床身類鑄件鑄造工藝改進(jìn)

張亮，尚永兵

河北宣工機(jī)械發(fā)展有限責(zé)任公司 河北張家口 075000

1 序言

0D320400012底座是寧夏小巨人機(jī)床有限公司430立式銑床的重要零件，材質(zhì)HT300，重量1200kg，表面質(zhì)量和鑄件尺寸要求嚴(yán)格，機(jī)加工時(shí)要求兩個(gè)軌道面不能有任何鑄造缺陷。我公司采用呋喃樹脂砂造型工藝生產(chǎn)此鑄件，在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)該鑄件廢品率高，為此我們通過工藝改進(jìn)降低了廢品率，為客戶提供滿意的鑄件。

2 生產(chǎn)工藝

鑄件形狀復(fù)雜，外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為1612mm×1165mm×425mm，對(duì)造型過程提出較高的要求。鑄件外觀如圖1所示。

圖1 底座鑄件外觀

該鑄件采用木模樣，呋喃樹脂砂造型，中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液。

3 生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查

對(duì)2020年該產(chǎn)品所發(fā)生的廢品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共生產(chǎn)130件，廢品14件，廢品率高達(dá)10.7%。主要廢品統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可以看出，變形缺陷占廢品的50%，因此變形缺陷是該鑄件最主要的質(zhì)量問題。

表1 廢品統(tǒng)計(jì)

4 變形缺陷原因分析

（1）影響因素分析 影響變形缺陷的因素如圖2所示。

圖2 影響變形缺陷的因素

（2）要因確認(rèn) 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行跟蹤觀察，對(duì)以上影響因素進(jìn)行要因確認(rèn)。

1）由于該鑄件屬于大型件，每天只生產(chǎn)1～2件，每型的起模時(shí)間均在60min左右，并且對(duì)起模后的鑄型強(qiáng)度和硬度進(jìn)行檢測(cè)，均符合要求，為此排除因起模較早而產(chǎn)生變形的原因。

2）在模樣組對(duì)模型底板進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)支撐不同點(diǎn)檢測(cè)，底板4個(gè)角總有1個(gè)低于其他3個(gè)。由于模型底板剛度差，導(dǎo)致模樣變形是造成變形的一個(gè)原因。

3）當(dāng)型砂強(qiáng)度低時(shí)，鐵液的靜壓力會(huì)造成型壁外移，影響鑄件的尺寸精度。經(jīng)查閱每天的型砂檢驗(yàn)記錄，并且對(duì)鑄型取樣做抗拉強(qiáng)度測(cè)試，在0.6MPa以上，滿足強(qiáng)度要求。因此，排除砂型強(qiáng)度不足生產(chǎn)的變形原因。

4）底座鑄件材質(zhì)要求為HT300，硬度179～240HBW。經(jīng)對(duì)缺陷鑄件硬度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)硬度普遍在160～180HBW，低于要求值。對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，wC＝3.34%，wSi＝1.88%，wMn＝0.68%，wP＝0.058%，wS＝0.060%。而我廠對(duì)HT300牌號(hào)材質(zhì)的成分要求為wC＝3.10%～3.25%，wSi＝1.8%～2.1%，wMn＝0.8%～1.0%，wP≤0.1%，wS＝0.05%～0.08%，化學(xué)成分不合格。對(duì)于灰鑄鐵，當(dāng)強(qiáng)度較低時(shí)，鑄件的內(nèi)應(yīng)力變小，不易造成鑄件變形，但若鑄件的硬度、強(qiáng)度過低，易導(dǎo)致鑄件在起吊、噴砂、打磨、搬運(yùn)等過程中產(chǎn)生變形，因此鑄件材質(zhì)牌號(hào)低也是造成變形的一個(gè)原因。

5）該鑄件形狀復(fù)雜，壁厚差較大，在冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，需緩慢冷卻。經(jīng)實(shí)際跟蹤確認(rèn)，鑄件開箱時(shí)間均在8～12h，符合緩慢冷卻工藝要求。因此，排除鑄件開箱時(shí)間早是造成變形的原因。

6）該鑄件采用從軌道兩段底注式的澆注系統(tǒng)，由于鑄件長(zhǎng)度尺寸過大，內(nèi)澆口分布不均勻，在冷卻過程中內(nèi)澆口處冷卻速度慢，造成應(yīng)力集中，因此澆注系統(tǒng)不合理是造成變形的另一個(gè)原因。鑄件澆注系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 鑄件澆注系統(tǒng)

7）經(jīng)對(duì)造型現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查，造型場(chǎng)地為250mm厚的混凝土地面，平整度良好。因此，造型現(xiàn)場(chǎng)不平整度不是造成變形的原因。

通過以上原因分析，可以得出造成變形的主要因素有三點(diǎn)：①模型底板剛度差。②鑄件材質(zhì)牌號(hào)低。③澆注系統(tǒng)不合理。

5 改進(jìn)措施

1）針對(duì)底板剛度不足問題，在模型底部增設(shè)加強(qiáng)筋，使地面對(duì)模型有足夠的支撐點(diǎn)，確保在造型過程中底板變形量＜2.0mm。

2）針對(duì)鑄件材質(zhì)牌號(hào)低，在配料時(shí)加入0.5%的Cr[1]，并且嚴(yán)格控制其他化學(xué)成分在要求的范圍內(nèi)，以保證鑄件材質(zhì)，同時(shí)對(duì)改進(jìn)后的鑄件進(jìn)行硬度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的鑄件硬度普遍在190～220HBW，符合客戶要求。

3）改進(jìn)澆注系統(tǒng)，在兩軌道底端采用φ30mm陶瓷管作為澆口，并且在鑄件一側(cè)開設(shè)三道50/60mm×9mm內(nèi)澆口，以解決澆口分布不均勻的問題，改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)

6 改進(jìn)效果

自2021年1—6月我公司采用新工藝生產(chǎn)該鑄件共計(jì)135件，廢品4件，廢品率2.96%。主要廢品統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 改進(jìn)后鑄件廢品統(tǒng)計(jì)

通過工藝改進(jìn)前后廢品率對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，變形問題得到了徹底解決。

7 結(jié)束語

在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于床身類鑄件，由于其形狀復(fù)雜、壁厚不均勻，因此在制作鑄造模型時(shí)要考慮其自身的強(qiáng)度，確保在生產(chǎn)中不影響鑄件的質(zhì)量；在開設(shè)澆注系統(tǒng)時(shí)要考慮其冷卻過程產(chǎn)生的應(yīng)力，防止應(yīng)力集中；要嚴(yán)格控制灰鑄鐵件的化學(xué)成分，保證其達(dá)到要求的性能。