1 結構特點

      我（wǒ）公司鑄造的雙幅板結構的大齒輪（lún），鑄件最大輪廓尺寸為φ1967mm×775mm，鑄件單重為13t。要求做靜平衡試驗，不平衡性在外（wài）徑上不得大於 3kg，鑄件（jiàn）要（yào）求超聲波探傷檢查達到標準二級以上，鑄件不得有裂紋、氣孔等影響機械強度的缺（quē）陷。

      2 鑄（zhù）造工藝性分（fèn）析

      由於齒輪（lún）屬於尺寸較大的簡單旋轉體類鑄件（jiàn），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（xíng）。可（kě）省去製作大型木模的時間，而且會節約大量的木材消耗（hào）。由於鑄件輪緣部分厚大，與中間筋板壁厚（hòu）相差（chà）較大，鑄件在凝固過程中易形成裂紋，輪緣與輪輻交接處形成熱節，易形（xíng）成縮孔、縮鬆缺陷。因此，必須采用順序凝固原則進行（háng）鑄（zhù）造，並結合適當的冒（mào）口（kǒu）補（bǔ）貼（tiē）和外冷鐵設計（jì），以消除縮孔、縮鬆缺陷。

      2.1 主要工藝參數

      （1）加工餘量（liàng） 由於是刮板造型，精度較差，應適當加大加工（gōng）餘量，上表麵的加工餘量取 25mm，齒頂圓外表麵取20mm，下麵、側麵取 15mm。（2）收（shōu）縮率 徑向取 1.8%，軸向取 2.0%。分型負數取3mm。

      （3）工藝補正量 為了彌補由於（yú）鑄造收縮率與實際（jì）不（bú）符，在個別情況下，由於下芯、合箱造成的（de）偏差，以及保證齒輪強度，在齒輪（lún）輪緣背麵設置工藝（yì）補正（zhèng）量數值為 3mm。

      2.2 凝固順序選擇

      由於鑄件輪緣和輪（lún）轂部分厚大，與輻板交接處形成熱（rè）節（jiē）區，容易形成縮孔、縮（suō）鬆缺陷。為此采用順序凝固原則進行鑄造，在輪緣、輪轂處分別設（shè）置冒口（kǒu）。澆（jiāo）注（zhù）後薄壁的輻（fú）板和筋板先凝（níng）固，其（qí）液態和凝固收縮分別由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固時所需的鋼液，以消除縮孔、縮鬆。

      2.3 冒口及澆注係統設計

      （1）輪轂冒口 輪轂軸徑 ＜1200mm 時，一般設（shè）置一個冒口，冒口根部厚度也是軸孔補貼厚度，設（shè）計為（wéi）輪轂熱節圓直徑的 1.3 倍，軸孔補貼高度設計為輪轂高（gāo）度的 2/5，冒口高度（dù）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（kǒu）型號為腰形冒口 450mm×300mm×600mm 共 6 個，補（bǔ）貼厚度為 70mm，高度從下層（céng）幅板的中間開始，冒口的位置設（shè）置在筋板與輪緣的交接處，如圖1a所示。

      （3）澆注係統 為保證鋼液快速（sù）充滿型腔，減少鋼液對上箱的烘（hōng）烤時間，避免出現夾砂缺陷，我們設計了開放式底反澆注（zhù）係統，直澆道采（cǎi）用φ120mm一道，橫澆道采（cǎi）用φ100mm 兩道從中間往兩邊分開，內澆道采用φ80mm共 4道，全部澆注係統采用幹燥潔淨的（de）耐火磚（zhuān）管（guǎn）砌成，保證充型平穩，防止衝砂，減少夾砂缺陷。冒口、澆注（zhù）係統設置工（gōng）藝如圖 1b所示。

      為了提高冒口中的（de）鋼液溫度（dù），當鋼（gāng）液澆到冒（mào）口的 1/3 處時，應立即加入（rù）冒口（kǒu）覆蓋劑。

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

      3 鑄造生產質量控製

      3.1 模樣製（zhì）作

      由於鑄件生產（chǎn）批量不是很大（dà），鑄件為旋轉體結構，確定外模采用刮板造型，采用車板手工造型可省（shěng）去製作大型木模的時間，而且會節約大（dà）量的木材消耗。芯盒采用實樣芯盒，脫落式結構，保（bǎo）證芯盒強度，防止製芯過（guò）程中砂芯變形，鑄（zhù）造圓角要從外模及芯盒中做出來（lái）。模樣分型負數設計為所示。

