減速器箱體的鑄造工藝設計及生產

劉宏偉+蘇文生+白麗梅

摘 要：為了確定JF90-1球墨鑄鐵減速器箱體的最佳鑄造工藝，對其結構和鑄造工藝性進行了分析。通過優化工藝參數（包括澆注位置、分型面、砂芯數量、造型方法、模樣制作、澆注系統、冒口等），合理控制合金成分，最終成功生產了JF90-1箱體鑄件6件，為大批量生產減速器箱體做好了準備工作。

關鍵詞：減速器箱體；球墨鑄鐵；鑄造工藝設計；澆注系統；冒口；球化率

JF90-1箱體是南水北調工程中減速器箱體的重要部件，外形尺寸為∮1700mm×高740mm，材質QT450-10，此種減速器箱體輸出扭矩高達170噸，箱體的軸承端承載載荷較大，該鑄件內部質量要求非常嚴格、苛刻，不能有夾渣、疏松、裂紋等缺陷。同時，該批鑄件壁厚不均，大部分壁厚50mm，軸承端的壁厚高達130mm，而且在外圓上有兩處Φ250mm×350mm限位裝置，均要求滿足歐洲探傷標準。

1 鑄造工藝設計及方案選擇

1.1 鑄件的工藝性分析

從箱體的形狀結構看，在鑄件限位裝置兩處，分別存在厚大幾何熱節，易產生大的收縮，很容易出現變形、縮孔、縮松等鑄造缺陷。此兩處工藝措施：在鑄型和砂芯內分別設置冷鐵（厚度為100mm），增加散熱面積，減小熱節。

1.2 澆注位置和分型面

為了減少箱體鑄件大加工平面缺陷產生，將其放在底部。頂部采用冒口出氣及浮渣。分型面如圖1所示，為了保證起模方便，設置了兩處分型面，蓋底箱起模不便處，放置正起模斜度。

1.3 澆注系統設計

采用半開放半封閉式澆注系統，先開放后封閉，有利于擋渣。直澆道采用Φ80mm陶瓷管，橫澆口尺寸1/2（45+65）×65mm，內澆口尺寸（41+45）×14mm，直澆道總面積為5024mm2，橫澆道斷面總面積為7150mm2，內澆道斷面總面積為6020mm2，∑F直：∑F橫：∑F內=1：1.5：1.2，橫澆道、內澆道均涂刷石墨涂料，兩次涂刷兩次烘干。內澆口沿著外圓切向引入，分散開設，盡量避開鑄件厚大部位，盡量避免鐵液沖擊砂芯，從而使鐵液能夠順利地進入型腔并平穩地充滿型腔，同時也便于清理，直澆口底部設置耐火磚保護，有效防止沖砂現象的發生。

1.4 工藝參數設計

（1）鑄件收縮率：鑄件收縮過程受到阻礙不大，收縮率選取：長度方向1%，高度方向1%，寬度方向1%。（2）加工余量：底面取10mm，孔徑取12mm，頂面取12mm。（3）分型負數為1mm，芯頭配合間隙1mm。

1.5 冒口的設計及計算

根據均衡凝固理論，利用球墨鑄鐵石墨化膨脹，抵消一部分收縮，設置冒口補縮鑄件初期凝固產生的收縮，采取參數如下：

根據鑄件壁厚T=60mm，選取D=2T，H=1.5D，B=0.6D，h=0.3-0.35D

D=120；H=180；B=70；h=40。

1.6 砂芯的設置

采用呋喃樹脂自硬砂造型、制芯。根據鑄件結構特點，內腔結構不太復雜，為了減少砂芯，采用中間設置一整體砂芯，需要在下芯合型前放置在底模上部，使用下芯吊具整體下芯。這樣既保證了尺寸精度，又減少了因使用芯撐而帶來的滲漏。

2 鑄造生產控制

2.1 模樣制作

做1個實樣外模、1個實樣芯盒、1個卡板、外模上做出冒口定位。縮尺1.0%。

2.2 造型生產控制

造型：采用天然硅砂，粒度30/50目，含泥量小于0.45%，水分小于0.5%，SiO2含量大于97%。混砂設備采用25t/h移動式混砂機。

箱體鑄件的合箱過程，是控制鑄件尺寸的關鍵過程，下芯后，采取演箱的方式，調整局部測量不到的壁厚；可以測量的部位，用專用卡板測量尺寸，采取這兩種方式檢驗砂芯的定位，控制鑄件尺寸精度。為了防止鑄件表面產生粘砂，在砂型表面和芯子表面涂刷耐火度高的石墨涂料兩層，分層點燃干燥固化，以增加型砂表面強度，避免表面落砂，提高鑄件質量，并吹干凈澆口管內的砂子。下芯后，用卡板檢查壁厚并測量尺寸，中間芯與上箱壓石棉繩。

2.3 化學成分控制

C含量（質量分數，下同）控制在3.2%-3.9%范圍內，Si含量控制在2.6%-2.8%范圍內。Mn降低塑性和韌性；同時錳易產生偏析，鑄態下在共晶團邊界極易形成碳化物，降低鑄件力學性能，所以錳含量控制在0.5%以下。為了防止磷共晶、MgS等雜質產生，磷含量必須小于0.06%，硫含量必須小于0.03%。要求熔煉設備為中頻感應電爐，鑄件毛坯包括澆冒口總重為4800kg，采用底注式搖包澆注鐵液，澆注溫度1345℃，澆注時間85s，注意點火排氣。

2.4 鑄件清理

清理工作前，先檢查鑄件表面有無嚴重缺陷。清理時，應注意不得損傷鑄件的邊緣、棱角。禁止重錘敲擊以免出現裂紋。鑄件翻轉時應注意人身安全，并應墊軟胎或木塊以防碰壞。對鑄件進行了拋丸處理，去除鑄件表面粘砂、氧化皮等附著物，顯露出金屬表面。

2.5 生產驗證

實際生產嚴格執行鑄造工藝，最終成功生產了6個JF90-1箱體，化學試驗報告、金相試驗報告、力學性能試驗報告、局部探傷報告均滿足客戶要求及相關標準。鑄件內部無縮孔、縮松、裂紋、氣孔等缺陷。通過以上工藝生產出的首件產品具體性能指標：

3 結束語

JF90-1箱體利用實樣造型方法，操作簡單，保證了鑄件無裂紋、變形、縮孔、縮松等鑄造缺陷。取得了客觀的技術效果和經濟效益。本產品無論是內在質量還是外在質量都得到了用戶的認可，為大批量生產減速器箱體做好了準備工作。

參考文獻

[1]張春明.球墨鑄鐵飛輪殼的無冒口鑄造工藝實踐[J].鑄造，2013，62（2）：170-172.

[2]中國機械工程學會鑄造專業學會.鑄造手冊（第5卷）[M].北京：機械工業出版社，1994.