礦山機械設備鑄件鑄造工藝的關鍵

（中國有色集團撫順紅透山礦業有限公司，遼寧 撫順 113321）

在全球礦業快速發展的背景下，各類礦石，如：鐵礦石、銅礦石、錫礦石及其他金屬礦石的需求量與日俱增，對礦山機械設備的質量和性能提出了更高的要求，與此同時，也帶動了礦山機械設備鑄件鑄造工藝的發展。目前礦山機械設備中應用最廣泛的鑄件為低碳鋼，耐磨性比較高，為提升鑄件的鑄造工藝，就需要從提升鑄件的耐磨性入手。基于此，開展礦山機械設備鑄件鑄造工藝的關鍵研究就顯得尤為必要。

1 鑄造的定義和優缺點

所謂鑄造指的是先將金屬熔煉成液體狀，再注入相應的模具中，制造成鑄型，待冷卻凝固之后，就會形成一定形狀和性能的鑄件，此種加工生產工藝，稱之為鑄造工藝。

和其他加工生產工藝相比，鑄造工藝的優勢主要體現在以下幾個方面：

（1）可鑄造出形狀相對復雜，結構多樣化的鑄件，尤其是具有復雜內腔的零件毛坯，鑄造效果顯著，如：箱體、床身、機架等采用鑄造工藝，可保證生產精度，實現批量化生產。

（2）鑄造具有很強的適應性，而且鑄造工藝操作過程比較靈活，在工業生產和礦山機械設備零部件都可以通過鑄造來獲得，而且鑄造對鑄件的重量無明顯要求，小到幾克，大到幾百噸的鑄件都通過鑄造獲得，鑄件壁厚可控，壁厚為0.5mm到1.0m之間的鑄件，都可以鑄造。

（3）鑄造使用的原材料來源廣泛，價格和成本較低，廢棄的零部件，也可以用來鑄造新型部件，生產成本比較低。

雖然鑄造有很多優勢，但缺點也比較明顯，主要表現為兩個方面，其一是鑄造獲得鑄件結構組織比較疏松，晶粒較大，在結構內部容易形縮孔、縮松、氣孔等質量問題。因此，鑄件的力學性能相對較差，尤其沖擊韌度遠遠低于鍛造的鍛件。其二是鑄件的質量穩定性不足，這一點只要鑄造的工藝有關。

2 礦山機械設備鑄件鑄造工藝

（1）案例分析。某礦山機械設備的上機架，上部鑄件為低碳鋼，毛重52.4t，最大的輪廓尺寸為5320mm×1800mm，鑄造完成之后，對鑄件的質量進行磁粉檢測，而對粗加工面、繞道、冒口等部位則進行超聲波無損檢測，檢測結果表明，該鑄件質量和性能優越性，滿足礦山機械設備持續穩定運行的需求。

（2）鑄造工藝分析。該礦山機械設備的上機架鑄件結構特征表現為由上下兩層法蘭和內腔的凸臺組成，此鑄件結構特殊，在鑄造時，通常做法為以上法蘭面作為分型面，分為兩個箱體進行鑄造，而下法蘭則進行活料鑄造，將內腔凸臺做為一圈活料，具體鑄造工藝示意圖如圖1所示：

圖1 礦山機械設備上機架鑄造工藝示意圖

從圖1中可以看出，設備上機架鑄件為三箱造型，通過專業模具，將其范圍上下兩部分，可獨立形成一個整體，吊耳通過砂芯帶出。和常規鑄件鑄造工藝相比，此種鑄造工藝的優點：在鑄造中模具法蘭可單獨作為一個整體，在整個設計和鑄造過程中，完全無需活料，上下兩個法蘭，分別附著在上下兩半模型之上，在二者的分型面上，主要配合定位的方法連接，以保證鑄件各尺寸的精度和可靠性，同時也可以保證鑄件輪廓的同軸度，提升鑄造質量和效果[1]。

在開始鑄造時，先在鑄造平臺上，鑄造下箱體，然后進行翻箱處理，取掉胎板之后，再進行中箱和座胎鑄造，最后進行上箱體鑄造，大大提升了鑄造的便捷性，降低了鑄造難度。整個鑄造過程中只需翻一次箱體，就能完成全部鑄造。鑄件+模具+其他設備的總重量超過70t，通過現有設備就能完成翻箱操作，無需吊車吊裝翻箱，也就沒有吊胎，大大節約了方鋼消耗量，鑄造時間也大大縮短，既能提升生產效率，也可以有效控制成本。

開箱起模是礦山機械設備鑄件的重中之重，對鑄件的質量有較大影響。工程開箱起膜采用了如下方法：當上半模型的上箱開走之后，可直接從上面起出來。在下半模型開箱起模時，主要是利用模型自重和坐胎之間的摩擦力來完成起模板，當中箱體提走之后，可先留下下箱。主要原因是當中箱提走之后，下部的模型可輕松起掉，然后就可以進行合箱操作[2]。采用此種鑄造工藝，雖然操作過程相對比較簡單，但如果模具處理不當，可能會影響鑄件的精度，進而影響礦山機械設備的性能和質量。為解決這一問題，可通過充分利用鑄件自身的結構特點，合理控制分段貼加給工量，避免鑄件內腔的凸臺發生尖角問題。此外為保證鑄件的精度，可在內腔凸臺之間的毛胚面的貼量控制在5mm以下，避免鑄造完成之后發生缺料問題。

