| 輪盤類鑄鐵件鑄造工藝其實不簡單 |
一、輪盤類鑄鐵件的鑄造工藝現(xiàn)狀 輪盤類鑄鐵件是指直徑遠大于高度的一類鑄件。一般中間軸孔加工要求較高，輪轂與輪緣兩部分較厚，而輻板處壁較薄，易造成溫度不均勻，且溫差大。輪轂與輪緣是兩個熱節(jié)區(qū)，若鑄造工藝不合理，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松及裂紋缺陷。目前，國內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)輪盤類鑄件都是采用普通粘土砂造型單件鑄造，切線澆口注入，輪轂處采用冒口補縮或與冷鐵配合使用的鑄造方法。此方法占用場地大，工藝出品率、成品率及生產(chǎn)效率低，鑄件表面質(zhì)量差。 我們接到輪盤類鑄鐵件－冷床滾盤（5700多件）的生產(chǎn)任務后，要解決的首要問題是鑄造工藝的研究,要求該工藝簡單,使對鑄造不熟悉的工人能夠進行操作，要求能減少造型及澆注面積，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下能滿足生產(chǎn)需要。在研究鑄造工藝的時候又遇到了材質(zhì)方面的問題,制作的滾盤脆性很大,根本無法用于生產(chǎn)中。通過對鑄件的鑄造工藝及材質(zhì)攻關(guān)研究了一種新型的輪盤類鑄鐵件的鑄造工藝,生產(chǎn)出了合格的滾盤。 二、主要攻關(guān)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù) �。保馁|(zhì)的攻關(guān) 滾盤是冷床設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，要求表面質(zhì)量好，耐熱性能高，而鑄鐵件的耐熱性能主要取決于其高溫抗氧化性（即當鑄鐵氧化時表面形成的氧化膜是否具有保護作用）及鑄鐵的生長（即在高溫下工作的鑄鐵件其尺寸發(fā)生不可逆膨脹的現(xiàn)象）。這兩種性能都與鑄鐵的化學成分密切相關(guān)。而鑄鐵件的強度及耐沖擊性主要取決于合金元素的多少，因此研究鑄件的材質(zhì)就成為很重要的問題。為此我們對材質(zhì)進行了攻關(guān)，對化學成分進行了合理的選擇，既提高了鑄件的耐熱性又保證了鑄件的力學性能。滾盤原設(shè)計材質(zhì)為RQTSi5，其化學成分（%）為：wC＝2.30%～2.89%，wSi＝4. 5%～5.5%，wMn＝0.50%～0.77%，wP＝0.06%～0.09%，wS＝0.062%～0.089%，wCr＝0.38%～0.49%。其力學性能如下：抗拉強度140～220MPa，硬度160～270 HBW。最高使用溫度為750～900℃。此種材質(zhì)由于硅含量高，提高了鑄鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度，因此鑄件脆性很大，不適宜生產(chǎn)壁厚不均的脆裂敏感件，而滾盤恰屬于這種結(jié)構(gòu)的鑄件，結(jié)果剛開始生產(chǎn)時因材質(zhì)問題造成了大量廢品。另外由于RQTSi5這種材質(zhì)脆性大，成品率低，目前國內(nèi)大多數(shù)廠家已經(jīng)不用這種材質(zhì)制作滾盤。鑒于上述情況，為了避免滾盤的成批報廢，保證中厚板工程的順利開工，試制一種新興的材質(zhì)供制作滾盤用成為當務之急。我們通過多次試驗、論證，決定采用我們研制的新材質(zhì)，其化學成分為：wC＝3.05%～3.51%，wSi＝2.9 %～3.5% ， wMn＝0.24%～0.56%，wP＝0.05%～0.09%，wS＝0.010%～0.030%，wMo＝0.29%～0.6%。 其力學性能如下：抗拉強度580～695MPa，伸長率8%～18%，硬度210～280 HBW。最高使用溫度為750～900℃。由于研制的材質(zhì)性能好，成品率高，得到了用戶的認可。 材質(zhì)確定后，對材質(zhì)的配料、球化工藝、孕育劑及孕育工藝、爐前質(zhì)量控制等進行了攻關(guān)，取得了成功，使?jié)L盤的各項力學性能都達到了鑄鐵車間有史以來的最好水平。 