1 結構特點（diǎn）

      我（wǒ）公司鑄造（zào）的雙幅板結構的大（dà）齒輪，鑄件最大輪廓尺寸（cùn）為φ1967mm×775mm，鑄件單重為13t。要求做靜平衡試驗，不平衡性（xìng）在外徑上（shàng）不（bú）得大於 3kg，鑄件要求超聲波探傷檢查達（dá）到標準二級以上，鑄件不得有裂紋、氣孔等影響機械強度的缺陷。

      2 鑄造工藝性分析（xī）

      由於齒輪屬於尺寸較（jiào）大的簡單旋轉體類鑄件（jiàn），鑄件高度（dù）不大，並且是單件生產，用（yòng）量不是很大，因（yīn）此我們采用刮板造型。可省去製作大（dà）型木模的時間，而且會節約大量的（de）木材消耗（hào）。由於鑄件輪緣部分厚（hòu）大，與中間筋板壁厚相差（chà）較大，鑄（zhù）件在凝固（gù）過程中易形成裂紋（wén），輪緣與輪輻交接處形成熱節（jiē），易形成縮孔、縮鬆缺（quē）陷。因此，必須采（cǎi）用順序凝固原則進行鑄造，並結合適當的冒口補貼和外（wài）冷鐵設計（jì），以消除縮孔、縮（suō）鬆缺陷（xiàn）。

      2.1 主（zhǔ）要工藝參數

      （1）加工餘量 由於是刮（guā）板造型，精度較差，應適當加大加工餘（yú）量，上表麵的加工餘量取 25mm，齒頂圓外表麵取20mm，下麵（miàn）、側麵取 15mm。（2）收縮率 徑向取 1.8%，軸（zhóu）向取 2.0%。分型負數取3mm。

      （3）工（gōng）藝（yì）補正量 為了彌補由於鑄造收（shōu）縮率與實際不符，在（zài）個別（bié）情況下，由於下芯、合（hé）箱造成的偏差，以（yǐ）及保證（zhèng）齒輪強度，在（zài）齒輪輪緣背麵設置工藝補（bǔ）正量（liàng）數值為 3mm。

      2.2 凝固順序選（xuǎn）擇

      由於（yú）鑄件輪緣和輪轂部分厚大，與（yǔ）輻板（bǎn）交接處形成熱節區，容易形成（chéng）縮孔、縮鬆缺陷。為此采用順序凝固（gù）原則（zé）進行鑄（zhù）造，在輪緣、輪轂（gū）處分別（bié）設置冒口。澆注後薄壁的輻板和筋（jīn）板先凝固，其液態和凝固收縮分別由（yóu）厚壁的輪緣和輪轂處的鋼液補給，冒口最後凝固，用來補給輪緣及輪轂處凝（níng）固時所需的鋼液，以消除縮孔、縮鬆。

      2.3 冒（mào）口及澆注係（xì）統設計

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

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

      （3）澆注係統（tǒng） 為保證鋼液快速充滿型腔，減少鋼液（yè）對上箱的烘烤時間，避免出現夾砂缺陷，我們設計了開放（fàng）式（shì）底反澆注係統，直澆道采用（yòng）φ120mm一道，橫澆道采用φ100mm 兩道從（cóng）中間往兩邊分開，內澆道采用φ80mm共（gòng） 4道，全部澆（jiāo）注係統采用幹燥潔淨的耐火磚管砌成，保證充型平穩，防止衝砂，減（jiǎn）少夾（jiá）砂缺陷。冒口（kǒu）、澆注係統設置工藝如圖 1b所示。

      為了提（tí）高冒口中的（de）鋼（gāng）液（yè）溫度，當鋼液澆到冒口（kǒu）的 1/3 處時，應立即加入冒口覆蓋劑。

      （4）凝（níng）固模（mó）擬驗證 按照以上工藝設（shè）置，我們（men）又用模擬軟件進行最終凝固模擬驗證，從模擬結果可以看出，縮孔（kǒng）、縮鬆都集中在冒口內，鑄件上（shàng）沒有縮孔、縮鬆等鑄造缺陷出現，說明設計的工藝方案是正（zhèng）確的。

