60/70MN快鍛立柱鑄鋼工藝

樊曉飛

摘 要：2012年中國第一重型機械股份公司鑄鋼分廠成功澆注了液重為219T的立柱。立柱是60/70MN快鍛機的兩個支撐臂，活動橫梁需要在其中間上下滑動，是快鍛的關鍵部件。結合鑄件的結構特點和探傷要求，分析了其鑄造難點并進行了鑄造工藝設計。在鑄造工藝設計時利用模擬軟件進行數值模擬，保證立柱補縮通暢，組織致密，不變形。

關鍵詞：立柱；補縮；工藝設計；性能；變形

1 鑄件概況

1.1 鑄件結構

立柱的基本參數如下：60/70MN快鍛立柱材質：GS-20Mn5，化學成分C（%）：0.18-0.23，Si（%）：0.30-0.50，Mn（%）：1.0-1.50，P（%）、S（%）：≤0.010。性能指標：屈服強度≥280N/mm2，抗拉強度≥500N/mm2，斷裂伸長率≥500N/mm2，V型沖擊功≥40J，立柱性能必須滿足設計要求。

1.2 探傷要求

UT探傷要求起始靈敏度為Ф3，表面進行磁粉探傷。UT探傷的位置是立柱的兩個端面及滑板表面，但在實際探傷過程中，鑄件所有的表面（包括內表面）都進行了超聲探傷。

2 鑄造難點

立柱外觀結構雖然簡單，但是尺寸非常大，長度9980mm，編制工藝時縮尺及加工量都很難確定，以往也沒有生產這樣的鑄件經驗；鑄件中間的砂芯長度幾乎和鑄件長度一樣，芯盒的制作難度非常大，芯盒強度很難保證；制作砂芯時受生產條件所限，混砂機無法一次提供全部所需砂子，需要混制兩次，這樣勢必造成砂子分層，增加鉆鋼及芯子損壞的風險，砂芯強度也無法保證。

3 鑄造工藝設計

為保證鑄件表面質量，防止出現粘砂等鑄造缺陷，立柱造型材料采用先進的呋喃樹脂砂。為保證鑄件的完整性，設計了從鑄件的四個面進行澆注。為保證中間型腔尺寸準確及芯子下沉，工藝采用整體芯子，下部用硬頂子支撐，上部用鋼軌頂到壓鐵上。為保證鑄件的內部質量，建立三維模型（見圖1），包括鑄件、冷鐵、冒口，采用數值模擬技術對鑄件進行了模擬（見圖2）。

圖1 立柱鑄造三維模型

圖2 立柱鑄造數值模擬（縮孔）

3.1 澆注系統

澆注系統共分兩層，每一層都設置在長度方向的兩側，內水口均為Ф80mm，每層各20道。直澆道、橫澆道為Ф140mm的陶瓷管。澆注系統的截面比：Σ直：Σ橫：Σ內=1：1：2.1。澆注時采用四個Ф90包孔進行全流澆注，不點澆也不補澆，澆注過程一次完成，澆注時間：312s。

3.2 冒口放置

如圖2所示：鑄件共計12個冒口，同時在每個冒口下方放置補貼以對立柱下部補縮。冒口延續度達到了59%，充分滿足鑄件的補縮和排氣要求。

3.3 造型生產

由于產品的尺寸太大，沒有合適的砂箱，所以采用地坑組芯造型。整個鑄型由21塊芯子組成，完成內形和外形的構造（內水口是預埋在芯子里的），其中中間砂芯采用整體芯盒撞制，制作砂芯時控制好樹脂與酸的配比，使其反應時間延長，保證兩次混好的樹脂砂不分層。橫水口和直水口是后臥放的。每層芯子之間排氣是通暢的，造芯過程中將氣道做好，保證排氣通暢，確保澆注的順利進行，有效防止安全事故的發生。澆注結束后為防止鑄件變形，開裂，毛坯在坑中保溫15天后打箱。

3.4 澆注工藝

澆注溫度為：1561℃，共兩個澆包，由于兩包先后過跨，所以控制兩包鋼水溫差在10℃范圍內。

3.5 性能檢測（見表1）

表1 性能檢測結果

從上表中可以看出，各項性能指標均符合設計要求。

3.6 探傷結果

如圖1所示：設計要求立柱的兩個端面UT探傷，探傷采用直探頭，起始靈敏度為Ф3。立柱壁厚為200mm-300mm，探傷結果沒有超標缺陷。隨后中國一重對生產的兩個立柱進行了100%UT探傷，探傷結果非常理想，均無任何超標缺陷。探傷結果也再次證明了數值模擬結果的準確性以及工藝設計的合理性。

4 結束語

4.1 一對立柱均已經生產完畢，打箱后外形完整，沒有粘砂，冒口割除之后無縮孔縮松。

4.2 經過精整后，毛坯的尺寸經測量為10070mm，和工藝所給的加工量完全符合，這說明鑄造時給的縮尺是準確無誤的。內部UT探傷零缺陷，一次合格。

4.3 鋼水要嚴格控制其溫度，含氧量，含氫量，有條件時可以采用VD精煉來保證鋼水的純凈度。

4.4 對于大型的厚壁鑄件，工藝設計時要充分考慮到壁厚，使壁厚的部位位于鑄件上部；合理安排好冒口的數量、位置及尺寸；水口要保證充分開放；排氣及疏松層要合理布置，使砂芯不但有足夠的強度，而且還要有相應的退讓性；利用數值模擬技術進行模擬，保證產品質量的同時能夠極大的節約鋼水，提高收得率。

參考文獻

[1]中國第一重型機械股份公司技術中心發布.鑄鋼件工藝設計規范[S].

[2]鑄造工藝學[M].北京：機械工業出版社.

[3]鑄造合金及其熔煉[M].北京：機械工業出版社.