大型灰鑄件是 地面接收裝置的重要基礎(chǔ)件。其輪廓尺寸為φ5600mmx560mm，壁厚為50~80mm，鑄件材質(zhì)為ht250，重34t。要求平臺(tái)尺寸穩(wěn)定性高，鑄件彎曲變形量控制在8mm以內(nèi)，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(tái)的特點(diǎn)是 輪廓尺寸大，重量大，存在大平面，筋板結(jié)構(gòu)布局不利鑄造，容易產(chǎn)生導(dǎo)致裂紋的鑄造應(yīng)力。采用常規(guī)的砂箱模型鑄造方法生產(chǎn)有利于質(zhì)量，但其資金投入多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)?？紤] 此件為短線單臺(tái)份，決定利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，采用地坑組型的方法生產(chǎn)鑄件。
1地坑造型生產(chǎn)大型平臺(tái)的難點(diǎn)分析
1.1鑄件散熱
地坑生產(chǎn)大型鑄件散熱效果不好，尤其地坑中心區(qū)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(chǎn)生縮松及硬度不均等缺陷，影響平臺(tái)尺寸的穩(wěn)定性，因此對(duì)凝固溫度場(chǎng)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(jí)，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(tái)共有50塊砂芯，合箱過程中嚴(yán)格控制50塊砂芯的形與位關(guān)系，否則將導(dǎo)致平臺(tái)合箱出現(xiàn)尺寸偏差。
其鑄件不但要有良好的內(nèi)在質(zhì)量和準(zhǔn)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(jìn)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(shí)間內(nèi)充滿鑄型，勢(shì)必造成對(duì)型芯的沖刷力的增大，容易使鑄件產(chǎn)生涂料脫落、夾雜等缺陷。鑄件需鑄出φ60mmx2500mm長(zhǎng)條通孔4個(gè)，且孔內(nèi)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(shè)置好排氣溝，稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生嗆火，造成廢品。
1.3合金熔煉控制
平臺(tái)合金熔煉控制難度非 常大。平臺(tái)需要準(zhǔn)備鐵液40t，現(xiàn)有熔化設(shè)備的能力不足，容易出現(xiàn)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(qiáng)度
充分考慮 芯撐的耐熱強(qiáng)度和金屬液澆注過程中對(duì)芯撐產(chǎn)生的沖擊，以避免芯撐提前軟化導(dǎo)致型腔移位致使尺寸變化。
2地坑造型生產(chǎn)平臺(tái)控制要點(diǎn)
2.1鑄造工藝方案及工藝參數(shù)的確定
1）型、芯工藝。為了使型、芯的尺寸精度、表面粗糙度達(dá)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(qiáng)度大于0.8mpa。平臺(tái)的大平面是 其重要工作面，質(zhì)量要求嚴(yán)格，鑄造工藝方案應(yīng)該優(yōu)先考慮 將大平面放置在澆注位置的下方，避免產(chǎn)生砂眼、氣孔等鑄造缺陷。
平臺(tái)的結(jié)構(gòu)為圓形規(guī)則體，適合采用組芯成型，平臺(tái)大平面由刮板形成，此工藝將節(jié)省可觀的模型制作費(fèi)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(duì)鑄型要做打磨處理，鐵液凝固時(shí)間長(zhǎng)，鐵液與型、芯相觸的時(shí)間較長(zhǎng)，為了防止鑄件產(chǎn)生粘砂、夾砂、砂眼等缺陷，在型、芯轉(zhuǎn)角 處及平臺(tái)下部平面部位使用錯(cuò)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(jī)械加工余量：上部為+20mm，下部+20、側(cè)部均為+15mm。