      3.2 造型與製芯（xīn）

      製芯時，緊實度要均勻，表（biǎo）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（fáng）止裂（liè）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（bù）位全部（bù）用鉻鐵礦砂，厚（hòu）度在 15mm 以上。操（cāo）作上要注意保證（zhèng）芯（xīn）骨強度，芯骨位置不能（néng）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 厚鉻鐵礦砂，防止出現粘（zhān）砂缺陷。砂芯製（zhì）作完畢後，表麵塗刷兩遍醇基鋯英粉塗料。由於石灰石砂發氣量較大（dà），造型（xíng）時要注意上下箱多紮出氣眼，保證出氣暢通。澆注係（xì）統采用專用陶瓷耐火磚管，擺（bǎi）放澆（jiāo）道（dào）管時（shí）要仔細，防止散砂進入澆注係統內，兩磚管的連接要緊密，防（fáng）止連接錯位（wèi）。芯頭下部要多（duō）紮出氣孔，防止澆注時出氣不暢，導致鑄件產生氣孔缺陷。冒口出氣眼周（zhōu）圍要用麵砂修光吹（chuī）幹，防止合箱時從出氣眼處掉進（jìn）散砂。為防止（zhǐ）合箱時上下箱錯位，方便（biàn）合箱，采用圓線和十字線複合定（dìng）位方式。砂型及砂芯要進（jìn）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位各出（chū）氣孔是（shì）否暢通，下好砂芯後，按圖樣檢查型腔是否符合（hé）尺寸要求，然後再（zài）將砂芯上的吊鼻用水玻璃石英砂修（xiū）補好，用CO2氣體吹幹後（hòu），刷兩遍醇基鋯英粉塗料，烘（hōng）幹後（hòu）再將型腔內散砂重新清（qīng）理一遍。

      3.4 合箱

      合箱前要先將下部芯頭棱角磨成圓角，防止下芯過程中（zhōng）砂芯下不到底，注意（yì）檢查芯頭、芯座出氣孔是否暢通，尺寸（cùn）形狀是否符合圖樣要求，澆冒口係統內和型腔內是否（fǒu）幹淨，以及芯頭、芯座間隙是否填（tián）嚴，防止鋼液鑽入（rù）或（huò）跑火，芯頭和分型麵四周間隙應放石棉（mián）繩，保證（zhèng）砂芯不竄位，分（fèn）型麵處不跑火。下芯、合箱（xiāng）過程中，一定要對準合箱線，防止碰壞砂型及砂（shā）芯，型（xíng）腔內殘留砂需（xū）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（mào）口內掉進型腔。

      3.5 熔煉澆注

      采用10t 三相電（diàn）弧爐熔煉，氧化（huà）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（gāng）液終脫氧插鋁（lǚ）量（liàng）為0.6～0.8kg，化學成分盡量按標準（zhǔn）範圍（wéi）中下限（xiàn）控製，保證熔煉鋼液合格後才可出鋼，特別注意（yì）控製 S、P 含量盡可能低。澆注（zhù）溫度對鑄鋼件的質量有（yǒu）較大的影響，若澆注溫（wēn）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，使大齒輪容易產生縮孔、氣孔、變形、裂紋和粘（zhān）砂等缺陷。當澆注溫度過低時，鋼液的流動性差，使鑄件易產（chǎn）生冷隔、澆不足、夾雜等缺陷。我們確定大齒輪的出鋼溫（wēn）度控製在 1580～1590℃。鋼（gāng）包使用（yòng）前（qián）要進行烘烤，烘烤溫度＞700℃。鋼液出爐後進行底吹氬，以淨化鋼（gāng）液，鎮靜（jìng）後（hòu）澆注溫度控製在 1530～1540℃。澆注開（kāi）始時緩慢澆注，隨後全速澆注，鋼液上（shàng）升到冒口後減速澆注，並（bìng）立（lì）即加入覆蓋劑，每爐次澆注 3 塊力學性能檢測用試塊。澆注結束約 1h 鬆（sōng）開箱卡。