2．熔煉工藝的攻關(guān) 化學成分確定后要得到高質(zhì)量的鐵液，必須有合理的熔煉工藝，對于耐熱球墨鑄鐵鑄件來說球化處理又尤為重要(即孕育劑及球化工藝的選擇)。球化處理好鑄件的力學性能也好。我們通過攻關(guān)選擇了合適的孕育劑，制定了合理的球化工藝，使鐵液得到很好的球化處理，既提高了鑄件的強度，又提高了其伸長率，效果非常好。 （1）球化劑的選擇 球化劑的質(zhì)量直接影響球化效果，影響鐵液及鑄件的質(zhì)量。我們通過多次試驗、論證，最后確定球化劑采用ReMg5-8輕稀土，孕育劑采用75SiFe以及獨特的能顯著提高鑄鐵強度及伸長率的長效孕育劑。 （2）球化處理 要得到高質(zhì)量的鑄件，孕育劑及球化工藝的選擇也很重要。通過攻關(guān)我們選擇了合適的孕育劑，制定了合理的球化工藝，既提高了鑄件的強度，又提高了其伸長率，效果非常好。 球化處理采用堤壩包，必須徹底烘干。各種合金必須預熱。堤壩包內(nèi)加入合金從下到上依次為：輕稀土合金1.8%→孕育劑0.8%→蓋鐵板或鐵末（根據(jù)鐵水溫度）→堿面0.5%。出鐵2/3，等反應完畢二次出鐵至所需量，并隨流加入0.6%的鉬鐵，0.6%的孕育劑，扒凈渣。 3.鑄造工藝的攻關(guān) 為了創(chuàng)精品工程，我公司對滾盤的表面質(zhì)量、尺寸公差、加工量都提出了高于國標的要求，而滾盤批量大，工期緊，為了搶進度，車間又只好使用了一些對鑄造工藝不熟悉的臨時工生產(chǎn)滾盤，這就對滾盤的工藝提出了極高的要求，我們對鑄造工藝進行了攻關(guān)。 滾盤的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 |
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（1）造型工藝研究 從零件結(jié)構(gòu)可以看出，該件輪轂處比較厚，輻板處比較薄。目前，國內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的鑄件都是采用普通砂型單件鑄造，在輪轂處放冒口，采用切線澆口。采用這種工藝，工藝出品率、成品率低，生產(chǎn)效率也低。若采用普通砂型單件鑄造，生產(chǎn)5700件滾盤要在要求的時間內(nèi)完成，每天需要生產(chǎn)滾盤144件，需要砂箱288副，金屬型16件，需要足夠的造型及澆注面積，而且工藝復雜，對鑄造不熟的工人無法操作，滿足不了生產(chǎn)要求。為此，我們通過比較選擇了金屬型樹脂砂組芯疊澆工藝，即采用金屬型芯盒樹脂砂制芯，然后將砂芯落在一起**箱圈進行澆注的方法。采用此種工藝只需8副金屬型芯盒即可滿足生產(chǎn)的需要。每個直澆道澆注3摞，每摞澆注8件，一塊底板同時澆注48件。由于采用共同的澆注系統(tǒng)鑄件出品率高，且采用樹脂砂造型鑄件表面質(zhì)量好。 （2）工裝的設(shè)計及制作 工藝確定后，我們對所需的工裝進行了設(shè)計與制作，如圖2所示。 （3）芯砂的配比、混制及砂芯的制作 采用樹脂砂組芯疊澆工藝，芯砂的配制是關(guān)鍵。剛開始生產(chǎn)時，由于樹脂與固化劑的配比不當，結(jié)果砂芯很難從金屬型中取出，砂芯的表面質(zhì)量很差，攻關(guān)組的技術(shù)人員不分晝夜堅持試驗，通過對幾種配比的試制最終確定了樹脂、固化劑與原砂的配比，制作出了合格的砂芯。 配比：0.45～0.224mm（40/70目）擦洗砂100%，樹脂為原砂重量的1.8%～2%，固化劑為樹脂量的30%～-50%。 混制：樹脂砂的混制采用S2512C混砂機，將所稱量的原砂加入混砂機后接著加入固化劑，開機攪拌8～10min，再加入樹脂，混碾8～10min，然后出砂。 砂芯的制作：制作前將芯盒內(nèi)表面擦干凈，涂上脫模劑，制芯時舂砂要均勻，修芯時要保證尺寸準確，制好的芯子按順序編號，用醇基石墨涂料刷兩遍，刷涂料點燃后用干布將砂芯表面打磨光潔。 �。