中大型機床鑄件鑄造工藝研究

楊大衛

（西南石油大學，材料科學與工程學院材料成型與控制工程，四川 成都 610500）

隨著我國社會經濟的不斷發展，機床產品需求量不斷攀升，與此同時，高精度數控機床發展前景廣闊，長期以來，此類產品均有賴于國外進口，技術含量高的還受到了國外極大限制。針對該種情況，我國眾多企業不斷開展改革創新，依托調整產品結構，利用高新技術，以推進品牌戰略，由此使我國中大型機床實現了長足發展。因為生產的數控機床產品有著高精度、高技術的特征，所以對機床鑄件提出了較高的要求，一些鑄件需要達到高強度、高精度、耐磨等要求，并且對鑄件尺寸精度、表面粗糙度、內部清潔度等要求尤為嚴格。基于此，本文對中大型機床鑄件鑄造工藝展開探索與研究。

1 中大型機床鑄件特征

（1）樹脂砂型剛度好，澆注初期砂型強度高，由此可借助鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹，切實消除“縮孔”“縮松”缺陷，實現灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的無冒口、少冒口鑄造。實型鑄造生產中，選取聚苯乙烯泡塑模樣，應用呋哺樹脂自硬砂造型。

（2）在金屬液澆入鑄型過程中，基于高溫金屬液作用，泡沫塑料模樣迅速氣化，燃燒且消失，原本的泡沫塑料被金屬液所代替，冷卻凝固為與模樣形狀相一致的實型鑄件。相比較而言，實型鑄造對于生產單件或者小批量的汽車覆蓋件，機床床身等模具相比傳統砂型具備顯著優勢，其一方面降低了鑄造木型成本，另一方面操作便捷，提升了生產效率，表現出表面質量好、尺寸精度高、加工余量小等優點。

（3）機床鑄件主要用以機器零部件的毛坯，有的緊密鑄件，還可直接用以機器的零部件。鑄件在機械產品中占據極高的比重，例如在拖拉機中，鑄件重量在整機重量中占比約在50%～70%，另外在農業機械中占比約在40%～70%，在機床、內燃機等中占比約在70%～90%。

（4）各式各樣鑄件中，大部分為機械用鑄件品種，不僅用量大，而且形狀復雜，在鑄件總產量中占比約為60%；其次是用作冶金的鋼錠模及用作工程的管道。

（5）鋼、鑄鐵中的磷可在極大程度上縮減合金的沖擊韌性，提升脆性，進而產生冷裂傾向，所以在進入熔煉中需要嚴格限制。就熱裂而言，通常是出現于凝固末期，金屬處在固相線附近的高溫時期。其形狀特征主要表現為縫隙寬、裂縫短、形狀曲折。諸如裝配平臺鑄件結構不合理、合金收縮大、鑄造工藝不合理等均可能會造成熱裂。為了防止出現熱裂問題，應當合理調整合金成分，有效調節鋼鐵中的硫、磷含量，合理設計鑄件結構，以及改良型砂退讓性等。

（6）因為鑄鐵中石墨可促進貯油、潤滑，因此可實現良好的耐磨性。同時，因為灰口鑄鐵有著較高的含碳量，與共晶成分相接近，所以熔點偏低，流動性好，所以可適用于復雜鑄造結構或者薄壁鑄件。

2 中大型機床鑄件鑄造工藝及技術參數調節

2.1 工藝分型面

工藝分型面與機床鑄件的特點有著密切關系，帶有導軌位置的鑄件分型面需要將導軌朝下，其他部分朝上，這也是不管是木模工藝還是其他造型工藝所需遵循的基本技術要求及原則。

2.2 工藝裝備及造型方法選擇

對大中型機床鑄件來說，其自身重量、體積較大的特點導致其在造型過程中需要兼顧鑄造時間成本與資金成本。如DW-13/300D 的床身，鑄件輪廓規格為12m×2m×0.71m，如果選擇砂箱造型方法，則設計箱內規格為13m×2.6m，上箱0.2m，下箱1m，箱壁厚0.045m。砂箱本身自重約12.5t，成本高達6 萬，鑄造周期在20d 及以上，結合制造成本、制造周期等情況來說，地坑造型性價比更高。

