床身类铸件铸造工艺改进

张亮，尚永兵

河北宣工机械发展有限责任公司 河北张家口 075000

1 序言

0D320400012底座是宁夏小巨人机床有限公司430立式铣床的重要零件，材质HT300，重量1200kg，表面质量和铸件尺寸要求严格，机加工时要求两个轨道面不能有任何铸造缺陷。我公司采用呋喃树脂砂造型工艺生产此铸件，在生产中发现该铸件废品率高，为此我们通过工艺改进降低了废品率，为客户提供满意的铸件。

2 生产工艺

铸件形状复杂，外形尺寸（长×宽×高）为1612mm×1165mm×425mm，对造型过程提出较高的要求。铸件外观如图1所示。

图1 底座铸件外观

该铸件采用木模样，呋喃树脂砂造型，中频感应电炉熔炼铁液。

3 生产现状调查

对2020年该产品所发生的废品进行统计，共生产130件，废品14件，废品率高达10.7%。主要废品统计结果见表1。

由表1可以看出，变形缺陷占废品的50%，因此变形缺陷是该铸件最主要的质量问题。

表1 废品统计

4 变形缺陷原因分析

（1）影响因素分析 影响变形缺陷的因素如图2所示。

图2 影响变形缺陷的因素

（2）要因确认 对于现场实际生产情况进行跟踪观察，对以上影响因素进行要因确认。

1）由于该铸件属于大型件，每天只生产1～2件，每型的起模时间均在60min左右，并且对起模后的铸型强度和硬度进行检测，均符合要求，为此排除因起模较早而产生变形的原因。

2）在模样组对模型底板进行检查，发现支撑不同点检测，底板4个角总有1个低于其他3个。由于模型底板刚度差，导致模样变形是造成变形的一个原因。

3）当型砂强度低时，铁液的静压力会造成型壁外移，影响铸件的尺寸精度。经查阅每天的型砂检验记录，并且对铸型取样做抗拉强度测试，在0.6MPa以上，满足强度要求。因此，排除砂型强度不足生产的变形原因。

4）底座铸件材质要求为HT300，硬度179～240HBW。经对缺陷铸件硬度检测，发现硬度普遍在160～180HBW，低于要求值。对其进行化学成分分析发现，wC＝3.34%，wSi＝1.88%，wMn＝0.68%，wP＝0.058%，wS＝0.060%。而我厂对HT300牌号材质的成分要求为wC＝3.10%～3.25%，wSi＝1.8%～2.1%，wMn＝0.8%～1.0%，wP≤0.1%，wS＝0.05%～0.08%，化学成分不合格。对于灰铸铁，当强度较低时，铸件的内应力变小，不易造成铸件变形，但若铸件的硬度、强度过低，易导致铸件在起吊、喷砂、打磨、搬运等过程中产生变形，因此铸件材质牌号低也是造成变形的一个原因。

5）该铸件形状复杂，壁厚差较大，在冷却过程中会产生应力，需缓慢冷却。经实际跟踪确认，铸件开箱时间均在8～12h，符合缓慢冷却工艺要求。因此，排除铸件开箱时间早是造成变形的原因。

6）该铸件采用从轨道两段底注式的浇注系统，由于铸件长度尺寸过大，内浇口分布不均匀，在冷却过程中内浇口处冷却速度慢，造成应力集中，因此浇注系统不合理是造成变形的另一个原因。铸件浇注系统如图3所示。

图3 铸件浇注系统

7）经对造型现场实际检查，造型场地为250mm厚的混凝土地面，平整度良好。因此，造型现场不平整度不是造成变形的原因。

通过以上原因分析，可以得出造成变形的主要因素有三点：①模型底板刚度差。②铸件材质牌号低。③浇注系统不合理。

5 改进措施

1）针对底板刚度不足问题，在模型底部增设加强筋，使地面对模型有足够的支撑点，确保在造型过程中底板变形量＜2.0mm。

2）针对铸件材质牌号低，在配料时加入0.5%的Cr[1]，并且严格控制其他化学成分在要求的范围内，以保证铸件材质，同时对改进后的铸件进行硬度检测，发现改进后的铸件硬度普遍在190～220HBW，符合客户要求。

3）改进浇注系统，在两轨道底端采用φ30mm陶瓷管作为浇口，并且在铸件一侧开设三道50/60mm×9mm内浇口，以解决浇口分布不均匀的问题，改进后的浇注系统如图4所示。

图4 改进后的浇注系统

6 改进效果

自2021年1—6月我公司采用新工艺生产该铸件共计135件，废品4件，废品率2.96%。主要废品统计结果见表2。

表2 改进后铸件废品统计

通过工艺改进前后废品率对比可以发现，变形问题得到了彻底解决。

7 结束语

在实际生产中发现，对于床身类铸件，由于其形状复杂、壁厚不均匀，因此在制作铸造模型时要考虑其自身的强度，确保在生产中不影响铸件的质量；在开设浇注系统时要考虑其冷却过程产生的应力，防止应力集中；要严格控制灰铸铁件的化学成分，保证其达到要求的性能。