2）澆注系統(tǒng)。因平臺(tái)外輪廓尺寸較大，鐵液從平臺(tái)外周引入，鐵液流至中心的行程長(zhǎng)，因此要求澆注時(shí)鐵液要大流量充型，避免出現(xiàn)冷隔、涂料脫落及氧 化夾渣等缺陷。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)成底注緩沖階梯、串聯(lián)環(huán)形半開放式澆注系統(tǒng)，鐵液從底部平穩(wěn)有序地充滿型腔，有利于排氣、排渣。
澆注系統(tǒng)由澆口箱、2個(gè)φ100直澆道、1個(gè)φ80環(huán)形橫澆道，20個(gè)φ30分散布置內(nèi)澆道組成。內(nèi)澆道尺寸的確定要先于鑄件凝固，充分利于石墨化自補(bǔ)縮作用。
③冒口的設(shè)計(jì)。由于此鑄件較大，壁厚比較均勻，因此不放置補(bǔ)縮冒口，只設(shè)置28個(gè)φ140出氣冒口，輔助澆口補(bǔ)充鑄件液態(tài)收縮量，排除上部有雜質(zhì)的鐵液。主要由澆注系統(tǒng)補(bǔ)充液態(tài)收縮不足量，凝固過程利用石墨化膨脹進(jìn)行自補(bǔ)縮。
2.2關(guān)于反變形量
大型鑄件傳統(tǒng)粘土砂工藝是 在下部平面預(yù)留反變形量，抵消由于熱應(yīng)力及相變應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力產(chǎn)生的變形。通過對(duì)去除壓鐵時(shí)間及打箱時(shí)間的嚴(yán)格控制，平臺(tái)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(jiǎn)化工藝，其機(jī)理分析如下。
呋喃自硬樹脂砂在鐵液的高溫作用下，樹脂產(chǎn)生分 解，樹脂砂導(dǎo)熱性比較差，大型平臺(tái)的熱容量較大，導(dǎo)致鑄件四周的砂型幾乎燒透，潰散性好，在500℃左右，殘留強(qiáng)度幾乎為零，這樣在鑄件自重及上部型砂的重力作用下會(huì)產(chǎn)生向下彎曲變形。根據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)及輪廓尺寸，采用不同的保溫時(shí)間和壓鐵吊走時(shí)間，所給定的加工余量能夠變形量在較小的范圍內(nèi)，滿足平臺(tái)的尺寸精度要求。
2.3地坑砂床、排氣道及散熱通道的鋪設(shè)
排氣道設(shè)置是 否通暢、合理對(duì)地坑造型成敗至關(guān)重要。鋪設(shè)排氣通道前，要地坑內(nèi)多余廢砂，將地坑底部用重物夯實(shí)。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(jù)平臺(tái)輪廓尺寸鋪設(shè)200mm厚底層樹脂砂砂床。砂床下150mm，中心區(qū)域φ3000mm范圍鋪設(shè)x40環(huán)形散熱鋼管，砂床中心區(qū)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(chǎn)生的氣體順暢排出。排氣管、散熱管又兼有測(cè)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(duì)平臺(tái)底部中心區(qū)域預(yù)埋風(fēng)管加速冷卻，中心區(qū)域散熱條件。在平臺(tái)外周開設(shè)內(nèi)澆道，平衡各部分溫差。澆注后根據(jù)砂型監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度顯 示數(shù)據(jù)的變化，及時(shí)對(duì)散熱管通風(fēng)調(diào)整砂床溫度，使中心區(qū)域砂型的溫度與四周一致。
1）基準(zhǔn)重合。平臺(tái)的高度方向有一條基準(zhǔn)線，也有中心線，這些是 平臺(tái)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也是 平臺(tái)加工和裝配基準(zhǔn)，鑄型裝配時(shí)要將鑄造基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)重合，避免因基準(zhǔn)變換而引起誤差，影響整個(gè)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(biāo)記。先下好46渺芯，46#芯是 其余49塊外周砂芯的基準(zhǔn)；21#~24#φ60mmx2500mm長(zhǎng)條通孔芯采用鉻礦砂制作，防止粘砂，為了防止21~24#芯過長(zhǎng)而出現(xiàn)彎曲，在芯子的中部與砂床預(yù)留的焊點(diǎn)連接固定；嚴(yán)格按照畫好的定位線依次下1~20#外型芯，25~45#內(nèi)腔芯，下芯后要用直尺校驗(yàn)芯子與平臺(tái)軸向基準(zhǔn)面的垂直度。
