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鑄鐵平臺的控制要點及難點分析
閱讀：794 發布時間：2021-8-31大型灰鑄件是 地面接收裝置的重要基礎件。其輪廓尺寸為φ5600mmx560mm，壁厚為50~80mm，鑄件材質為HT250，重34t。要求平臺尺寸穩定性高，鑄件彎曲變形量控制在8mm以內，大平面硬度差小于HB20，不允許有縮松、縮孔、夾渣、氣孔以及裂紋等鑄造缺陷，屬于重大型精密鑄件。該平臺的特點是 輪廓尺寸大，重量大，存在大平面，筋板結構布局不利鑄造，容易產生導致裂紋的鑄造應力。采用常規的砂箱模型鑄造方法生產有利于質量，但其資金投入多，生產周期長。考慮 此件為短線單臺份，決定利用現有的生產條件，采用地坑組型的方法生產鑄件。
1地坑造型生產大型平臺的難點分析
1.1鑄件散熱
地坑生產大型鑄件散熱效果不好，尤其地坑中心區域的砂床散熱條件差，造成凝固不平衡，各種元素容易形成偏析，石墨組織粗大，產生縮松及硬度不均等缺陷，影響平臺尺寸的穩定性，因此對凝固溫度場的控制提出了高的要求。
1.2地坑造型合箱
地坑造型合箱操作難度大，毛坯尺寸公差要求為CT12級，如此大型件采取地坑手工造型工藝，尺寸精度困難較大。平臺共有50塊砂芯，合箱過程中嚴格控制50塊砂芯的形與位關系，否則將導致平臺合箱出現尺寸偏差。
其鑄件不但要有良好的內在質量和準確的尺寸精度，而且要求有光潔的鑄造表面，要求鑄件所有毛坯面進行磁粉探傷，操作難度非 常大，受澆注速度限制，金屬液在極短時間內充滿鑄型，勢必造成對型芯的沖刷力的增大，容易使鑄件產生涂料脫落、夾雜等缺陷。鑄件需鑄出φ60mmx2500mm長條通孔4個，且孔內不允許存在任何鑄造缺陷。鑄件輪廓尺寸大，地坑排氣帶來困難，地坑砂床設置好排氣溝，稍有不慎就會產生嗆火，造成廢品。
1.3合金熔煉控制
平臺合金熔煉控制難度非 常大。平臺需要準備鐵液40t，現有熔化設備的能力不足，容易出現鐵液成分及溫度方面差異，影響鑄件顯微組織的均勻性，特別是 表面硬度的差異。
1.4芯撐的耐熱強度
充分考慮 芯撐的耐熱強度和金屬液澆注過程中對芯撐產生的沖擊，以避免芯撐提前軟化導致型腔移位致使尺寸變化。
2地坑造型生產平臺控制要點
2.1鑄造工藝方案及工藝參數的確定
1）型、芯工藝。為了使型、芯的尺寸精度、表面粗糙度達到要求，全部采用冷硬吠喃樹脂砂造型、制芯。型砂配比為：樹脂加入量為原砂的1.2%~1.4%，固化劑加入量為樹脂加入量的40%，24h抗拉強度大于0.8MPa。平臺的大平面是 其重要工作面，質量要求嚴格，鑄造工藝方案應該優先考慮 將大平面放置在澆注位置的下方，避免產生砂眼、氣孔等鑄造缺陷。
平臺的結構為圓形規則體，適合采用組芯成型，平臺大平面由刮板形成，此工藝將節省可觀的模型制作費用，其余由蓋芯和中間芯形成，縮尺取8/1000。
為了鑄型表面粗糙度符合要求，對鑄型要做打磨處理，鐵液凝固時間長，鐵液與型、芯相觸的時間較長，為了防止鑄件產生粘砂、夾砂、砂眼等缺陷，在型、芯轉角 處及平臺下部平面部位使用錯英粉醇基快干涂料，其他部位使用自制的水基涂料，涂料層厚度取0.6~1.5mm。機械加工余量：上部為+20mm，下部+20、側部均為+15mm。
