③在熔煉方面，適當調整碳當量，提高硅碳比可以降低鑄件殘余應力。

2 澆注系統設計

2.1 澆注位置的確定

依據“大流量、低流速、平穩潔凈地充型”的原則[1]，為了盡可能使鐵液充型后型腔內溫度場均衡，針對此件的結構特點以及實際的設備和工裝情況，采用三包澆注，橫水口環鑄件四周呈C型，見圖2。

圖2 澆注系統示意圖

2.2 澆注系統各組元截面積的確定

由于此立柱鑄件在結構上屬于高大鑄件，為減少澆注時的動壓力，根據生產經驗，此類機床立柱灰鑄鐵件宜采用封閉—開放式澆注系統，該系統有利于鐵液的除臟，鐵液充型平穩，最小截面積設置在分直澆道。各組元截面積比為：

澆注系統設置6個φ100 mm直澆道、28個φ40 mm分直澆道、84個φ40 mm內澆道，實際澆注系統各組元截面積為：

3 熔煉工藝

為了保證鐵液質量，需盡最大努力提高鐵液熔化率，縮短鐵液保溫時間。

（1）采用兩臺20 t中頻電爐同時啟動，利用倒包的辦法，準備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%。采用光譜分析儀進行爐前快速化學成分分析，數字溫度計進行溫度測量。

（3）對爐料進行精選，嚴格按工藝要求配料。廢鋼加入量不低于40%。

（4）用20 t電爐對鐵液進行1 500 ℃高溫短時精練，以達到脫氧、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、包內浮硅孕育、澆口杯瞬時孕育[2]。

（2）采用3只鐵液包同時澆注，澆注前對鐵液進行凈化處理。

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

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

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

（6）鑄件澆滿后，要對兩端的保溫冒口進行較長時間的補澆至液面不再下沉。

5 結束語

鑄出后的立柱件如圖3所示。

圖3 重型機床立柱鑄件

該鑄件加工后立柱導軌面組織致密，鑄件無縮孔、縮松、裂紋等鑄造缺陷，達到了設計對鑄件的技術要求。

生產實踐證明，對此重型機床立柱所設計的澆注系統是合理的，防止鑄件出現裂紋的工藝措施非常有效，所制定的鐵液準備方案和澆注過程控制措施滿足生產實際需要，此重型鑄件在鑄造工藝設計時進行過充型模擬和凝固模擬試驗，生產結果與模擬結論基本吻合。

參考文獻

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

[2] 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊(第1卷) :鑄鐵.北京：機械工業出版社，2007.10:249-262.

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

[4] 鄒榮劍.灰鑄鐵件生產技術[J].中國鑄造裝備與技術, 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：TG251；

文獻標識碼：A；

文章編號: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.