09-3X中間體鑄鋼件鑄造工藝優化

杜天彬，李 偉，曹 松，賈 旭

（江蘇朗銳茂達鑄造有限公司 江蘇江陰 214445）

09-3X中間體鑄鋼件鑄造工藝優化

杜天彬，李 偉，曹 松，賈 旭

（江蘇朗銳茂達鑄造有限公司 江蘇江陰 214445）

09-3X中間體為鐵路搗固裝置的重要組成部件，該鑄鋼件采用酯硬化水玻璃砂鑄造工藝生產。原有的鑄造工藝很難避免該鑄件導柱孔內及其端面出現縮孔縮松缺陷，究其原因，主要是該產品結構復雜，導柱孔部位鋼液補縮不暢所致。本文采用MAGMA模擬軟件對鑄件的凝固過程進行了模擬，并通過采取添加補貼、合理放置冒口以及調整冷鐵位置等措施對原鑄造工藝進行了優化。優化后的工藝方案，打通了原導柱孔部位的鋼液補縮通道，并將原部位的縮孔縮松缺陷“引到”補縮通道中，消 除了原部位的縮孔縮松缺陷。后期批量生產的鑄件返修率降低至10%，大大降低了該鑄鋼件的生產成本。

09-3X中間體；縮孔縮松；鑄造工藝；模擬

當前我國鐵路維護所使用的搗固裝置主要有DCL-32、DC-32、CDC-16、09-3X四種。09-3X中間體是09-3X搗固裝置上的一個關鍵零部件，運用于09-3X連續走行搗固穩定車[1]。自2013年，我公司實現09-3X中間體鑄鋼件批量性生產，但該鑄鋼件導柱孔內部及端面縮孔縮松問題一直未能得到有效的解決，鑄件成品率只有85%，返修率高達70%。因此，采取措施降低直至消除導柱孔部位的縮孔縮松缺陷顯得尤為必要，這不僅能提升09-3X中間體的產品質量，還能加快產品生產進度，節省返修成本，增加公司生產效益。

1 產品結構分析

09-3X中間體鑄鋼件的產品結構如圖1所示，該產品結構比較復雜，整體呈“十”字形，內部空腔結構較多。支撐板結構的存在使得該鑄鋼件鑄造工藝較為麻煩。另外導柱孔中間部位為空腔，兩側為薄壁結構，補縮十分困難。而且導柱孔內部要進行精加工，端面螺絲孔較多，一旦該部位出現縮孔縮松缺陷，在加工這些螺絲孔時易出現 “爛牙”現象。

圖1 產品結構圖

2 原鑄造工藝方案

2.1 原鑄造工藝介紹

原鑄造工藝方案如圖2所示，兩導柱孔中心的連線為分型面，鑄件整體采用橫做立澆方式，使用底注式澆注系統。頂部放置一個大明冒口，中部放置一個小暗冒口。大平面兩側的冷鐵放置如圖所示。外模及坭芯均采用酯硬化水玻璃砂造型，一型一件。澆注溫度設定為1 560~1 580 ℃。導柱孔內側空腔處均放置20~30 mm厚鉻鐵礦砂。

2.2 存在的問題

采用原鑄造工藝生產的09-3X中間體鑄件，其導柱孔內部及端面均出現了縮孔縮松缺陷，如圖3所示。該缺陷的產生給加工工序帶來極大的不便，較高的返修頻次使得該產品的加工工裝需反復拆卸，這嚴重拖延鑄件的加工進度，延長了產品交貨時間。鑄件的返修費用以及來往的運輸費用，也使得該產品的制造成本居高不下。

圖2 原鑄造工藝方案

圖3 導柱孔內及端面縮孔縮松形貌

采用MAGMA模擬軟件對原鑄造工藝進行模擬，結果如圖4所示，可以看出模擬結果與實際生產情況相符，導柱孔兩側部位補縮效果均不理想。

圖4 原鑄造工藝凝固模擬結果

3 工藝優化方案

3.1 優化工藝介紹

考慮到導柱孔部位補縮通道不暢通，本方案將導柱孔與中間明冒口之間用補貼連接起來，建立補縮通道。這樣中間明冒口可以給兩側導柱孔部位提供鋼液補縮，增加了導柱孔部位的補縮能力。在后期清理中，采用風割法將補縮通道割除，并進行適當打磨，使之不影響鑄件結構及其使用性能。去除原工藝方案中上部位的冷鐵，在底部添加四塊冷鐵，形成由冒口到冷鐵的“V”形溫度降[2]，這樣更有利于鑄件的順序凝固。在導致孔外側放置兩個保溫冒口，并適當添加補貼，需要注意的是，由于冒口處在分型面上，要將保溫冒口分成兩半分別造型。

