1 結構特點

      我公（gōng）司鑄造的雙（shuāng）幅板結構的大齒輪，鑄（zhù）件最大輪廓尺寸為（wéi）φ1967mm×775mm，鑄件單重為13t。要求（qiú）做靜平衡試驗，不平衡性在外徑上（shàng）不得大於 3kg，鑄件要求超聲波探傷檢查達到標準二級以上，鑄件不得有裂紋、氣孔等影響（xiǎng）機械強度的缺陷（xiàn）。

      2 鑄造（zào）工藝性分析

      由於齒輪屬於尺寸較大的簡單旋轉體類鑄件，鑄（zhù）件高度不大，並且是單件生產，用量不是很大，因此我們采用刮板造型。可省去製作（zuò）大型木模的時間，而且會節（jiē）約大（dà）量的木材消耗。由於鑄件輪緣（yuán）部分厚大，與中間筋板壁厚相差較大（dà），鑄件在凝固過程中易形成（chéng）裂紋，輪緣（yuán）與輪輻交（jiāo）接處形成熱節，易形成縮（suō）孔、縮鬆缺陷。因此，必須采用順序凝（níng）固原則進行鑄造，並結合適當的冒口（kǒu）補貼（tiē）和外冷鐵設計，以（yǐ）消除縮（suō）孔、縮鬆缺陷。

      2.1 主要工藝參數

      （1）加工餘量 由於（yú）是刮板（bǎn）造型，精度較差，應適當加大（dà）加工（gōng）餘量，上表麵的加工餘量取 25mm，齒頂圓外表（biǎo）麵取20mm，下麵、側麵取 15mm。（2）收縮（suō）率 徑向取 1.8%，軸向取 2.0%。分（fèn）型負數取（qǔ）3mm。

      （3）工藝補正量 為了彌補由於鑄造收縮率與實際不符（fú），在個（gè）別情況下，由於下芯、合箱造成的偏（piān）差，以及保證齒輪強度，在（zài）齒輪輪緣背麵設置工藝補正（zhèng）量數值為 3mm。

      2.2 凝固順序選擇

      由於鑄（zhù）件輪緣和輪轂部分（fèn）厚大，與輻板交接處形成熱節區，容易形成縮孔、縮鬆缺陷。為此采用（yòng）順序凝固原則（zé）進行鑄造，在輪緣、輪轂處分別設置冒口（kǒu）。澆注後薄壁的輻板（bǎn）和筋板先凝固，其液態和凝固收縮分別由厚壁的輪緣和（hé）輪轂處的（de）鋼液補（bǔ）給，冒口最後凝（níng）固，用來補給輪緣及輪轂處（chù）凝固時所需的鋼液，以消除縮孔（kǒng）、縮鬆。

      2.3 冒口及澆注係統設計

      （1）輪轂（gū）冒口 輪轂軸徑 ＜1200mm 時，一般設置一個冒口，冒口根部厚度也是軸孔補（bǔ）貼厚度，設計為輪轂熱節圓直徑的 1.3 倍（bèi），軸孔補貼高度設計為輪轂（gū）高度的 2/5，冒口高度設計為 600mm。

      （2）輪緣冒口 根據理（lǐ）論計算並結合實際經驗，設（shè）計（jì）冒（mào）口型號為腰形冒口（kǒu） 450mm×300mm×600mm 共 6 個，補貼厚度為 70mm，高度從下層幅板的（de）中間開始，冒（mào）口的位置設置在筋板與輪緣（yuán）的交接處，如圖1a所示。

      （3）澆注係統 為（wéi）保證鋼液快速充滿型腔，減少鋼液對上箱的烘（hōng）烤時間（jiān），避免出現夾砂缺陷，我們設計了（le）開放式底反澆注係統，直澆道采用φ120mm一道，橫澆道采用φ100mm 兩道（dào）從中間往兩邊分開，內澆道采用φ80mm共 4道，全部澆注（zhù）係統采用幹燥潔（jié）淨的耐火磚管砌成，保證充型平（píng）穩，防（fáng）止衝（chōng）砂，減少夾砂缺陷。冒口、澆注係統設置工藝如圖 1b所示。

      為了提（tí）高冒口中的鋼液溫度，當鋼液澆到冒口的 1/3 處時，應立（lì）即加入（rù）冒（mào）口覆蓋劑。

      （4）凝固（gù）模擬驗證 按照以上工藝設（shè）置，我（wǒ）們又用模（mó）擬軟件進行最終凝固模擬驗證，從模（mó）擬結果可以看出，縮孔、縮鬆都集中在冒口內（nèi），鑄件上沒有縮孔（kǒng）、縮鬆等鑄造缺陷出現，說明設計（jì）的工藝方案是（shì）正確的（de）。

