大型高鉻鑄鐵護(hù)套鑄造工藝

馮曉冉，張建寶

（石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050035）

隨著疏浚行業(yè)的快速發(fā)展，挖泥泵零部件越來越大型化，近期我公司就接到了某航道局的大護(hù)套生產(chǎn)任務(wù)。此護(hù)套零件重量經(jīng)計(jì)算約為19 t.零件最大方向尺寸：4501mm×3900mm×1090mm，其為公司歷史上生產(chǎn)的最大高鉻鑄鐵護(hù)套。客戶要求護(hù)套表面無明顯氣縮孔，內(nèi)部組織致密并且硬化后硬度須大于58HRC，因此鑄造難度較大。

1 零件的化學(xué)成分

化學(xué)成分設(shè)計(jì)的主要思路是：①加大含碳量以獲得足夠數(shù)量的高硬度共晶碳化物。但含碳量過高，碳化物成網(wǎng)狀，脆性加大；②含鉻量適當(dāng)，以保證基體組織淬火后主要為馬氏體，從而保證達(dá)到足夠硬度。結(jié)合我公司的Cr26材質(zhì)實(shí)驗(yàn)，將成分定為

表1 護(hù)套化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2 鑄造工藝設(shè)計(jì)

2.1 造型方法

采用堿酚醛樹脂砂造型。鑄件尺寸超過4500mm，考慮到工裝和現(xiàn)場條件的限制，決定采用外壁和內(nèi)腔全部組芯的工藝方案。

2.2 加工量

此護(hù)套最大方向長度超過4000mm，考慮到高鉻鑄鐵線收縮難以精確計(jì)算且為組芯生產(chǎn)的現(xiàn)狀，參考鑄件尺寸公差和機(jī)械加工余量（GB/T6414-1999），上端面加工量均留25mm，下端面加工量均留20mm。

2.3 分型面

根據(jù)護(hù)套形狀，采取從中間分型分模的方法。

2.4 澆冒口設(shè)計(jì)

根據(jù)高鉻抗磨白口鑄鐵的凝固特點(diǎn)采用順序凝固原則，在護(hù)套的最高部位設(shè)置頂冒口，不易放頂冒口的部位設(shè)置側(cè)冒口。鑄件壁厚120mm，按照比例法確定為冒口頸140mm，冒口共11個，冒口直徑350mm，高度為800mm。

零件重量19 t，加上澆冒口澆注重量約為28 t，故采用漏包澆注，開雙澆口。根據(jù)澆注重量，包孔直徑確定為 70mm，選擇 F包孔∶F直∶F橫∶F內(nèi)＝1∶1.5～2∶1～1.5∶2～4的封閉式開放式結(jié)合的澆注系統(tǒng)。根據(jù)陶瓷澆道磚的規(guī)格，確定直澆道90mm，橫澆道70mm，內(nèi)澆道50mm。最終確定F阻＝F包孔＝F橫＝3846 mm2，F(xiàn)直＝6359 mm2，F(xiàn)內(nèi)＝11775mm2。F包孔：F直∶F橫∶F內(nèi)＝1∶1.65∶1∶3。

2.5 澆注溫度和速度

根據(jù)該種合金的特性，結(jié)合鑄件結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場澆注條件確定澆注溫度為1360℃～1410℃；澆注速度為用4min～5min澆注完畢。

2.6 抬箱力的計(jì)算

因?yàn)榇舜紊a(chǎn)為組芯無箱造型，因此為避免跑火發(fā)生，抬型力的計(jì)算是個重點(diǎn)。根據(jù)公式F抬=k（F型+F芯）其中 k 取 1.2，ρ=7500kg/m3，ρ芯=1500kg/m3，S型≈3m2，h=1.0m，g=10m/s2，V芯≈6 m3，

則 F抬=1.2×（225+360）kN=702 kN

由此得出壓鐵須不少于70t

2.7 其他工藝參數(shù)及操作要點(diǎn)

堿酚醛樹脂砂造型，模型拔模斜度1.5°，鑄造收縮率按2%，澆注溫度1380℃～1400℃，采用玻璃鋼模型。

操作要點(diǎn)制芯時芯鐵要放草繩團(tuán)，保證芯子的退讓性，芯子中間開排氣孔。采用組芯造型，上下型各分為4塊，共8塊.放置芯鐵，依照每半形狀制做梯形芯鐵，中間放置橫向芯鐵加固，為保證強(qiáng)度，芯鐵采取焊接型材的方式。在隔舌位置放置冷鐵及鉻礦砂，芯頭部位開出溢流槽4道，寬40mm，高20mm。制芯時芯盒內(nèi)放置芯鐵，合箱過程中，不下芯子先合上箱，將上箱扣好后打好記號測量尺寸，最后下芯子以便最后合箱的準(zhǔn)確性。完成合箱后，沿分型面圍草繩多股，并在每個面外側(cè)采用多股草繩從下向上引出，外側(cè)用砂子填滿圍好。

2.8 鑄造CAE驗(yàn)證

從圖1中可見縮孔可能存在部位主要分布在澆道和冒口的中心部位，逐漸中不存在明顯的縮孔或縮松，從計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的結(jié)果看，可以認(rèn)為設(shè)計(jì)的鑄造工藝方案是可行的（表2）。

2.9 打箱及熱處理

鑄件打箱過早容易產(chǎn)生裂紋和影響鑄件硬度，因此必須在溫度200℃以下方可打箱，壓箱時間約20d，另外打箱過程中不允許磕碰鑄件。

熱處理工藝為淬火+回火

3 生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證

按照既定的工藝實(shí)施生產(chǎn)兩件，鑄件打箱清理后發(fā)現(xiàn)外表良好冒口無明顯縮孔縮松，經(jīng)磁粉探傷，表明鑄件內(nèi)部組織致密，無缺陷。尺寸測量也合格，熱處理后打硬度HRC58～60，客戶檢驗(yàn)后對鑄件質(zhì)量比較滿意。

表2 鑄造CAE計(jì)算參數(shù)列表

圖1 鑄造CAE模擬

4 結(jié)束語

通過對護(hù)套成分工藝分析，針對高鉻鑄鐵的鑄造性能特點(diǎn)，制定合理的確定工藝參數(shù)，成功生產(chǎn)了公司歷史上最大的挖泥泵護(hù)套，積累了生產(chǎn)組織、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)工藝等方面積累了諸多數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為公司贏得更多的挖泥泵市場提供了有力的技術(shù)保障。

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