礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝的關(guān)鍵

（中國(guó)有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

在全球礦業(yè)快速發(fā)展的背景下，各類礦石，如：鐵礦石、銅礦石、錫礦石及其他金屬礦石的需求量與日俱增，對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量和性能提出了更高的要求，與此同時(shí)，也帶動(dòng)了礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝的發(fā)展。目前礦山機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的鑄件為低碳鋼，耐磨性比較高，為提升鑄件的鑄造工藝，就需要從提升鑄件的耐磨性入手。基于此，開展礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝的關(guān)鍵研究就顯得尤為必要。

1 鑄造的定義和優(yōu)缺點(diǎn)

所謂鑄造指的是先將金屬熔煉成液體狀，再注入相應(yīng)的模具中，制造成鑄型，待冷卻凝固之后，就會(huì)形成一定形狀和性能的鑄件，此種加工生產(chǎn)工藝，稱之為鑄造工藝。

和其他加工生產(chǎn)工藝相比，鑄造工藝的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）可鑄造出形狀相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣化的鑄件，尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，鑄造效果顯著，如：箱體、床身、機(jī)架等采用鑄造工藝，可保證生產(chǎn)精度，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

（2）鑄造具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，而且鑄造工藝操作過(guò)程比較靈活，在工業(yè)生產(chǎn)和礦山機(jī)械設(shè)備零部件都可以通過(guò)鑄造來(lái)獲得，而且鑄造對(duì)鑄件的重量無(wú)明顯要求，小到幾克，大到幾百噸的鑄件都通過(guò)鑄造獲得，鑄件壁厚可控，壁厚為0.5mm到1.0m之間的鑄件，都可以鑄造。

（3）鑄造使用的原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格和成本較低，廢棄的零部件，也可以用來(lái)鑄造新型部件，生產(chǎn)成本比較低。

雖然鑄造有很多優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)也比較明顯，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，其一是鑄造獲得鑄件結(jié)構(gòu)組織比較疏松，晶粒較大，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部容易形縮孔、縮松、氣孔等質(zhì)量問(wèn)題。因此，鑄件的力學(xué)性能相對(duì)較差，尤其沖擊韌度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鍛造的鍛件。其二是鑄件的質(zhì)量穩(wěn)定性不足，這一點(diǎn)只要鑄造的工藝有關(guān)。

2 礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝

（1）案例分析。某礦山機(jī)械設(shè)備的上機(jī)架，上部鑄件為低碳鋼，毛重52.4t，最大的輪廓尺寸為5320mm×1800mm，鑄造完成之后，對(duì)鑄件的質(zhì)量進(jìn)行磁粉檢測(cè)，而對(duì)粗加工面、繞道、冒口等部位則進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，該鑄件質(zhì)量和性能優(yōu)越性，滿足礦山機(jī)械設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

（2）鑄造工藝分析。該礦山機(jī)械設(shè)備的上機(jī)架鑄件結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為由上下兩層法蘭和內(nèi)腔的凸臺(tái)組成，此鑄件結(jié)構(gòu)特殊，在鑄造時(shí)，通常做法為以上法蘭面作為分型面，分為兩個(gè)箱體進(jìn)行鑄造，而下法蘭則進(jìn)行活料鑄造，將內(nèi)腔凸臺(tái)做為一圈活料，具體鑄造工藝示意圖如圖1所示：

圖1 礦山機(jī)械設(shè)備上機(jī)架鑄造工藝示意圖

從圖1中可以看出，設(shè)備上機(jī)架鑄件為三箱造型，通過(guò)專業(yè)模具，將其范圍上下兩部分，可獨(dú)立形成一個(gè)整體，吊耳通過(guò)砂芯帶出。和常規(guī)鑄件鑄造工藝相比，此種鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn)：在鑄造中模具法蘭可單獨(dú)作為一個(gè)整體，在整個(gè)設(shè)計(jì)和鑄造過(guò)程中，完全無(wú)需活料，上下兩個(gè)法蘭，分別附著在上下兩半模型之上，在二者的分型面上，主要配合定位的方法連接，以保證鑄件各尺寸的精度和可靠性，同時(shí)也可以保證鑄件輪廓的同軸度，提升鑄造質(zhì)量和效果[1]。

