1 結構特點

      我公司鑄造的雙幅板結（jié）構（gòu）的大齒輪，鑄件最大輪廓尺寸為（wéi）φ1967mm×775mm，鑄件單重為13t。要求做靜平衡試驗，不平衡性在外徑上不得大於 3kg，鑄件要（yào）求超聲（shēng）波（bō）探傷檢查達到標（biāo）準二級（jí）以（yǐ）上（shàng），鑄件不得有裂紋、氣孔（kǒng）等影響機械強度的缺陷（xiàn）。

      2 鑄造工藝性分析

      由於齒輪屬於尺寸較大的簡單旋轉（zhuǎn）體（tǐ）類鑄件，鑄件高（gāo）度不大（dà），並且是單件（jiàn）生產，用量（liàng）不（bú）是很大，因此我們采用刮板造型。可省去製作大型木模的時間，而且會節約（yuē）大量（liàng）的木材消耗。由於鑄件輪緣部分厚大（dà），與（yǔ）中間筋板壁厚相差較大，鑄件在凝固過程中易形成（chéng）裂（liè）紋，輪緣與輪（lún）輻交接處形成熱節，易形成（chéng）縮孔、縮鬆缺陷。因此，必須采用順序凝（níng）固原則進行鑄造，並結合適當的冒口補貼（tiē）和外冷鐵設計，以消除縮孔、縮鬆缺陷。

      2.1 主（zhǔ）要工（gōng）藝參數

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

      （3）工藝補正量 為了彌補由於鑄造收縮率與實際不符，在個別情況下，由於下芯、合箱造（zào）成的（de）偏差，以及保（bǎo）證齒輪強度，在齒（chǐ）輪輪緣背麵設置工藝補正量（liàng）數值為 3mm。

      2.2 凝固順序選擇（zé）

      由於鑄件（jiàn）輪緣和輪轂部（bù）分厚大，與輻板交接處形成熱節區，容易形成縮孔、縮（suō）鬆（sōng）缺陷。為（wéi）此采用順序（xù）凝固原則進行鑄造，在輪緣、輪轂處分別設置冒口。澆（jiāo）注（zhù）後薄壁的輻板和筋板先凝固，其液（yè）態和凝固收縮分別由厚壁的輪緣和（hé）輪轂處的鋼液補給，冒口最後凝固，用來補給（gěi）輪緣及輪轂處（chù）凝固時所需的鋼液（yè），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，一般設置一個冒口，冒口根部厚度也是軸（zhóu）孔（kǒng）補貼厚度，設計為輪轂熱節圓（yuán）直徑的 1.3 倍，軸孔補貼高度設計為輪轂高度的 2/5，冒口高度（dù）設計為 600mm。

      （2）輪緣冒口 根（gēn）據理論計算並結合實際經驗，設計冒口型號為腰形冒口（kǒu） 450mm×300mm×600mm 共 6 個，補貼（tiē）厚（hòu）度為 70mm，高（gāo）度從下層幅（fú）板的中間開始，冒口的位置設置（zhì）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（yè）快速充滿型腔，減少鋼液對上箱的烘烤時間，避免出現夾砂（shā）缺陷，我（wǒ）們設（shè）計了開放式（shì）底反（fǎn）澆注係統，直澆道（dào）采用φ120mm一道，橫澆道（dào）采用φ100mm 兩道從（cóng）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耐火（huǒ）磚管砌成，保證充型平穩，防止衝（chōng）砂（shā），減少夾砂缺陷。冒（mào）口、澆（jiāo）注係（xì）統設（shè）置工藝如圖 1b所示（shì）。

      為了提高冒口中的鋼液溫度，當鋼液澆到冒口的 1/3 處時，應立即加入冒口覆蓋劑。

      （4）凝固模擬驗證 按照以上工藝設置，我們又用模擬軟件進行（háng）最終凝固模擬驗證（zhèng），從模擬結果可以看出，縮孔、縮鬆（sōng）都（dōu）集中在冒口內，鑄件上沒有縮孔（kǒng）、縮鬆等鑄造缺陷出現，說明設計（jì）的（de）工藝方案是正（zhèng）確的。