3)組型芯下好后，在其外部應(yīng)填充型砂，填砂前要用卡板在砂芯內(nèi)側(cè)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(jié)束后使用墊鐵均勻支撐每塊砂芯，每塊砂芯要有至少2點(diǎn)墊鐵加固。
4)為防止芯撐在凝固強(qiáng)度不足時(shí)軟化，采用的芯撐進(jìn)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(zhǎng)壓箱鐵橫梁均布貫穿于蓋芯上方，每個(gè)蓋芯要用墊鐵與壓鐵橫梁備牢，支撐點(diǎn)要用力均勻，不少于2點(diǎn)，決不能存在虛壓點(diǎn)，壓箱鐵質(zhì)量是 鑄件毛坯質(zhì)量的5倍以上，澆注時(shí)不抬箱跑火。澆注后4~6h松動(dòng)外周蓋芯墊鐵，24h后松動(dòng)中心區(qū)域蓋芯墊鐵。
地坑散熱條件不好，要較砂箱生產(chǎn)類似件延長(zhǎng)保溫時(shí)間，過早打箱將造成鑄件變形甚至局部開裂，打箱時(shí)間長(zhǎng)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，占用的作業(yè)面積，打箱時(shí)鑄件溫度控制在400℃以下為宜，達(dá)到該溫度的保溫時(shí)間應(yīng)不少于120h。鑄件起坑受力要均勻，出坑后平穩(wěn)放置于避風(fēng)干燥處，底部大平面不能存在局部著硬點(diǎn)。
2.7熔煉工藝的控制
1）生產(chǎn)設(shè)備。20t中頻感應(yīng)熔化電爐1臺(tái)，10t/h兩排大間距冷風(fēng)沖天爐1臺(tái)，20t電動(dòng)澆包2個(gè)。
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(lián)熔化經(jīng)增碳、錳、硅及鉻處理得到合格鐵液。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是 ，少用生鐵，降低了生產(chǎn)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(tài)好，珠光體含量高，力學(xué)性能好，鑄件斷面敏感性小，鑄造后殘余應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好。
在灰鑄鐵件生產(chǎn)中，保持硫含量在0.07%一0.12%對(duì)鑄件的性能是 有益的。當(dāng)鐵液中的硫含量低于0.07%時(shí)，石墨形態(tài)差，孕育效果也差。保持硫含量在0.07%一0.12%，具有并細(xì)化共晶團(tuán)，改變石墨的形態(tài)，使石墨的長(zhǎng)度變短，未端變鈍，形態(tài)變得彎曲等效果，同時(shí)還能顯著切削加工性能。但錳含量不能低，因?yàn)殄i與硫形成硫化錳，適量硫化錳的存在將成為結(jié)晶晶核。鐵液硫含量低于0.07%，應(yīng)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(jìn)一步調(diào)整，鐵液于爐內(nèi)升溫1500℃以上，進(jìn)行短時(shí)間精煉(10min左右），以達(dá)到凈化鐵液的目的。通過進(jìn)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(xù)存放在中頻爐中等待、調(diào)整成分；后續(xù)沖天爐鐵液陸續(xù)存放在鐵液儲(chǔ)存包中，當(dāng)儲(chǔ)存到15t時(shí)，將電爐中鐵液全部存放于20t預(yù)熱包中，包面蓋保溫覆蓋劑，運(yùn)至澆注部位處于待澆注狀態(tài)；將儲(chǔ)存包中15t鐵液及較后5t鐵液全部倒入電爐調(diào)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(nèi)。
4）強(qiáng)化孕育。在出鐵液時(shí)，隨流加入sife75孕育劑0.2%，粒度10~14mm，加入時(shí)間為出鐵時(shí)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(shí)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(duì)平臺(tái)鑄件質(zhì)量影響很大，鐵液澆注溫度過高，易產(chǎn)生縮孔、縮松及粘砂缺陷；澆注溫度過低，鐵液流程長(zhǎng)，流動(dòng)性變差，易產(chǎn)生對(duì)口流缺陷，澆注溫度確定為1300~1350℃。澆注時(shí)，要鐵液始終充滿澆口箱，避免澆包中的浮渣進(jìn)入型腔產(chǎn)生夾渣缺陷，要在澆口箱中做擋渣設(shè)計(jì)。