3 礦山機械設備鑄件鑄造工藝的關鍵

低碳鋼是礦山機械設備常用的鑄件材料，礦山機械設備需要長時間在惡劣的環境中運行，工作強度比較高，對機械設備零部件的強度、耐磨性等兼有較大要求。因此，如何行之有效的提升礦山機械設備鑄件的耐磨性是礦山機械設備鑄件工藝的關鍵，主要體現提升鑄件致密度、熱處理工藝及鑄造工藝的優化三個方面。

3.1 合理改善鑄件的致密度

大量實例表明，在礦山機械設備鑄件鑄造中，科學合理的改善鑄件致密度會，可大幅度提升低碳鋼鑄件的耐磨性，鑄造工藝的體現在以下幾個方面：第一，針對厚度大于40mm的礦山機械設備鑄件，在鑄造中必須嚴格按照相關規范和標準進行制作，可通過冒口易割片來達到補縮對目的和效果，在輔以外冷鐵，就可以大幅度提升鑄件致密度。而對于厚度小于40mm的礦山機械設備鑄件而言，在鑄造過程中，需要采取凝固技術，并輔以外冷鐵，同時加大發熱保溫冒口的應用力度，采用此種方法，可大幅度提升礦山機械設備鑄件的出品率，提升低碳鋼鑄件的耐磨性[3]。第二，對需要成批鑄造并且形狀比較簡單的礦山機械設備鑄件，在鑄造時，要盡量使用金屬性掛砂鑄造工藝，通過應用此工藝，只需要較短的時間，就可以完成大批量耐磨性低碳鋼鑄件的鑄造。第三，在礦山機械設備鑄件鑄造過程中，必須嚴格按照相關規范和標準進行鑄造，并嚴格遵循“三低”鑄造原則，包括：低溫配模、低溫鑄造、低溫出鋼，以保證鑄造出來的礦山機械設備鑄件具有足夠的耐磨性，滿意滿足礦山機械設備長時間使用的要求。

3.2 合理應用熱處理技術

低碳鋼是礦山機械設備鑄件鑄造的原材料，因為，低碳鋼自身就具有良好的耐磨性，礦山機械設備在運行環境惡劣，對鑄件的耐磨性要求高，低碳鋼可有效滿足這一要求。為更好的提升礦山機械設備使用性能，需要對鑄件的鑄造工藝進一步研究，熱處理是提升礦山機械設備鑄件剛度、耐磨性的重中之重，低碳鋼鑄件的導熱性普遍較差，其導熱性不足常規碳鋼的三分之一[4]。因此，對熱處理工藝有更高的要求。在熱處理中，任何一個環節控制不當，都導致鑄件發生變形或者開裂，從而影響礦山機械設備鑄件的使用效果，降低礦山機械設備運行的穩定性和安全性。因此，在熱處理中，襯板要選擇豎裝方式，在熱處理之前，要先進行預熱處理，防治熱脹冷縮現象和作用，導致鑄件發生開裂問題。為充分發揮出熱處理技術的作用和價值，可從以下幾個方面同時入手：第一，如果低碳鋼鑄件的厚度較大，在熱處理時要緩慢逐步增加到650℃，且預處理時間不應小于3小時，以促使奧氏體得到有效分解。預熱處理過程中，會導致分解物存在少量的鐵元素和碳化物，在高溫的作用下，容易形成奧氏體晶粒細化問題，此現象是客觀存在的，很難從根本上得到有效規避，在礦山機械設備鑄件熱處理中，是允許少量晶粒存在的。第二，礦山機械設備鑄件經過預處理之后，持續升溫到1100℃，持續6小時，但在此過程中必須嚴格控制問題，如果溫度過高，會導致礦山機械設備鑄件發生脫碳反應，對鑄件的壁厚有較大影響。第三，加熱處理完成之后，要快速水冷處理，水的溫度要控制在100℃左右，鑄件入水之后，要至少進行3次擺動，邊擺動邊注入新的循環冷卻水，避免水溫過高影響熱處理效果。第四，水冷需要保持8小時450℃，此后就可以得到礦山機械設備奧氏體鑄件，鑄件的強度和屈服強度會得到大幅度提升，從而增加礦山機械設備鑄件的耐磨性。在水冷處理中必須嚴格控制水體問題，嚴禁超過450℃，否則碳化物會變的粗大，并形成針孔狀，會降低低碳鋼鑄件的韌性和耐磨性，需要高度重視。

4 結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了礦山機械設備鑄件鑄造工藝的關鍵，分析結果表明，和其他機械設備相比，礦山機械設備具有體型大、工作環境惡劣、運行時間長等特性。因此，對鑄件的耐磨性和質量有較高的要求。鑄件鑄造工藝雖然比較簡單，但需要嚴格按照工藝標準和規范進行鑄造，并嚴格把控鑄件鑄造的關鍵工藝，才能最大限度上提升礦山機械設備鑄件的耐磨性，滿足礦山機械設備使用的要求。礦山機械設備鑄件鑄造工藝的關鍵主要體現在兩個方面，其一是合理改善鑄件的致密度，其二是合理應用熱處理技術，鑄件鑄造過程中，嚴格把控這兩個關鍵點，可大幅度提升礦山機械設備鑄件的耐久性，提升運行效率，降低鑄件更換的頻次，以獲得更大的經濟效益。