2）澆注系統。因平臺外輪廓尺寸較大，鐵液從平臺外周引入，鐵液流至中心的行程長，因此要求澆注時鐵液要大流量充型，避免出現冷隔、涂料脫落及氧 化夾渣等缺陷。澆注系統設計成底注緩沖階梯、串聯環形半開放式澆注系統，鐵液從底部平穩有序地充滿型腔，有利于排氣、排渣。
澆注系統由澆口箱、2個φ100直澆道、1個φ80環形橫澆道，20個φ30分散布置內澆道組成。內澆道尺寸的確定要先于鑄件凝固，充分利于石墨化自補縮作用。
?、勖翱诘脑O計。由于此鑄件較大，壁厚比較均勻，因此不放置補縮冒口，只設置28個φ140出氣冒口，輔助澆口補充鑄件液態收縮量，排除上部有雜質的鐵液。主要由澆注系統補充液態收縮不足量，凝固過程利用石墨化膨脹進行自補縮。
2.2關于反變形量
大型鑄件傳統粘土砂工藝是 在下部平面預留反變形量，抵消由于熱應力及相變應力引起的大平面向上彎曲收縮變形。采呋喃樹脂砂工藝，由于鑄件附近砂型殘留強度低，鑄件自重及鑄件上部型砂的重力作用，能夠自我矯正因相變應力產生的變形。通過對去除壓鐵時間及打箱時間的嚴格控制，平臺鑄件可以不留反變形量，獲得尺寸正確的鑄件。取消反變形量方便了造型操作，簡化工藝，其機理分析如下。
呋喃自硬樹脂砂在鐵液的高溫作用下，樹脂產生分 解，樹脂砂導熱性比較差，大型平臺的熱容量較大，導致鑄件四周的砂型幾乎燒透，潰散性好，在500℃左右，殘留強度幾乎為零，這樣在鑄件自重及上部型砂的重力作用下會產生向下彎曲變形。根據平臺結構及輪廓尺寸，采用不同的保溫時間和壓鐵吊走時間，所給定的加工余量能夠變形量在較小的范圍內，滿足平臺的尺寸精度要求。
2.3地坑砂床、排氣道及散熱通道的鋪設
排氣道設置是 否通暢、合理對地坑造型成敗至關重要。鋪設排氣通道前，要地坑內多余廢砂，將地坑底部用重物夯實。將塊度為30~50mm的焦炭塊鋪墊50mmx50mm徑向輻射排氣通道8條。根據平臺輪廓尺寸鋪設200mm厚底層樹脂砂砂床。砂床下150mm，中心區域φ3000mm范圍鋪設X40環形散熱鋼管，砂床中心區域散熱條件。
地坑四周用φ100mm鐵管與焦炭通道連接，鐵管要高出地面，以利型、芯及砂床產生的氣體順暢排出。排氣管、散熱管又兼有測溫通道的功能。
2.4鑄件大平面硬度均勻性的控制
為了使鑄件組織致密、硬度均勻，對平臺底部中心區域預埋風管加速冷卻，中心區域散熱條件。在平臺外周開設內澆道，平衡各部分溫差。澆注后根據砂型監測點溫度顯 示數據的變化，及時對散熱管通風調整砂床溫度，使中心區域砂型的溫度與四周一致。
1）基準重合。平臺的高度方向有一條基準線，也有中心線，這些是 平臺的設計基準，也是 平臺加工和裝配基準，鑄型裝配時要將鑄造基準與加工基準重合，避免因基準變換而引起誤差，影響整個鑄型的裝配精度。
2）畫好組型、下芯定位線。合箱之前要先在砂床表面畫好定位線，留出下芯標記。先下好46渺芯，46#芯是 其余49塊外周砂芯的基準；21#~24#φ60mmx2500mm長條通孔芯采用鉻礦砂制作，防止粘砂，為了防止21~24#芯過長而出現彎曲，在芯子的中部與砂床預留的焊點連接固定；嚴格按照畫好的定位線依次下1~20#外型芯，25~45#內腔芯，下芯后要用直尺校驗芯子與平臺軸向基準面的垂直度。