      3 鑄造生產質量控製

      3.1 模（mó）樣製作

      由於鑄件生產批量不是很（hěn）大，鑄件為旋（xuán）轉體結構，確定外模采用刮板造型，采用車板手（shǒu）工造型可省去製作大型木模的時間，而且會節約大量的木材消耗。芯（xīn）盒采用（yòng）實樣芯盒（hé），脫落式結構，保證（zhèng）芯盒強度，防止製芯過程中砂芯變（biàn）形，鑄造圓角要從外模及芯盒中做出來。模樣分型負數（shù）設計為所示。

      3.2 造型與製（zhì）芯

      製芯時（shí），緊實度要均勻，表麵要光潔，保證排（pái）氣通暢，為減少砂型在鑄件凝固過程中產生的收縮阻礙，防止裂紋方便清砂，砂芯采用水玻璃石灰石砂，在圓角及拐角熱節部位全部用鉻鐵礦砂，厚度在 15mm 以上。操作上要注意保證芯骨強度，芯骨（gǔ）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 10～15mm 厚鉻鐵礦砂，防止出現粘砂缺陷。砂芯製作完畢後，表麵（miàn）塗刷（shuā）兩遍醇基鋯英粉塗料。由於石灰石砂發氣量較大，造（zào）型時要注意上下箱多紮出氣（qì）眼，保證出氣暢通。澆注係統采用專用陶瓷耐火磚管，擺放澆道管時要仔細，防止（zhǐ）散砂進入澆注係統（tǒng）內，兩磚（zhuān）管的連接要（yào）緊密，防止連接錯位。芯頭下部要多紮出氣孔，防止（zhǐ）澆注時（shí）出氣不暢，導（dǎo）致鑄件產生氣孔缺陷。冒口出氣眼周（zhōu）圍要用麵砂修光吹幹，防止合箱（xiāng）時從出氣眼（yǎn）處掉進散砂。為防止合箱時上下箱錯位，方便合箱，采用圓線和（hé）十字線複合定位方（fāng）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（shuā）兩遍醇基鋯英粉塗料，充分烘幹後，開（kāi）始下芯，注意（yì）檢查砂芯和芯頭部（bù）位各出氣孔（kǒng）是否暢通，下（xià）好（hǎo）砂（shā）芯後，按圖樣檢查型腔是否符合尺（chǐ）寸要求，然（rán）後再將（jiāng）砂芯上的吊鼻用水玻璃石英砂修補好，用（yòng）CO2氣體吹幹後，刷兩遍醇基鋯英粉塗料，烘幹後再將型（xíng）腔內散砂重新（xīn）清理（lǐ）一遍。

      3.4 合箱

      合箱前要先（xiān）將下部芯頭棱角磨（mó）成（chéng）圓角，防止下芯過程中砂芯下不（bú）到底，注意檢查芯頭、芯座出氣孔是否暢通，尺寸形狀（zhuàng）是否符合圖樣要（yào）求，澆冒口係統內和型腔內（nèi）是否（fǒu）幹淨，以及芯頭、芯座間隙是否填嚴，防止鋼（gāng）液鑽（zuàn）入或跑火，芯頭和分型麵四周間隙應放石棉繩，保證砂芯不竄位，分型麵處不跑火。下芯、合箱過程中（zhōng），一定（dìng）要對準合（hé）箱線，防止碰壞砂型及砂芯，型（xíng）腔內殘留（liú）砂需（xū）反複清理幹淨（jìng），保證澆注係統（tǒng）暢通，扣箱時注意觀察是否有砂塊脫落，防（fáng）止砂塊從冒（mào）口內掉進（jìn）型腔。

      3.5 熔煉澆注（zhù）

      采用10t 三相電弧爐熔煉，氧化脫碳量控製在 WC＝0.45%～0.50%，還原（yuán）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（chéng）分盡量按標準範圍中下限控製，保證熔煉鋼液合格後（hòu）才可出鋼，特別注意控製 S、P 含量盡可能低。澆注溫度對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（yè）對鑄型的熱作用增強，使大（dà）齒輪容易產生縮孔、氣孔、變形、裂（liè）紋和粘砂等缺陷。當澆（jiāo）注溫度過低時，鋼液的流動性差，使鑄件易產生冷隔、澆不足、夾雜（zá）等缺陷。我們確定大齒輪的出鋼溫度控製在 1580～1590℃。鋼包使用前要進行烘烤（kǎo），烘烤溫度＞700℃。鋼液出爐後進行底吹氬，以淨化鋼液，鎮靜後澆注溫度控製在 1530～1540℃。澆注開（kāi）始（shǐ）時（shí）緩慢澆注，隨後全速澆（jiāo）注，鋼（gāng）液上升到冒口後減速澆注，並立即加入覆蓋劑，每爐次澆（jiāo）注 3 塊力學性能檢測用試塊。澆注結束約 1h 鬆開（kāi）箱（xiāng）卡（kǎ）。

