立磨輪轂的鑄造工藝設計與生產

摘 要：對輪轂鑄鋼件的結構及鑄造工藝性進行綜合分析，針對其壁厚不均勻，易產生縮孔縮松、其砂芯阻礙收縮產生鑄造應力易產生裂紋的現象，通過采用加粗加高冒口及加高效覆蓋劑、人為增設補縮通道、內澆道切線進入型腔等工藝措施，有效地防止了裂紋和縮孔縮松的產生，所生產的鑄件MT、UT探傷合格。

關鍵詞：輪轂；縮孔縮松；裂紋；補貼；凝固模擬

1 鑄件簡介

輪轂外形及結構如圖1所示，鑄件凈重3.9噸，最大外形尺寸為Φ1460mm×814mm，材質為ZG 270-500。尺寸公差滿足GB/T1804-m級要求，UT、MT滿足JB/T5000.14-1998的II級要求。

2 鑄造工藝

2.1 鑄造工藝性分析

如圖2所示，該鑄件兩端厚大，中間窄薄，類似于一個“啞鈴”，兩個熱節區由很窄的補縮通道相連，這樣就很容易造成下部補縮不足而出現縮孔縮松，最終導致探傷不合格。因此，如何消除鑄件的補縮不足是工藝設計的關鍵。

2.2 冒口的設計

為保證熱節處組織致密，符合探傷要求，首先冒口必須有足夠大的補縮能力，其次確保有暢通的補縮通道。選擇補縮能力較好的圓形明冒口，根據砂型模數法，M冒≧1.2M件，計算出冒口尺寸為Φ500mm×750mm，周向3個均布，滿足最大補縮距離，可實現冒口內鋼液對鑄件最后凝固部位的補縮。

2.3 冷鐵的設置

為最大限度減少熱節，在熱節二區周圍放置明冷鐵：1#（長）100×（寬）150×（厚）100，間距100，共22塊；2#（長）100×（寬）250×（厚）100，間距100，共10塊。如圖2所示。

2.4 補貼

由于該鑄件結構特殊，熱節二區與熱節一區僅由很窄的通道相連，而且中間圓筒處的凹槽更是給補縮通道形成“卡脖”，這樣一來，造成冒口對熱節二區部位的補縮在垂直方向的距離不夠，故在熱節二區與一區之間設置人為的補縮通道，形成由熱節二區、通道、熱節一區向冒口方向的順序凝固。通過熱節圓法計算，在冒口下面沿周向加冒口下隨形補貼，其尺寸為高200mm，厚134mm，R80圓角過渡，見圖4。

2.5 砂芯的設計

1#砂芯（輪轂中間砂芯）為對開兩層，以利于出芯及放置冷鐵。同時為防止1#軸孔芯在澆注過程中發生漂芯，采取大芯頭工藝（芯頭直徑大于軸孔直徑，見圖3）。為增強砂芯在吊運過程中的整體強度，在芯子中部加放直徑Φ120，厚8mm鋼管制作的芯骨，在芯骨鋼管上開排氣孔，并在芯骨上纏通心繩沿芯頭底部引出箱外，在底部將預留焊點與地面整體焊牢，砂芯中心放置干砂草繩，加強砂芯退讓性，防止鑄件受阻收縮產生裂紋的傾向。

2#、3#砂芯采取外圍組芯形式，即把尺寸大且強度差的環形砂芯等分為六分之一的小塊砂芯，這樣還可節省制作芯盒的木料，降低生產成本。

3 計算機凝固模擬

計算機凝固模擬重點要解決輪轂鑄鋼件兩個熱節區易產生縮孔與縮松缺陷的問題。采用PRO-CAST對輪轂凝固過程中的溫度場及縮松、縮孔進行模擬分析；對冒口大小與位置，冷鐵設置的合理性進行驗證。模擬結果顯示：按上述的鑄造工藝，能保證鑄件順序凝固，不會產生縮孔、縮松，結果參見圖5、圖6。

4 生產實踐控制

4.1 工藝參數

造型采用堿酚醛樹脂砂，此種方法生產周期短，效率高，鑄件容易獲得比較好的表面光潔度和尺寸精度，型砂配比為：（30%新砂+70%再生砂）、樹脂占總量的1.6%，固化劑占樹脂總量的30%-50%。混砂設備使用懸臂式混砂機。鑄造收縮率為2.2%，砂芯間隙2mm，局部加5mm補正量。

4.2 造型

為防止鑄件粘砂，在局部厚大部位覆15-20mm厚鉻鐵礦砂，之后再在砂芯型腔表面均勻噴涂3遍醇基鋯英粉涂料，前后三次，分層點燃干燥固化。

在砂芯外圍臥放耐火磚管澆注系統，內澆道選擇底返切線形式進入型腔，達到排氣集渣的最好效果。刮平地勢，先放置1#芯，沿底部排氣孔將排氣繩引出地坑之外，芯縫填塞石棉繩，用涂料膏圓滑型腔所有不平表面，刷涂料。依次下2#、3#芯，檢查鑄件型腔尺寸，特殊部位使用下芯檢查樣板。待砂芯外圍填充砂固化后，檢查型腔內是否有落砂、浮砂。最后蓋好蓋芯，嚴防芯子錯位，確保砂芯定位準確、各澆道位置對正，保證各冒口對正相應補貼，壓好壓鐵以防止抬箱跑火。

4.3 澆注及清整

鋼水使用電弧爐熔煉，鋼液脫氣要徹底，從熔煉環節防氣孔的產生，澆注時待明冒口中鋼液在三分之一高度后及時加高效覆蓋劑，直置澆滿為止，由專人維護冒口3小時不見紅。鑄件澆注后在地坑中保溫時間達到規定時間后才能落砂出坑。

5 結束語

按上述工藝生產的輪轂鑄件，經機加工后進行超聲波探傷、磁粉探傷檢查，鑄件內部滿足探傷要求，得到客戶的好評。