      3.6 鑄件打箱、清理

      鑄件（jiàn）打（dǎ）箱清理這道工序雖然（rán）簡單，但若控製不好，也會使鑄件造成廢品，故不可忽視。打箱過早，會使紅熱鑄件暴（bào）露在（zài）大（dà）氣中激（jī）冷，容易產生變形和裂紋；打箱（xiāng）過晚，上述（shù）缺陷雖可避免，但占用場地（dì），影響生產周期，依據理論計算和實際生（shēng）產經驗，我們確定打箱時間為 120h。為提高生（shēng）產效（xiào）率，節約成本，采用清砂後餘熱 200℃ 以上熱割（gē）除冒口，在冒口根部留餘量（liàng） 30～40mm，再由後道工序采用機械加工（gōng）方法去除。割（gē）冒口後立即進熱處理窯進（jìn）行（háng）退火處理，以消除鑄件鑄造應力，改（gǎi）善組織。

      3.7 鑄件熱處理工藝

      （1）鑄（zhù）後熱處理 鑄鋼件的鑄後組織中常有粗大枝晶及（jí）偏析，為消除其對鑄（zhù）件（jiàn）最終熱處理的影響，需予以均（jun1）勻化（huà）處理。鑄鋼件（jiàn）凝固冷卻後，由於各部位都有程度不同的鑄造應力（lì），所以熱處理（lǐ）時加熱（rè）速度要嚴格控製，並需中（zhōng）間保溫。

      （2）正火工藝 大齒輪調質前原始組織應為均勻細化的（de）鐵素體、珠光體組織，調質後得到均勻的回火索氏體，可獲得良好（hǎo）的綜合力（lì）學性能，同時又能減少（shǎo）變形和開裂傾（qīng）向。為滿足調質前鑄件內（nèi）部組織（zhī）要求，我們首先對大齒輪鑄件進行正火處理，以細化晶粒，均勻組（zǔ）織，提高最終調質處理（lǐ）的（de）效果，也有利於減少（shǎo）鑄態組織對調（diào）質後鑄件性能的影響，以及（jí）避免鑄件內部鑄造應力（lì）而導致齒輪（lún）淬火時（shí）變形或開裂的可能性。正（zhèng）火工藝如圖 3 所示。

      （ 3）淬火、回火溫度的控製 控製零件淬（cuì）火溫度的（de）選擇原則為：正常淬火加熱溫度的下限，淬火溫度選擇（870±10）℃，采用油冷方式；升溫過程要考慮鑄件的（de）特點，不能太快，要有入爐保溫、中間保溫過程，以減少淬火（huǒ）過程中的應力（lì），避免淬火（huǒ）缺陷的（de）產生，淬火（huǒ）保溫時間控製在3h 以內。回火溫度選擇（580±10）℃。淬火和回火加熱時在零件本體設置6支熱電偶測定實際溫度。調質處理工藝（yì）曲（qǔ）線如圖4所示。

      由（yóu）於從（cóng）爐蓋起吊到零件進入淬火介（jiè）質需要 5～7min，考（kǎo）慮此（cǐ）間溫降，在齒輪鑄件臨出爐前 20min，將爐溫提高20℃，來補償這（zhè）段時間（jiān）的溫差（chà），保證零件淬（cuì）入冷卻介質（zhì）時溫度不低於淬火（huǒ）溫（wēn）度。回火後隨爐冷卻，以減少應力。

      4 生產結果

      經過實際生產驗證，采用上述工藝生產的大齒輪（lún），表麵質量良好（hǎo），組織致密，尺寸形狀完（wán）全準確，經機械加工、銑齒，鑄件（jiàn）內部無砂眼、氣（qì）孔、裂紋、縮孔和縮（suō）鬆等缺陷（xiàn），鑄件（jiàn）加工後超聲波探傷及力學性能檢測都完全達到標準，滿足了客戶要求。