矿山机械滚筒铸件铸造工艺改进

关俊龙，王清宇

我公司为国外生产的矿山机械滚筒结构复杂，筋板较多，需组芯造型，因此难以保证尺寸，铸造难度大，同时要求对铸件外圆部分进行超声波及磁粉检测。

按原工艺生产时，在冒口补贴部分出现缩松。就此问题对原工艺作了调整，改进了传统工艺，确保铸件质量达到设计要求。

一、原工艺初步改进

由于冒口底部有缩松缺陷，初步认为是由于冒口偏小造成在增肉部分产生了二次缩松，也就是冒口的补缩能力不够。鉴于以上原因，工艺上决定采取以下方案，如图1所示。

（1）保留原有的型砂工艺，增大冒口尺寸，保证补缩铸件，并对改进工艺重新进行计算机数值凝固模拟，认为能够保证补缩铸件。

（2）模样外形尺寸不动，增加该铸件上平面圆环的厚度，修改1#芯盒，使铸件的补缩通道更加顺畅。

（3）保留原来的冷铁尺寸和放置位置。

执行该工艺后，按照首件制度各生产了三件，结果在切割冒口补贴后，没有发现原工艺出现的明显缩松，说明该改进有一定的效果，但后续加工时发现在增肉处有裂纹现象，同时有部分缩松，都出现在铸件本体上。而其余部分都达到了无损检测要求。

二、工艺再优化

鉴于以上原因，经过认真的工艺研究，怀疑仍是由于冒口增肉在收缩的过程中产生二次缩松并引起铸件本体产生缩松、裂纹，所以增大冒口的方法还不能够完全解决缩松和裂纹的问题。由于产生缩松、裂纹的原因很多，因此还应做进一步的工艺改进，现决定按以下方案试制。

1.冒口设计

（1）明冒口设计 因原工艺冒口增肉对铸件的影响较大，取消上部分大的冒口增肉，减小上部的缩裂倾向，同时为了使铸件中间部分有补缩通道，变为沿着外圆面直接做上去6个小增肉，弦长300mm。同时缩小冒口尺寸，只要保证补缩铸件的上部即可。

（2）暗冒口设计 由于取消了大增肉，铸件底部分就需要增加冒口来保证质量，同时考虑造型和气割操作方便，采取在铸件底部增加6个暗冒口的方法，由于传统的暗冒口方法不能保证很好地补缩铸件，因此改为在暗冒口上方放新型保温盖，来提高冒口的补缩效率。

2.冷铁设计

（1）由于暗冒口的补缩距离不够，也为了提高暗冒口的补缩效果，因此在暗冒口中间放冷铁。

图1 原工艺初步改进方案

（2）由于明冒口和暗冒口之间有良好的补缩通道，所以在铸件凝固中必然相互影响，导致补缩铸件不均匀一致，在铸件内部形成孔洞类缺陷。

（3）由于铸件内部结构复杂，尤其是筋板较多，热节处也就偏多，所以在铸件凝固收缩过程中必然在热节处形成缩孔。

为了解决以上问题，采取在铸件外表面加长条形冷铁方案，避免由于冷铁过厚、过密而使铸件产生裂纹。对应里圆筋板部分放18个长240mm、厚80mm外冷铁；长筋板处放6个长350mm、厚80mm冷铁，如图2所示。

3.浇注系统设计

（1）由于铸件底部用6个暗冒口，在冒口中间还有外冷铁，最大热节处也集中在暗冒口与铸件连接处，为了保证钢液平稳上升，下部采用底注式浇注系统（见图3），内浇道引到暗冒口与铸件连接处，这样可以避免外部气体随钢液卷入型腔中而产生气孔缺陷。

（2）同样在明冒口下部也是铸件的最大热节处，上部的浇注系统引到明冒口底部，可以使浇道内的气体顺利排出型腔。

4.型砂改进

（1）砂型表面采用酯硬化福建硅砂，圆角处用酯硬化铬铁矿砂。减少大面积使用铬铁矿砂，以降低型砂成本。

（2）砂芯面砂采用酯硬化铬铁矿砂，在难出砂的凹槽部面砂采用树脂铬铁矿砂，其余部分采用酯硬化石灰石砂。这样可提高型砂的退让性，减少对铸件收缩的阻碍，从而减少裂纹倾向。

5.数值模拟凝固分析

综合以上因素，在编制铸造工艺时充分考虑冒口、冷铁、浇注系统及型砂等因素的影响，进行实体建模，然后进行计算机数值凝固模拟，结果如图4所示。

模拟结果证实，以上问题的改进思路是合理的，按照此方法生产能够满足该铸件的质量要求，也证实了该工艺的可行性。

6.实际验证

根据以上工艺方案共生产了10件，均能够满足铸件质量要求，达到了预期效果。

三、结语

（1）该铸件在生产过程中，大的冒口增肉是产生缩松、裂纹的主要原因。

（2）按新的工艺方法生产，能够避免缩松、裂纹缺陷的发生。同时只对原来的模样作较小的改动，即可节省原材料的损耗。

（3）按新工艺方法生产时与原工艺方法相比，能够减小后续处理的难度，缩短铸件生产周期，保证按时交货。

（4）该工艺的试制成功应用到滚筒系列的生产，同时为该类结构铸件的生产提供了一个新的、稳定的制造方法。

图2 外冷铁设计

图3 浇注系统设计

图4 计算机模拟分析结果