圖5 優化后的鑄造工藝方案

3.2 鑄造工藝模擬分析

對于優化后的鑄造工藝，同樣采用MAGMA模擬軟件進行計算，模擬結果如圖6所示。從圖中可以看出，導柱孔內部及端面的縮孔縮松缺陷基本消失，部分縮孔縮松缺陷被“引到”補縮通道中，由于補貼通道不屬于鑄件結構的一部分，可以在后期工序中清理掉，這并不影響鑄件的內部質量。通過去除上部位冷鐵，底部添置冷鐵的方式，形成由冒口到冷鐵的“V”形溫度降，使得導柱孔底部能提前凝固，縮孔縮松缺陷得以明顯減少。

圖6 優化后的鑄造工藝凝固模擬結果

3.3 改進效果

采用優化后的鑄造工藝方案進行鑄件生產，在加工前對鑄件導柱孔部位進行超聲波探傷檢查，未發現鑄造缺陷。鑄件加工后，亦未發現導柱孔內部及端面出現縮孔縮松缺陷，加工情況如圖7所示。

經單件試驗后，優化工藝方案轉入批量生產，經過近一年時間，優化工藝方案生產的鑄件成品率提升至94%，返修率也降至10%左右。在提升鑄件內部質量的同時，大大降低了鑄件的生產制造成本。通過提升09-3X中間體鑄鋼件的鑄造質量，同樣也確保了09-3X連續走行搗固穩定車的行車安全。

圖7 優化后鑄件導柱孔內及端面加工圖

4 結論

（1）采用MAGMA模擬軟件對09-3X中間體鑄鋼件的鑄造工藝進行模擬，提出的優化工藝解決了導柱孔內部及端面慣性的縮孔縮松問題，產品內部質量得到了很大的提升，成品率達到94%以上，返修率降低至10%，大大降低了鑄件的生產成本。

（2）通過合理調整冷鐵位置，形成由冒口到冷鐵的V形溫度降，更有利于鑄件的順序凝固，減少縮孔縮松缺陷的產生。

（3）針對不易避免的縮孔縮松缺陷，可以選擇將缺陷“引到”補貼等非鑄件結構中去，通過后期清理，去除非鑄件結構，同樣能保證鑄件的內部質量。

[1] 翁敏紅,聶志鎮.09-3X型搗固裝置結構原理分析[J].機車車輛工藝,2008(6):28-30.

[2] 王君卿,朱文高,魏兵等.鑄造手冊鑄造工藝卷第2版[M].北京:機械工業出版社,2003:412-413.

Casting process optimization of 09-3X steel-casting midbody

DU TianBin , LI Wei ,CAO Song , JIA Xu
(Jiangsu Leadrun Manden Casting Co., Ltd., Jiangyin 214445, Jiangsu, China)

The 09-3X midbody is an important part of railway tamping device, which was produced by ester hardening water glass sand casting process. Due to the poor feeding effect which might be attributed to the complicated structure, our original casting process can hardly avoid the shrinkage and dispersed shrinkage defects in the inward and end surface of oriented hole. Kinds of measures were used to optimize the casting process of 09-3X midbody in this work, such as computer-assisted simulation of casting process by MAGMA software, reasonable setting of pad and riser, readjustment of chill position, etc. The optimized casting process dredged the feeding channel in oriented hole, leading the shrinkage and dispersed shrinkage defects to the feeding channel, and as a result the casting quality was remarkably improved. In later batch production the repair rate decreased to 10%, and then reduced cost greatly.

09-3X midbody; shrinkage and dispersed shrinkage defects; casting process; computer-assisted simulation.

TG244；

B；

1006-9658（2017）02-0058-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.019

2016-10-19

稿件編號:1610-1551

杜天彬(1989—），男， 碩士研究生,從事碳鋼及低合金鋼的鑄造工藝研究工作.