      3.6 鑄（zhù）件打箱（xiāng）、清理

      鑄件打箱清理這道工序雖然簡單，但若控製不好，也會使鑄件造成廢品，故（gù）不（bú）可忽視（shì）。打箱（xiāng）過早，會（huì）使紅熱鑄件暴露在大氣中激冷，容易產生變（biàn）形和裂紋；打箱（xiāng）過晚（wǎn），上述缺陷（xiàn）雖可避免，但占用場地，影響生產周期，依據理論（lùn）計算和實際生產經驗，我們確定打箱時間為 120h。為提高（gāo）生產效率（lǜ），節約（yuē）成本，采用清砂後（hòu）餘熱 200℃ 以上熱割除冒口，在冒口根部留餘量 30～40mm，再由後道工序（xù）采用機械加工（gōng）方法（fǎ）去除。割冒口後（hòu）立即進熱處理窯進行退火處理，以消除鑄件鑄造應力，改善組織。

      3.7 鑄件熱處理工藝

      （1）鑄後熱處（chù）理 鑄鋼件的（de）鑄後組織中常有粗大枝晶及偏析，為消除其對鑄件最終熱處理的影響，需予以（yǐ）均勻化處理（lǐ）。鑄（zhù）鋼件凝（níng）固冷卻後，由於各部位都有（yǒu）程度不同的鑄造應力，所以熱處（chù）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（yuán）始組織應為均勻細化的鐵素體、珠光體組織，調質後（hòu）得到均勻的回火索氏體（tǐ），可獲得（dé）良好的綜合力（lì）學性能，同時又能減少變形和開裂傾向。為滿足調質前鑄件內部組織要（yào）求，我們（men）首先對大齒輪（lún）鑄件進（jìn）行正火處理，以細化晶粒，均勻組（zǔ）織，提高最終調質處理的效果，也有利於減（jiǎn）少鑄（zhù）態（tài）組織對調質後鑄件（jiàn）性能的影響，以及避（bì）免鑄件內部鑄造應力而導致齒輪（lún）淬火時變形或開（kāi）裂的可能性（xìng）。正火（huǒ）工藝如圖 3 所示。

      （ 3）淬火、回火溫度的控製 控（kòng）製零件淬火溫（wēn）度的選擇原則為（wéi）：正常淬火加熱溫度的下限，淬火溫度選擇（870±10）℃，采用油冷方（fāng）式；升溫過程要考慮（lǜ）鑄件的特點，不能太快，要有入爐保溫、中間保溫過程，以減少淬火過程中（zhōng）的（de）應力，避（bì）免淬火缺陷的（de）產生，淬火保溫時間控製在3h 以（yǐ）內。回火溫度選擇（580±10）℃。淬火和回火加熱時在零件本體（tǐ）設置6支熱電偶測（cè）定實際溫度。調質處理（lǐ）工藝曲線如（rú）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（lǜ）此間溫降，在齒輪鑄件臨出爐（lú）前（qián） 20min，將爐溫（wēn）提高20℃，來補償這段時間的溫差，保證零件淬入冷卻介質時（shí）溫度不（bú）低（dī）於（yú）淬火溫（wēn）度。回火後隨爐冷卻，以減少（shǎo）應力。

      4 生產（chǎn）結（jié）果

      經過實際生產（chǎn）驗證，采（cǎi）用上述工藝生產的大齒輪，表麵質量良好，組織致密，尺寸形狀完全準（zhǔn）確，經機械加工、銑齒，鑄件內部無砂眼、氣孔、裂紋、縮孔（kǒng）和縮（suō）鬆（sōng）等缺（quē）陷，鑄（zhù）件加（jiā）工後超（chāo）聲波探傷及力學性能檢測都完全達到標準，滿足（zú）了客戶（hù）要求（qiú）。