      3 鑄造生產質量控製

      3.1 模樣（yàng）製作

      由於鑄件生產批量不（bú）是很大，鑄件（jiàn）為旋轉（zhuǎn）體結構，確定外（wài）模采用刮板造型，采用車板手工造型可省（shěng）去製作大型木模的時（shí）間，而且會（huì）節約大量的木材消耗。芯盒采用實（shí）樣芯盒，脫落（luò）式結構，保證芯（xīn）盒（hé）強度，防止製芯過程中砂芯（xīn）變形，鑄（zhù）造圓角要從外模及芯（xīn）盒中做出來。模（mó）樣分型負數設計為所示。

      3.2 造型與製芯

      製芯時，緊（jǐn）實度要（yào）均勻，表麵要光潔，保證排氣通暢，為減少砂型在鑄件凝固過程中產（chǎn）生的收縮（suō）阻（zǔ）礙（ài），防止裂紋方便清砂，砂（shā）芯采（cǎi）用（yòng）水玻璃石灰石砂，在圓角及拐角熱節部位全部用（yòng）鉻鐵礦砂，厚度在 15mm 以上。操作上要注意保證芯骨強度，芯骨位置不能阻礙鑄件收縮，中間軸孔砂芯采用水玻璃石灰石砂，在外表麵覆（fù） 10～15mm 厚鉻（gè）鐵礦砂，防止出（chū）現粘砂缺陷（xiàn）。砂（shā）芯製作完畢後，表（biǎo）麵塗刷（shuā）兩遍醇基鋯英粉塗料。由於石灰石砂發氣量較大，造型時要注意上下箱多紮出氣眼，保證出氣暢（chàng）通。澆注係統采用專用陶瓷耐火磚管，擺放澆（jiāo）道（dào）管時要仔細，防止散砂進入澆（jiāo）注係統內，兩磚管的連接要緊密，防止連接錯（cuò）位。芯頭下部要多紮出氣孔，防止澆注時出氣不暢，導致鑄件產生氣（qì）孔缺陷。冒口出氣眼周圍要用麵砂修光吹幹，防止合箱時從出氣眼處掉進散砂。為防止合箱時上下箱錯位，方（fāng）便（biàn）合箱，采（cǎi）用（yòng）圓線和十字線複合定位方式。砂型及砂芯要進烘幹窯充分烘幹。

      3.3 下芯

      下芯前要先將砂型清理幹淨，然後塗（tú）刷兩遍醇基鋯英粉塗料，充分烘（hōng）幹後，開始下（xià）芯，注意檢查砂芯和芯頭部（bù）位各出氣孔是（shì）否暢通，下好砂芯後，按圖（tú）樣檢查型腔是（shì）否符合（hé）尺寸要求（qiú），然後再將砂芯上的吊鼻用水玻璃石英砂修補好（hǎo），用CO2氣體吹幹後，刷兩遍醇基鋯英粉塗料，烘幹後再將型腔內散砂重新（xīn）清理一遍。

      3.4 合箱

      合（hé）箱前要先將下部芯頭棱角磨成圓角，防止下芯過程中（zhōng）砂（shā）芯下不到底，注意檢查芯頭（tóu）、芯座出氣孔是否暢通（tōng），尺寸形狀是否符合圖樣要求（qiú），澆冒口係統（tǒng）內和（hé）型腔內是（shì）否幹淨，以及芯頭、芯座間隙（xì）是否填（tián）嚴，防止鋼液鑽入或跑火，芯頭和分型麵四周（zhōu）間隙應放石（shí）棉繩，保證砂芯（xīn）不（bú）竄位，分型麵處不跑火。下芯、合箱過程中，一定要對準（zhǔn）合（hé）箱線，防止碰壞砂型及砂芯，型腔內殘留砂需反複清理幹淨，保證澆注係統暢通，扣箱時注意觀察是（shì）否有砂塊脫落，防止砂塊從冒口內（nèi）掉進（jìn）型腔。