3)組型芯下好后，在其外部應填充型砂，填砂前要用卡板在砂芯內側支撐牢固，防止尺寸變化，填砂硬化后再撤掉卡板。上型采用蓋芯，分塊制作。為防止蓋芯漲箱，合箱結束后使用墊鐵均勻支撐每塊砂芯，每塊砂芯要有至少2點墊鐵加固。
4)為防止芯撐在凝固強度不足時軟化，采用的芯撐進行支撐。
2.6壓箱及打箱
地坑造型，壓鐵的選擇與分布非 常重要，合箱后用加長壓箱鐵橫梁均布貫穿于蓋芯上方，每個蓋芯要用墊鐵與壓鐵橫梁備牢，支撐點要用力均勻，不少于2點，決不能存在虛壓點，壓箱鐵質量是 鑄件毛坯質量的5倍以上，澆注時不抬箱跑火。澆注后4~6h松動外周蓋芯墊鐵，24h后松動中心區域蓋芯墊鐵。
地坑散熱條件不好，要較砂箱生產類似件延長保溫時間，過早打箱將造成鑄件變形甚至局部開裂，打箱時間長生產周期長，占用的作業面積，打箱時鑄件溫度控制在400℃以下為宜，達到該溫度的保溫時間應不少于120h。鑄件起坑受力要均勻，出坑后平穩放置于避風干燥處，底部大平面不能存在局部著硬點。
2.7熔煉工藝的控制
1）生產設備。20t中頻感應熔化電爐1臺，10t/h兩排大間距冷風沖天爐1臺，20t電動澆包2個。
2）鐵液成分控制。爐料配比為40%廢鋼、40%回爐鐵、20%生鐵，采用雙聯熔化經增碳、錳、硅及鉻處理得到合格鐵液。這種方案的優點是 ，少用生鐵，降低了生產成本，可獲得含磷量低的鐵液，可減少生鐵遺傳性影響，鑄鐵石墨形態好，珠光體含量高，力學性能好，鑄件斷面敏感性小，鑄造后殘余應力小，尺寸穩定性好。
在灰鑄鐵件生產中，保持硫含量在0.07%一0.12%對鑄件的性能是 有益的。當鐵液中的硫含量低于0.07%時，石墨形態差，孕育效果也差。保持硫含量在0.07%一0.12%，具有并細化共晶團，改變石墨的形態，使石墨的長度變短，未端變鈍，形態變得彎曲等效果，同時還能顯著切削加工性能。但錳含量不能低，因為錳與硫形成硫化錳，適量硫化錳的存在將成為結晶晶核。鐵液硫含量低于0.07%，應加硫化鐵提高硫含量。
沖天爐前期熔煉要高溫，盡可能多加入廢鋼，廢鋼不足在中頻爐中加入，成分不符在中頻爐中進一步調整，鐵液于爐內升溫1500℃以上，進行短時間精煉(10min左右），以達到凈化鐵液的目的。通過進行碳硅分析及光譜分析兩包鐵液成分一致。
3）出鐵等待澆注。澆注需要鐵液40t，沖天爐先期熔化的20t鐵液陸續存放在中頻爐中等待、調整成分；后續沖天爐鐵液陸續存放在鐵液儲存包中，當儲存到15t時，將電爐中鐵液全部存放于20t預熱包中，包面蓋保溫覆蓋劑，運至澆注部位處于待澆注狀態；將儲存包中15t鐵液及較后5t鐵液全部倒入電爐調整成分及溫度，溫度不符合澆注溫度要求，倒包降溫，要求兩包的溫度差在20℃之內。
4）強化孕育。在出鐵液時，隨流加入SiFe75孕育劑0.2%，粒度10~14mm，加入時間為出鐵時間的80%~90%，鐵液處理后，每包鐵液加入塊度80~100mm的SiFe75孕育劑0.1%，澆注時隨流加入粒度為0.5一2mm的含銻硅鋇孕育劑0.1%。
2.8澆注
澆注溫度高低對平臺鑄件質量影響很大，鐵液澆注溫度過高，易產生縮孔、縮松及粘砂缺陷；澆注溫度過低，鐵液流程長，流動性變差，易產生對口流缺陷，澆注溫度確定為1300~1350℃。澆注時，要鐵液始終充滿澆口箱，避免澆包中的浮渣進入型腔產生夾渣缺陷，要在澆口箱中做擋渣設計。