      3 鑄造生產（chǎn）質量控製

      3.1 模樣製（zhì）作

      由於鑄件生產批量（liàng）不是很大，鑄（zhù）件為旋轉（zhuǎn）體結構，確定外模采用刮板造型（xíng），采用車板手工造型可省去製作大型（xíng）木模的時間，而且（qiě）會節約大量的木材消耗。芯盒采用實樣（yàng）芯盒，脫落式結構，保證芯盒強度，防止製芯過（guò）程中砂芯變（biàn）形，鑄造圓角要從外模及芯盒中做出來。模（mó）樣分（fèn）型（xíng）負數設計為所示。

      3.2 造型與製（zhì）芯

      製芯時，緊實度要均勻，表麵要光潔，保證排氣通（tōng）暢，為減少砂型在鑄件凝固過程中產生的收縮阻礙，防止裂（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位全部用鉻鐵礦砂（shā），厚（hòu）度在 15mm 以上。操作上要（yào）注意保證（zhèng）芯骨（gǔ）強度，芯骨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（shā），在外表麵覆 10～15mm 厚鉻鐵礦砂（shā），防止（zhǐ）出現粘砂缺陷。砂芯製作完畢後（hòu），表麵塗刷兩遍（biàn）醇基（jī）鋯（gào）英粉塗料。由於石灰石砂發氣量較大，造型時要注意上下箱（xiāng）多紮（zhā）出氣眼，保證出氣暢通。澆注係統采用專用（yòng）陶瓷耐火磚管，擺放澆道管時要仔細，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。芯頭下部要多紮出氣孔，防（fáng）止澆注時出氣不暢，導致鑄件產生氣孔缺陷。冒口出氣眼周圍要用麵砂修光吹幹，防止合箱時從出氣眼處掉進散砂。為防止合箱時（shí）上下（xià）箱（xiāng）錯位（wèi），方便合箱，采用（yòng）圓線和十字線複合定位（wèi）方式。砂（shā）型及砂芯要（yào）進烘幹窯充分烘幹。

      3.3 下芯

      下芯前要先將砂型清理幹淨，然後塗刷兩遍醇基鋯英粉塗料，充分（fèn）烘幹後，開始下芯，注意檢查砂芯和芯頭部位各出氣孔是否暢通，下好砂芯後，按圖樣檢查型腔是否符合尺寸要（yào）求，然後（hòu）再將砂芯上的吊鼻用水玻璃石英砂修補好，用CO2氣體吹（chuī）幹後，刷兩遍醇基鋯英粉塗料，烘幹後再將型腔內散（sàn）砂重新（xīn）清（qīng）理一遍。

      3.4 合箱

      合箱前要（yào）先（xiān）將下部芯頭棱角磨成圓角，防止（zhǐ）下芯（xīn）過程中砂芯下不到底，注（zhù）意檢（jiǎn）查芯頭、芯座出（chū）氣孔是否暢通，尺寸形狀是否符合圖樣要求，澆冒口係統內和型腔（qiāng）內是否幹淨，以及芯頭、芯座間隙是否填（tián）嚴，防止鋼液鑽入或跑火，芯（xīn）頭（tóu）和分型麵四（sì）周間隙應放石棉（mián）繩，保證砂芯不（bú）竄（cuàn）位（wèi），分型麵處不跑火。下芯、合箱過程中，一定要對準（zhǔn）合箱線，防止碰壞砂型及砂芯，型腔內殘留砂需反（fǎn）複清理幹淨，保證澆注係統暢通，扣箱時注（zhù）意觀察是否有砂塊脫落，防止砂塊從冒（mào）口內掉進型腔。

      3.5 熔煉澆注

      采用10t 三相電弧爐熔煉，氧化脫碳量控製在 WC＝0.45%～0.50%，還原渣用白渣，爐渣中 WFeO≤0.5%，每噸鋼液終脫氧插鋁量為0.6～0.8kg，化學成分盡量按標準（zhǔn）範圍中下限控製，保證熔煉鋼液合格後才可出鋼（gāng），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（gāng）件的收縮值增大，氣體含量增大，鋼液對鑄型（xíng）的熱作用增強，使大齒輪容易產生縮孔、氣孔、變形、裂紋（wén）和粘砂等缺陷。當澆注溫度（dù）過低時，鋼液的流動性差，使鑄件易產生冷隔（gé）、澆（jiāo）不足（zú）、夾雜等缺陷（xiàn）。我們確（què）定大齒輪的出鋼溫度（dù）控製在（zài） 1580～1590℃。鋼（gāng）包使用前要進行烘烤，烘烤溫（wēn）度＞700℃。鋼液出爐後進（jìn）行（háng）底吹氬，以淨化鋼液，鎮靜後澆注溫度控製在 1530～1540℃。澆注開始（shǐ）時緩慢澆注，隨後全速澆（jiāo）注，鋼液上升到冒口後減速澆注，並立（lì）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 鬆開箱卡。

