卷揚筒鑄件工藝優化

蔣春霞

（廣東省韶鑄集團有限公司，廣東韶關 512031）

美國第一大卷揚機公司是我公司卷揚筒產品的出口地，是一家致力于改善提升牽引傳動技術及設計生產全系列絞車產品的專業公司。該公司在絞車設計生產方面達到世界領先水平。卷揚筒用于卡車，裝載車等卷揚裝置的裝配，產品組裝照片如圖1所示。鑄件的3D產品如圖2所示。

1 產品結構分析

（1）從產品的結構可以看出，鑄造過程容易產生變形，一般的鑄造工藝是鑄出光筒，通過復雜而昂貴的設備完成加工纜繩槽這個關鍵部位。我們的工藝是通過直接鑄出纜繩槽的方式進行生產。筒內部全部加工，中部位置需要插齒，要求無缺陷。

圖2 卷揚筒3D示意圖

（2）該產品由我公司與客戶一起進行開發，由客戶進行精加工，要求加工好的產品不允許出現裂紋和孔洞類缺陷。但由于產品的法蘭盤薄壁處直徑575mm，厚度只有12mm，筒身壁厚達到60mm，因此法蘭盤很容易產生變形，而且兩個法蘭盤的相對角度必須不能大于1.5°，這樣的尺寸需要反復試驗摸索變形量。

（3）產品的筒身全部加工，因此需要設計補縮的位置很多，但首樣UT檢查和試加工后發現內部有缺陷。

（4）該產品纜繩槽位置為關鍵部位，整個纜繩槽呈螺旋線外型，工作時要經過鋼絲繩纏繞，所以尺寸精度要求高，同時產品的表面要求光滑無凸起，無裂紋。試驗生產時鑄件的表面總是或多或少的存在局部粘砂，纜繩槽部位有時會出現縮凹現象。

（5）該產品安裝的配合面較多，產品裝夾和定位面要求穩定性好，因此對產品尺寸的一致性要求很高，也對鑄造工藝模具的設計及手工造型操作過程的質量控制帶來很大難度。

2 前期工藝存在的不足

我們對首批試驗的卷揚筒產品進行全面檢查分析，發現存在如下問題：

（1）兩個法蘭盤的尺寸總是存在變形，調整后仍然無法達到客戶圖紙要求的尺寸。

（2）纜繩槽位置砂芯組裝后存在錯移現象，導致纜繩槽對接處存在錯位。

（3）纜繩槽位置表面有局部粘砂問題，而且很難處理，如圖3所示。

（4）法蘭一側的冒口之間底部會有表面縮陷問題，如圖4所示。

3 原因分析

圖3 纜繩槽位置的局部粘砂

圖4 表面縮陷

（1）根據圖5所示，纜繩槽螺旋形筒身長度尺寸為：20個節距尺寸加上兩側螺距0.538×20+0.542+0.271=11.573inch，再減去側面1.5°斜度尺寸為：11.537-2×tg1.5°×（（22-11）/2-1）≈11.34 inch，從而得出圖示3位置11.34是經過計算后的理論值。如果每個纜繩槽節距的尺寸按照公差上限及下限，再疊加1.5°單邊的斜度，計算結果應為11.03～11.69inch之間，而非圖紙括號中標明的理論尺寸11.34。另一方面，產品的結構法蘭盤本來就容易產生變形導致此尺寸超大。

（2）由于鑄造工藝設計，采用兩半纜繩槽覆膜砂芯與外面寶珠砂芯分別組裝的方式，待組裝好后采用螺桿固定連接，翻轉90°下芯時，只依靠螺桿的緊固不足以保證整個砂芯不發生一些錯位，進而導致整個纜繩槽砂芯錯位，雖然中部砂芯采取粘結組裝的方式，也會發生走位和拉裂中間纜繩槽砂芯的現象。

圖5 卷揚筒設計圖紙

（3）中間纜繩槽砂芯為普通硅砂的覆膜砂芯，其本身的耐火度會偏低，而且容易在高溫中膨脹過大導致砂芯開裂，使產品表面產生缺陷。因此，需要提高砂芯表面的耐火度，防止粘砂的同時，也能防止砂芯膨脹產生披鋒。