在開始鑄造時(shí)，先在鑄造平臺(tái)上，鑄造下箱體，然后進(jìn)行翻箱處理，取掉胎板之后，再進(jìn)行中箱和座胎鑄造，最后進(jìn)行上箱體鑄造，大大提升了鑄造的便捷性，降低了鑄造難度。整個(gè)鑄造過(guò)程中只需翻一次箱體，就能完成全部鑄造。鑄件+模具+其他設(shè)備的總重量超過(guò)70t，通過(guò)現(xiàn)有設(shè)備就能完成翻箱操作，無(wú)需吊車吊裝翻箱，也就沒(méi)有吊胎，大大節(jié)約了方鋼消耗量，鑄造時(shí)間也大大縮短，既能提升生產(chǎn)效率，也可以有效控制成本。

開箱起模是礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的重中之重，對(duì)鑄件的質(zhì)量有較大影響。工程開箱起膜采用了如下方法：當(dāng)上半模型的上箱開走之后，可直接從上面起出來(lái)。在下半模型開箱起模時(shí)，主要是利用模型自重和坐胎之間的摩擦力來(lái)完成起模板，當(dāng)中箱體提走之后，可先留下下箱。主要原因是當(dāng)中箱提走之后，下部的模型可輕松起掉，然后就可以進(jìn)行合箱操作[2]。采用此種鑄造工藝，雖然操作過(guò)程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但如果模具處理不當(dāng)，可能會(huì)影響鑄件的精度，進(jìn)而影響礦山機(jī)械設(shè)備的性能和質(zhì)量。為解決這一問(wèn)題，可通過(guò)充分利用鑄件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理控制分段貼加給工量，避免鑄件內(nèi)腔的凸臺(tái)發(fā)生尖角問(wèn)題。此外為保證鑄件的精度，可在內(nèi)腔凸臺(tái)之間的毛胚面的貼量控制在5mm以下，避免鑄造完成之后發(fā)生缺料問(wèn)題。

3 礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝的關(guān)鍵

低碳鋼是礦山機(jī)械設(shè)備常用的鑄件材料，礦山機(jī)械設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，工作強(qiáng)度比較高，對(duì)機(jī)械設(shè)備零部件的強(qiáng)度、耐磨性等兼有較大要求。因此，如何行之有效的提升礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的耐磨性是礦山機(jī)械設(shè)備鑄件工藝的關(guān)鍵，主要體現(xiàn)提升鑄件致密度、熱處理工藝及鑄造工藝的優(yōu)化三個(gè)方面。

3.1 合理改善鑄件的致密度

大量實(shí)例表明，在礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造中，科學(xué)合理的改善鑄件致密度會(huì)，可大幅度提升低碳鋼鑄件的耐磨性，鑄造工藝的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，針對(duì)厚度大于40mm的礦山機(jī)械設(shè)備鑄件，在鑄造中必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，可通過(guò)冒口易割片來(lái)達(dá)到補(bǔ)縮對(duì)目的和效果，在輔以外冷鐵，就可以大幅度提升鑄件致密度。而對(duì)于厚度小于40mm的礦山機(jī)械設(shè)備鑄件而言，在鑄造過(guò)程中，需要采取凝固技術(shù)，并輔以外冷鐵，同時(shí)加大發(fā)熱保溫冒口的應(yīng)用力度，采用此種方法，可大幅度提升礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的出品率，提升低碳鋼鑄件的耐磨性[3]。第二，對(duì)需要成批鑄造并且形狀比較簡(jiǎn)單的礦山機(jī)械設(shè)備鑄件，在鑄造時(shí)，要盡量使用金屬性掛砂鑄造工藝，通過(guò)應(yīng)用此工藝，只需要較短的時(shí)間，就可以完成大批量耐磨性低碳鋼鑄件的鑄造。第三，在礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑄造，并嚴(yán)格遵循“三低”鑄造原則，包括：低溫配模、低溫鑄造、低溫出鋼，以保證鑄造出來(lái)的礦山機(jī)械設(shè)備鑄件具有足夠的耐磨性，滿意滿足礦山機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用的要求。