      3.6 鑄件打箱、清理

      鑄件打箱（xiāng）清理這（zhè）道工序雖然簡（jiǎn）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，會使紅熱鑄件暴露在大氣中激（jī）冷，容易產生變形和裂紋；打箱過晚，上述缺（quē）陷雖（suī）可避免，但占用場地，影響生產周（zhōu）期，依據理論計算和實際生產經驗，我們確定打箱時間為 120h。為（wéi）提高生產效率，節約成本，采用清砂後餘熱 200℃ 以上熱割除冒口，在冒口根部留餘量 30～40mm，再由後道工序采用機械（xiè）加工方法去除。割冒口後立即進（jìn）熱處理窯進行退火（huǒ）處理，以消除鑄件鑄（zhù）造應力，改善組織。

      3.7 鑄件熱處理（lǐ）工藝

      （1）鑄後熱處理 鑄（zhù）鋼件的鑄後組（zǔ）織中（zhōng）常有粗（cū）大枝晶及偏析，為消除其對鑄件最終熱處（chù）理的影（yǐng）響，需予以均勻化處理。鑄鋼件凝固冷卻後，由於各部位都有程度不同（tóng）的鑄造應力，所以熱處理時加熱速度要嚴格控製，並需中間保溫。

      （2）正火（huǒ）工藝 大齒輪調質前原始組織應為均勻細化的鐵素體、珠（zhū）光體組織，調質後得到（dào）均勻的回火索氏體，可獲得良好的綜合力學性能，同時又能減（jiǎn）少（shǎo）變形和開裂傾向。為滿足調質前鑄件（jiàn）內部組織要求（qiú），我們首先對大齒輪（lún）鑄件進行正火處理，以細化晶粒，均勻組織，提高最終調質處理的效（xiào）果，也有（yǒu）利（lì）於減少鑄態組織對調質後鑄件性能的影響，以及避免鑄件內部（bù）鑄造應力（lì）而導致齒輪淬（cuì）火時變形或開裂的可能（néng）性。正火工藝如圖 3 所示。

      （ 3）淬火（huǒ）、回火（huǒ）溫度的控製 控製零件淬火溫度的選擇原則為：正常淬（cuì）火加（jiā）熱溫度的下（xià）限，淬火溫度選（xuǎn）擇（870±10）℃，采用油冷方式（shì）；升（shēng）溫過程要考慮鑄件的特點，不能（néng）太快（kuài），要有入爐保溫、中（zhōng）間保溫過程，以減少淬火過（guò）程中（zhōng）的應力，避免（miǎn）淬火缺陷的產生，淬火保溫時間控製在3h 以內。回火（huǒ）溫度選擇（580±10）℃。淬火和回火加熱時（shí）在零件本體設置6支熱電偶測定實際溫度（dù）。調（diào）質處理工藝（yì）曲線如圖4所示。

      由於從爐蓋起吊到零件進（jìn）入淬火介（jiè）質需要 5～7min，考慮此間溫降，在齒輪鑄件臨出爐前 20min，將爐溫（wēn）提高20℃，來（lái）補償這段時間的溫差，保證（zhèng）零件（jiàn）淬入冷卻介質時溫度不低於淬火溫度。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，表麵質量良好，組織致密（mì），尺（chǐ）寸形狀完全（quán）準確，經機械加工、銑齒，鑄件內部無砂眼、氣孔、裂紋、縮孔（kǒng）和縮鬆等缺陷，鑄件加工後超聲波（bō）探傷及力學性能檢測都（dōu）完（wán）全（quán）達到（dào）標準，滿足了客戶要求（qiú）。