大型機床墊板類鑄件工藝改進的研究

王亮 王學政 宋曉瑞

摘要：墊板是大型機床的重要部件的組成部分，多年來因其鑄造成品率較低，不能滿足生產的需求。通過優化墊板的鑄造工藝，改進澆注系統，合理的設置補縮冒口，對容易出現缺陷的部位進行有效的補縮，提高了鑄件成品的合格率，降低了生產成本。

Abstract： The backing plate is an integral part of the important parts of large machine tools. For many years， due to its low casting yield， it can not meet the production needs. By optimizing the casting process of the pad， the casting system is improved， the feeding riser is reasonably set， and the parts prone to defects are effectively supplemented， the qualified rate of the finished product is improved， and the production cost is lowered.

關鍵詞：墊板;冒口;鑄造工藝

Key words： pad;riser;casting process

中圖分類號：TG241 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0119-02

0 ?引言

機床在國民經濟現代化的建設中起著重大作用。機床是指制造機器的機器，習慣上簡稱機床。一般分為金屬切削機床、鍛壓機床和木工機床等。現代機械制造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡金屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工。而墊板常作為數控機床的工作臺，所以機床墊板的好壞直接會影響到大型機床加工的精度，特別是大型機床的墊板，因為其體積大，鉆孔后的墊板孔內常發現有不同程度的縮孔缺陷，影響機床整體精度和穩定性，滿足不了其工作的需求。另外，大型機床的墊板其重量一般為一件在20～50噸不等，如果因為質量不合格成為廢品，不僅造成很大的經濟損失，而且還嚴重影響車間的生產進度。因此，對大型機床的墊板進行鑄造工藝優化改進，從根本上解決鑄造質量不穩定的問題意義重大。

1 ?原始鑄造工藝

大型壓力機墊板材質一般為高強度鑄鐵HT200-300，以其中2500×4600×340墊板為例。

原始的鑄造工藝如圖1，鑄件上下分型，重要的加工表面位于下箱的底面，采用樹脂砂造型，單邊進行澆注。澆注溫度1470～1480℃，鐵水的碳當量控制在3.60～3.70%。

對鑄件進行鉆孔處理后發現，墊板孔內發現有不同程度的縮孔缺陷，見圖2。

鑄件粗加工鉆孔后，在孔內壁發現有不同面積的孔洞缺陷。孔洞一般出現在鑄件上表面70mm以下，分布在鑄件中心區域，孔壁枝晶狀。通過分析可以確定鑄件缺陷類別為厚大球鐵件內部的縮孔缺陷。

2 ?工藝改進

針對墊板缺陷的類別，在鑄件的澆注系統、冒口、鐵水的成分控制、澆注溫度、鑄件激冷等方面采取對應措施，包括增大冒口、改單邊澆為雙邊澆、提高碳當量、降低澆注溫度、跟包沖點、改變石墨塊放置方式等[1-4]。通過采取以上措施，減小和消除墊板類鑄件的內部縮孔缺陷。改進后的鑄造工藝如圖3所示，具體的工藝措施如下：

2.1 提高墊板等厚大球鐵件碳當量

將墊板鐵水的碳當量由共晶成份4.30%提高到過共晶成份4.55%，減小鐵水的縮孔傾向。共晶成分附近的鐵水其結晶溫度范圍窄，屬于逐層凝固方式，容易產生集中性縮孔，一般通過設計冒口就可以讓缺陷到冒口上;其次，熔點低，很容易就熔化，相同溫度下，過熱度高，流動性好;另外，減少了Fe3C相，減少其對集體的割裂作用。

2.2 調整、控制鐵水的澆注溫度

在目前工藝狀態下，墊板等鑄件的出爐溫度由原來的1470～1480℃降低到1450～1460℃，球化劑生鐵的壓蓋量由原來的2.0%增加到2.0～2.5%。通過控制出爐溫度、球化劑壓蓋工藝等，使澆注溫度控制在1320～1340℃之間，既滿足鑄件的澆注溫度要求又減小由于澆注溫度高引起的縮孔傾向。

2.3 改進澆注系統

將原來的單邊澆注改為雙邊澆注。雙邊澆注可以減小鐵水流動阻力，縮短了鐵水充填鑄型型腔的時間，有利于大型鑄件的充填，同時提高了鑄件的沖點補縮的效果。

2.4 改善澆注工藝

改進墊板的沖點工藝，將其由原包沖點改為另出鐵水沖點，由于另出鐵水溫度高，鐵水長時間保持高溫狀態，延長了沖點時間。沖點時間由原來的20分鐘延長至30～40分鐘。利用冒口的補縮原理，冒口的凝固時間應大于等于鑄件（被補縮部分）的凝固時間;冒口中要有足夠的金屬液補充鑄件的液態收縮和凝固收縮;在鑄件凝固期間，冒口和被補縮部位之間應存在暢通的補縮通道。對于大型的鑄件，如壓力機的墊板等鑄件，冒口同時還起到了排渣的作用，實現鑄件的順序凝固。因此，在原有冒口的基礎上進行充點，更加有力于大型鑄件的補縮[5-8]，從而減少了鑄件縮孔的傾向。

2.5 效果驗證

工藝改進后，針對幾種型號的壓力機墊板進行了試澆，在近一年的生產中墊板的成品合格率得到了大幅度提升，廢品率為零。可見工藝改進后，對大型鑄件的質量效果是十分明顯，同時也證明了合理的成分設計、澆注系統和澆注工藝等對鑄件成品率有著十分重要的影響。圖4是工藝改進后墊板的鉆孔圖，圖5為工藝改進后的墊板實物圖。

3 ?結論

在大型鑄件的鑄造生產中，采取合理的鑄造工藝，提高鐵水的碳當量，改善澆注系統，控制鐵水的澆注溫度，合理的設置補縮冒口等，對容易出現缺陷的部位進行有效的補縮，改善和控制鐵水的凝固條件，可以獲得優質致密的鑄件，提高了鑄件成品的合格率，節約了材料，降低了生產成本。

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課題項目：泰安市科技發展計劃（引導計劃）項目（項目號2018GX0052）。

作者簡介：王亮（1973-），男，山東淄博人，碩士，工程師，研究方向為鑄造工藝;宋曉瑞（通訊作者）（1982-），男，山東濱州人，博士，實驗師，研究方向為鑄造工藝。