（4）由于產品內腔形狀為兩頭薄，中間厚，將鑄件切開后著色探傷，會發現有點狀縮松，因為內腔中間位置需要插齒安裝齒輪，因此加工中是不允許有缺陷的。外面有時會出現縮陷現象，除了跟內腔補縮有卡脖子現象外[1]，覆膜砂芯及寶珠砂芯發氣量大，冒口采用暗冒口排氣不通暢，澆注工無法很直觀的控制澆注速度及冒口補澆的工作，也會導致產品冒口之間憋氣而產生表面縮陷。

4 工藝優化

（1）通過與客戶溝通，修改圖紙。增加大法蘭盤的8條均布拉筋，在鑄件高溫收縮的過程中能拉住兩側法蘭盤，使其尺寸符合新的圖紙要求。

（2）砂芯通過組裝的方式完成，主要依靠操作者自己精心測量及自己檢查，有時會因為操作者不同而導致產品質量不穩定，所以對現場操作者的責任心要求極高。為提升質量，簡化操作過程，我們對工藝及模具的設計進行修改[2]，同時結合現場操作，并保證質量穩定。因此改用預埋中間纜繩槽覆膜砂芯的方法進行制芯，這樣主要依靠模具確保產品尺寸，減少人為因素，提升質量。

（3）纜繩槽砂芯表面刷鋯英粉涂料，確保鑄件表面光潔[3]，而且防止砂芯膨脹變形。

（4）通過解剖鑄件發現內腔插齒位置著色探傷后有缺陷，通過模擬分析，此位置有縮松的傾向，將頂部通道拉直，模擬后發現縮松消失。修改結構，消除“卡脖子”現象，使補縮通道順暢從而有效解決內腔插齒位置縮松。將冒口由暗冒口改為明冒口＋發熱劑的方式，促進砂芯及型腔的排氣，解決縮陷的問題。

5 改進工藝后實驗過程

（1）通過增設拉筋及增加反變形量的方法，驗證一爐產品從第一件與最后一件澆注溫度相差40℃的情況下，產品收縮凝固后，對大法蘭尺寸間距進行測量，發現20件產品尺寸的偏差不會超過1.5mm，符合產品圖紙公差要求。很好的控制產品的變形。

（2）殼芯模具的拆活部分沒有互換性，殼芯模具不會放反，粘芯過程配合良好，操作容易完成。預埋的覆膜砂芯與外圍呋喃樹脂寶珠砂芯不會存在錯位現象，現場測量砂芯尺寸，符合工藝設計要求。工作效率提高，由原來每小時2個砂芯提高至每小時6個。

（3）覆膜砂芯卷揚槽位置表面刷鋯英粉涂料，澆注后的產品外觀，同一爐的兩件產品，發現刷涂料的產品外觀明顯表面光潔很多。

（4）修改補縮通道，改為明冒口后對產品內部質量檢查，未發現內部質量缺陷和表面縮陷的現象，得到表面及內部質量良好的產品。

6 總結

（1）經過采取以上的各項措施，大幅降低了卷揚筒系列產品各工序的處理成本，提高了生產效率，解決了一系列產品質量不穩定的問題。同時對車間管理人員及現場的操作者進行專題培訓，提高大家的技術水平，并制定各關鍵工序作業指導書。

（2）通過此次產品開發及優化的過程，總結經驗，在今后的產品開發的前期策劃中要將工藝設計和現場操作相結合，集思廣益，做好產品質量的前期預防，而不是事后糾正，為產品質量穩步提高夯實基礎。

[1] 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊：第5卷.鑄造工藝[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2] 于時進,王小彥.鑄造工業各項技術標準與國際標準[M].吉林：吉林電子出版社，2003.

[3] 李昂,吳密.鑄造工藝設計技術與生產質量控制實用手冊[M].北京：金版電子出版公司，2003.