      3.5 熔（róng）煉澆注（zhù）

      采用10t 三（sān）相電弧爐熔煉，氧化脫碳量控製在 WC＝0.45%～0.50%，還原渣用白渣，爐渣中 WFeO≤0.5%，每噸鋼液終脫氧插鋁量為0.6～0.8kg，化學成分盡量按標準範圍中下限控製，保證熔煉鋼液合格後才可出鋼，特別（bié）注意控（kòng）製 S、P 含（hán）量盡可（kě）能（néng）低（dī）。澆注溫度對（duì）鑄鋼件的質量有較大的影響，若澆注溫度過高，鑄鋼件的收縮值增大，氣體含量增大，鋼液對鑄型的熱作用增強，使大齒輪容易產（chǎn）生縮孔、氣（qì）孔、變形、裂紋和粘（zhān）砂等缺陷。當澆注（zhù）溫度（dù）過低時（shí），鋼液的流動性差，使鑄件易（yì）產生（shēng）冷隔、澆不足、夾雜等缺陷。我們確定大齒輪的出鋼溫度控製在 1580～1590℃。鋼（gāng）包使用（yòng）前要進行烘烤，烘烤溫度＞700℃。鋼液出（chū）爐後（hòu）進（jìn）行底吹氬（yà），以淨化（huà）鋼液，鎮靜後（hòu）澆注溫度控製在 1530～1540℃。澆注開始時緩慢（màn）澆注，隨後全速澆（jiāo）注（zhù），鋼液上升到冒口後減速澆注，並立即加入覆蓋劑，每爐（lú）次澆注 3 塊力學性（xìng）能檢測用試（shì）塊（kuài）。澆注結束（shù）約 1h 鬆開箱卡。

      3.6 鑄件打箱、清理

      鑄件打箱清理這道（dào）工序雖然簡單，但若（ruò）控製不好，也會使鑄（zhù）件造成廢品，故不可（kě）忽視。打箱過早（zǎo），會使紅熱鑄件暴露在大氣中激冷，容易產（chǎn）生變形和裂紋（wén）；打箱過晚，上述缺陷雖可避免，但占用場地，影響生產周期，依據理論計算和實際生產經（jīng）驗，我們確定打箱時間為（wéi） 120h。為（wéi）提高生（shēng）產效率，節（jiē）約成本，采用清砂後餘（yú）熱 200℃ 以上熱割（gē）除冒口（kǒu），在冒口根部留餘量 30～40mm，再由後道（dào）工序采用機（jī）械加工方法去除。割冒（mào）口後立即進（jìn）熱處（chù）理窯（yáo）進行退火處理，以消除鑄件鑄造應力，改善（shàn）組織。

      3.7 鑄件熱處（chù）理工藝

      （1）鑄後熱處理 鑄鋼件的鑄後組織中常有粗大枝晶及偏析，為消除（chú）其（qí）對鑄件最終熱處理的影響，需予以均勻化處理。鑄鋼件凝固冷卻後，由於各（gè）部位都有程度不同的鑄造應力，所以熱處理時加熱速度要嚴格控製，並需中間保溫。

      （2）正火工藝 大齒輪調質前原始組織（zhī）應為均勻細化的鐵素體、珠光體（tǐ）組織，調質後得到均勻的回火索氏體，可（kě）獲得良好的綜合力學性能，同時又能減少變形和開裂傾向。為滿足調質前（qián）鑄件內部（bù）組織要（yào）求，我們首先對大齒輪鑄件進行正火處理，以細化（huà）晶（jīng）粒，均勻組織，提（tí）高（gāo）最（zuì）終調（diào）質處理（lǐ）的效果，也（yě）有利於（yú）減少鑄態組織對調質後鑄（zhù）件性能的影響，以及避免鑄件內部鑄造應力而導致齒輪淬火時變形或開裂的可能（néng）性。正火工藝（yì）如圖 3 所示。

      （ 3）淬火、回（huí）火溫度的控（kòng）製 控製零件淬火溫度的選擇原則為：正常淬火加熱溫度的下限，淬（cuì）火溫度選擇（870±10）℃，采用油冷方式；升溫過程要考慮鑄件的特點，不能太快，要有（yǒu）入爐保溫、中間（jiān）保溫過程，以減（jiǎn）少淬火過程中的應力，避免淬火缺陷（xiàn）的產（chǎn）生，淬火保溫時間控製在3h 以內。回火溫度選（xuǎn）擇（580±10）℃。淬火（huǒ）和回火加熱時在零件本體設置6支熱電偶測定實際溫度。調質處理工（gōng）藝曲線（xiàn）如圖4所示。

      由於從爐蓋（gài）起吊到零件進入淬火介質需要 5～7min，考慮此間溫降，在齒輪鑄件臨出爐前 20min，將爐溫提高20℃，來補償這段時間的溫差，保證零（líng）件淬入冷卻（què）介質時（shí）溫度不（bú）低於淬火溫度。回火（huǒ）後隨爐冷卻（què），以減少應力。

      4 生產結（jié）果

      經過實際生產驗證，采用上述工藝生（shēng）產的大齒輪，表麵質（zhì）量良好，組織致密，尺寸形狀完全（quán）準確，經機械加工、銑齒，鑄件內部無砂眼、氣孔、裂紋、縮（suō）孔和縮（suō）鬆等缺陷，鑄件加工後超聲波探傷及力（lì）學性能檢測都完全達到標準，滿足了客戶要求。