�4）澆注系統(tǒng)的選擇 澆注系統(tǒng)的尺寸直接影響到鑄件的質(zhì)量，澆注系統(tǒng)面積過小易形成澆不足、冷隔等缺陷，過大很難從鑄件上清理下來。該鑄件材質(zhì)為球墨鑄鐵件，我們在剛開始生產(chǎn)時采用在軸頭處開設(shè)4個內(nèi)澆道，結(jié)果因清理澆口造成滾盤報廢的情況時有發(fā)生。后來我們根據(jù)鑄件的形狀和重量，通過試驗選擇了合理的澆注系統(tǒng)，生產(chǎn)出合格的鑄件。我們充分利用了其石墨化膨脹具有自補縮的特點采用了無冒口補縮的鑄造方法，只在每件滾盤軸頭處開設(shè)兩個80mm×40mm的扁澆口。這種澆注系統(tǒng)不僅節(jié)約了鐵液，而且減少了清理澆冒口的工時，鑄件表面質(zhì)量也好。 �。�5）疊澆滾盤數(shù)量的確定 采用疊澆工藝，每次澆注鑄件的數(shù)量直接影響到鑄件的質(zhì)量。澆注數(shù)量太多鑄件容易因補縮不好易形成縮孔，澆注數(shù)量太少，勞動生產(chǎn)率及工藝出品率太低。攻關(guān)組人員在開始試制時為了保證質(zhì)量，每摞只澆注6件，隨著生產(chǎn)經(jīng)驗的不斷積累，根據(jù)我們的精心計算，我們現(xiàn)在每摞澆注達到8件，每3摞一個直澆道，結(jié)果既保證了鑄件質(zhì)量，又提高了勞動生產(chǎn)率。 �。�6）澆注溫度的選擇 澆注溫度過高鑄件易形成氣孔、縮孔等缺陷，澆注溫度過低易形成澆不足，表面出現(xiàn)鐵豆等缺陷，我們通過試驗規(guī)定了合理的澆注溫度為1280～1300℃，制作出合格的鑄件。 �。�7）打箱時間的控制 打箱過早鑄件易變形，過晚影響后面的澆注。我們根據(jù)鑄件的尺寸及數(shù)量規(guī)定了打時間為6h。 通過上述工藝的制定和控制，我們研制出了合格的滾盤 三、質(zhì)量檢測 為了保證生產(chǎn)的滾盤質(zhì)量，我們制定了嚴格的檢測制度：對每件滾盤都規(guī)定必須附鑄檢測用的試塊，對試塊的力學性能、金相組織、化學成分進行100%檢驗，不合格的堅決不出廠。 我們研制的滾盤的金相組織、化學成分、力學性能如下。 �。�1）金相組織為鐵素體，石墨形態(tài)為球狀，球化級別為3級。 �。�2）化學成分（任抽出3組）如表1所示。 �。�3）力學性能如表2所示。 四、生產(chǎn)效果 (1)采用金屬型樹脂砂組芯多組疊澆工藝研制的滾盤強度高，表面質(zhì)量好，其各項性能遠超過原設(shè)計材質(zhì)，滿足了用戶的需要。 （2）采用的該工藝后，砂鐵比僅為1.5：1，遠低于國內(nèi)先進工藝水平的砂鐵比（3～4.5）：1，節(jié)約大量的樹脂砂。 （3）該工藝操作簡單，并使質(zhì)量有了保證。鑄鐵車間在使用大量不熟練操作工的情況下同樣生產(chǎn)出了高質(zhì)量的滾盤。 �。�4）生產(chǎn)率提高兩倍以上，不但節(jié)省了人工工時，還節(jié)省了大量砂箱費用。 �。�5）由于多組多件滾盤采用共同的澆注系統(tǒng)且不需加冒口，鑄件出品率高達95％，遠高于普通工藝方法的70％左右的工藝出品率。由于澆注系統(tǒng)截面積小，只需輕輕錘擊即可完成清理，**減少了切割鑄件澆冒口的工時。 我公司生產(chǎn)的滾盤在中厚板廠投入生產(chǎn)使用以來，運行情況良好，工作平穩(wěn)正常，沒有出現(xiàn)因滾盤質(zhì)量而造成冷床劃傷、碰傷鋼板、鋼板跑偏等現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)效率，保證了我廠生產(chǎn)的正常運行，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。 五、結(jié)語 通過對滾盤材質(zhì)及鑄造工藝的攻關(guān)，我們按期保質(zhì)保量地完成了滾盤的鑄造任務，為我公司中厚板工程的順利開工打下了基礎(chǔ)。由于此種工藝效率高，鑄件表面質(zhì)量好。 |
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