3.2 合理應(yīng)用熱處理技術(shù)

低碳鋼是礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造的原材料，因?yàn)椋吞间撟陨砭途哂辛己玫哪湍バ裕V山機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行環(huán)境惡劣，對(duì)鑄件的耐磨性要求高，低碳鋼可有效滿足這一要求。為更好的提升礦山機(jī)械設(shè)備使用性能，需要對(duì)鑄件的鑄造工藝進(jìn)一步研究，熱處理是提升礦山機(jī)械設(shè)備鑄件剛度、耐磨性的重中之重，低碳鋼鑄件的導(dǎo)熱性普遍較差，其導(dǎo)熱性不足常規(guī)碳鋼的三分之一[4]。因此，對(duì)熱處理工藝有更高的要求。在熱處理中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都導(dǎo)致鑄件發(fā)生變形或者開裂，從而影響礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的使用效果，降低礦山機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。因此，在熱處理中，襯板要選擇豎裝方式，在熱處理之前，要先進(jìn)行預(yù)熱處理，防治熱脹冷縮現(xiàn)象和作用，導(dǎo)致鑄件發(fā)生開裂問(wèn)題。為充分發(fā)揮出熱處理技術(shù)的作用和價(jià)值，可從以下幾個(gè)方面同時(shí)入手：第一，如果低碳鋼鑄件的厚度較大，在熱處理時(shí)要緩慢逐步增加到650℃，且預(yù)處理時(shí)間不應(yīng)小于3小時(shí)，以促使奧氏體得到有效分解。預(yù)熱處理過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致分解物存在少量的鐵元素和碳化物，在高溫的作用下，容易形成奧氏體晶粒細(xì)化問(wèn)題，此現(xiàn)象是客觀存在的，很難從根本上得到有效規(guī)避，在礦山機(jī)械設(shè)備鑄件熱處理中，是允許少量晶粒存在的。第二，礦山機(jī)械設(shè)備鑄件經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后，持續(xù)升溫到1100℃，持續(xù)6小時(shí)，但在此過(guò)程中必須嚴(yán)格控制問(wèn)題，如果溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致礦山機(jī)械設(shè)備鑄件發(fā)生脫碳反應(yīng)，對(duì)鑄件的壁厚有較大影響。第三，加熱處理完成之后，要快速水冷處理，水的溫度要控制在100℃左右，鑄件入水之后，要至少進(jìn)行3次擺動(dòng)，邊擺動(dòng)邊注入新的循環(huán)冷卻水，避免水溫過(guò)高影響熱處理效果。第四，水冷需要保持8小時(shí)450℃，此后就可以得到礦山機(jī)械設(shè)備奧氏體鑄件，鑄件的強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度會(huì)得到大幅度提升，從而增加礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的耐磨性。在水冷處理中必須嚴(yán)格控制水體問(wèn)題，嚴(yán)禁超過(guò)450℃，否則碳化物會(huì)變的粗大，并形成針孔狀，會(huì)降低低碳鋼鑄件的韌性和耐磨性，需要高度重視。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝的關(guān)鍵，分析結(jié)果表明，和其他機(jī)械設(shè)備相比，礦山機(jī)械設(shè)備具有體型大、工作環(huán)境惡劣、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特性。因此，對(duì)鑄件的耐磨性和質(zhì)量有較高的要求。鑄件鑄造工藝雖然比較簡(jiǎn)單，但需要嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行鑄造，并嚴(yán)格把控鑄件鑄造的關(guān)鍵工藝，才能最大限度上提升礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的耐磨性，滿足礦山機(jī)械設(shè)備使用的要求。礦山機(jī)械設(shè)備鑄件鑄造工藝的關(guān)鍵主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是合理改善鑄件的致密度，其二是合理應(yīng)用熱處理技術(shù)，鑄件鑄造過(guò)程中，嚴(yán)格把控這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，可大幅度提升礦山機(jī)械設(shè)備鑄件的耐久性，提升運(yùn)行效率，降低鑄件更換的頻次，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。