2.3 地坑造型

地坑造型屬于一種傳統的造型方法，為控制鑄件質量成本及加快生產工期，該種造型方法尤為適用于中大型機床鑄件。結合中大型機床鑄件鑄造工藝特征而言，在選擇地坑造型方法時，應當處理好下述幾方面工作：首先，選擇地坑造型方法必須要處理好地坑中的“通氣”問題，作為實型工藝，所采用泡沫模樣基于金屬液高溫作用轉化成一氧化碳、二氧化碳、氫氣等熱解產物，需要將該部分氣體有序排出型外，通過在地坑底部鋪設草繩、焦炭等，確保底部干燥，并借助通氣管將氣體引至地面。其次，澆注過程中受高溫鐵液的作用，導致泡沫形成大量氣體，從而強化金屬液對鑄型的沖擊力，進而提升鑄型抬箱力，進一步使得鑄件由于“跑火”“漲箱”而引發報廢情況。因此，在澆注中要適當降低澆注速度，以減少抬型力，便于氣體溢出。最后，地坑造型方法不適用于呈扁平結構的鑄件，諸如機床尾座體、走刀箱體等，該部分鑄件可選擇砂箱造型方法。

3 中大型機床鑄件鑄造中引發的鑄造問題及解決對策

3.1 鑄件上方厚大部位縮孔、縮松及解決對策

中大型機床鑄件鑄造中，由于受工藝分型面影響，為避免該部位出現縮孔、縮松情況，應當注意以下幾點：其一，應當在厚大部位開置入內澆口，確保該部位獲取充足的熱鐵液，以發揮鑄件的補縮作用。其二，應當在厚大區域下部與側面紡織厚度合適的外冷鐵，如環境允許則直接插入內冷鐵亦可。其三，在確保鑄件材質強度、硬度的前提下，可一定程度上提升鐵水碳當量。值得一提的是，在中大型機床鑄件鑄造中，不可一味憑借增加毛口尺寸或增加數量的方式實現補縮效果。

3.2 鑄件變型幾何尺寸超差及解決對策

中大型機床鑄件鑄造中往往會出現變型情況，即為引發鑄件幾何尺寸出現誤差導致報廢。這一情況在木模工藝下可以快速處理，只需要在木模上進行反撓度處理即可改善，但對于實心鑄造工藝則需要用其他方式進行改善。在實際鑄造中，可以根據實際情況選擇合適的應對策略：其一，倘若機床導軌由坭芯構成，則于坭芯上采取人工手段打磨出反撓度。其二，倘若機床導軌尚未使用組芯，直接在地坑中造型，則在地坑底部使用人工方式打磨反撓度，確保模樣與地坑中打磨出的撓度相匹配。其三，在不影響鑄件材質強度、硬度的前提下，可一定程度上提升鐵水碳當量。其四，鑄件澆筑前對壓箱與鎖箱力進行調整，澆筑后鑄件處于砂箱內放置一段時間后再進行打箱、清砂操作。結合鑄件重量、大小實際情況，對在砂箱內的放置時間進行適當調整。

3.3 漂芯及解決對策

部分機床鑄件的結構中兩面有孔洞，四面封閉，如上下兩面封閉，側面有孔洞。針對該部分鑄件，倘若處理不合理，極易引發“漂芯”問題，即為鑄件上下壁厚嚴重超差，并且上部會產生大范圍孔洞致使報廢。針對這一問題，應當注意以下幾點：其一，確保“芯鐵”強度與剛度合適，保障其位置的穩定性，不出現朝上浮動情況。其二，鑄件上方倘若為非加工面，同時大部分機床鑄件不進行打壓滲漏試驗，則可以在上方區域放置“卡子”避免出現上浮，從而保證鑄件上下壁厚幾何尺寸保持原狀。

4 結語

總而言之，隨著社會大眾生活水平的不斷提升，社會大眾對中大型機床鑄件行業需求不斷攀升。機床鑄造行業肩負著我國高端裝備國產化的使命挑戰，伴隨著我國經濟的穩定運行，在龐大市場需求及良好發展的背景下，我國機床鑄造行業呈高速增長態勢。因此，相關人員要進一步加強鉆研研究、總結經驗，提高對中大型機床鑄件特征的有效認識，不斷優化改良中大型機床鑄件工藝設計，對鑄件鑄造過程中可能出現的不同問題、工藝難題予以有效攻克，積極促進我國機床鑄造行業的穩定健康發展。