礦山機械滾筒鑄件鑄造工藝改進

關俊龍，王清宇

我公司為國外生產的礦山機械滾筒結構復雜，筋板較多，需組芯造型，因此難以保證尺寸，鑄造難度大，同時要求對鑄件外圓部分進行超聲波及磁粉檢測。

按原工藝生產時，在冒口補貼部分出現縮松。就此問題對原工藝作了調整，改進了傳統工藝，確保鑄件質量達到設計要求。

一、原工藝初步改進

由于冒口底部有縮松缺陷，初步認為是由于冒口偏小造成在增肉部分產生了二次縮松，也就是冒口的補縮能力不夠。鑒于以上原因，工藝上決定采取以下方案，如圖1所示。

（1）保留原有的型砂工藝，增大冒口尺寸，保證補縮鑄件，并對改進工藝重新進行計算機數值凝固模擬，認為能夠保證補縮鑄件。

（2）模樣外形尺寸不動，增加該鑄件上平面圓環的厚度，修改1#芯盒，使鑄件的補縮通道更加順暢。

（3）保留原來的冷鐵尺寸和放置位置。

執行該工藝后，按照首件制度各生產了三件，結果在切割冒口補貼后，沒有發現原工藝出現的明顯縮松，說明該改進有一定的效果，但后續加工時發現在增肉處有裂紋現象，同時有部分縮松，都出現在鑄件本體上。而其余部分都達到了無損檢測要求。

二、工藝再優化

鑒于以上原因，經過認真的工藝研究，懷疑仍是由于冒口增肉在收縮的過程中產生二次縮松并引起鑄件本體產生縮松、裂紋，所以增大冒口的方法還不能夠完全解決縮松和裂紋的問題。由于產生縮松、裂紋的原因很多，因此還應做進一步的工藝改進，現決定按以下方案試制。

1.冒口設計

（1）明冒口設計 因原工藝冒口增肉對鑄件的影響較大，取消上部分大的冒口增肉，減小上部的縮裂傾向，同時為了使鑄件中間部分有補縮通道，變為沿著外圓面直接做上去6個小增肉，弦長300mm。同時縮小冒口尺寸，只要保證補縮鑄件的上部即可。

（2）暗冒口設計 由于取消了大增肉，鑄件底部分就需要增加冒口來保證質量，同時考慮造型和氣割操作方便，采取在鑄件底部增加6個暗冒口的方法，由于傳統的暗冒口方法不能保證很好地補縮鑄件，因此改為在暗冒口上方放新型保溫蓋，來提高冒口的補縮效率。

2.冷鐵設計

（1）由于暗冒口的補縮距離不夠，也為了提高暗冒口的補縮效果，因此在暗冒口中間放冷鐵。

圖1 原工藝初步改進方案

（2）由于明冒口和暗冒口之間有良好的補縮通道，所以在鑄件凝固中必然相互影響，導致補縮鑄件不均勻一致，在鑄件內部形成孔洞類缺陷。

（3）由于鑄件內部結構復雜，尤其是筋板較多，熱節處也就偏多，所以在鑄件凝固收縮過程中必然在熱節處形成縮孔。

為了解決以上問題，采取在鑄件外表面加長條形冷鐵方案，避免由于冷鐵過厚、過密而使鑄件產生裂紋。對應里圓筋板部分放18個長240mm、厚80mm外冷鐵；長筋板處放6個長350mm、厚80mm冷鐵，如圖2所示。

3.澆注系統設計

（1）由于鑄件底部用6個暗冒口，在冒口中間還有外冷鐵，最大熱節處也集中在暗冒口與鑄件連接處，為了保證鋼液平穩上升，下部采用底注式澆注系統（見圖3），內澆道引到暗冒口與鑄件連接處，這樣可以避免外部氣體隨鋼液卷入型腔中而產生氣孔缺陷。

（2）同樣在明冒口下部也是鑄件的最大熱節處，上部的澆注系統引到明冒口底部，可以使澆道內的氣體順利排出型腔。

4.型砂改進

（1）砂型表面采用酯硬化福建硅砂，圓角處用酯硬化鉻鐵礦砂。減少大面積使用鉻鐵礦砂，以降低型砂成本。

（2）砂芯面砂采用酯硬化鉻鐵礦砂，在難出砂的凹槽部面砂采用樹脂鉻鐵礦砂，其余部分采用酯硬化石灰石砂。這樣可提高型砂的退讓性，減少對鑄件收縮的阻礙，從而減少裂紋傾向。

5.數值模擬凝固分析

綜合以上因素，在編制鑄造工藝時充分考慮冒口、冷鐵、澆注系統及型砂等因素的影響，進行實體建模，然后進行計算機數值凝固模擬，結果如圖4所示。

模擬結果證實，以上問題的改進思路是合理的，按照此方法生產能夠滿足該鑄件的質量要求，也證實了該工藝的可行性。

6.實際驗證

根據以上工藝方案共生產了10件，均能夠滿足鑄件質量要求，達到了預期效果。

三、結語

（1）該鑄件在生產過程中，大的冒口增肉是產生縮松、裂紋的主要原因。

（2）按新的工藝方法生產，能夠避免縮松、裂紋缺陷的發生。同時只對原來的模樣作較小的改動，即可節省原材料的損耗。

（3）按新工藝方法生產時與原工藝方法相比，能夠減小后續處理的難度，縮短鑄件生產周期，保證按時交貨。

（4）該工藝的試制成功應用到滾筒系列的生產，同時為該類結構鑄件的生產提供了一個新的、穩定的制造方法。

圖2 外冷鐵設計

圖3 澆注系統設計

圖4 計算機模擬分析結果