鑄造|機(jī)床床身|大型鑄造-大型機(jī)床床身鑄造工藝研究-河北精工機(jī)床

1 造型工藝

1.1 造型方法的選擇

首先要生產(chǎn)該類件需有專用工裝, 一般鑄造廠無此專用工裝, 而且該類件往往都是定單制作, 批量不大, 沒有規(guī)模效益。所以要生產(chǎn)該類件所投工裝砂箱費(fèi)用比鑄件的價(jià)值還要大, 一旦導(dǎo)軌等重要部位出現(xiàn)重大缺陷造成廢品, 那損失更是不可估量。因此鑄造廠做此類鑄件有時(shí)得不償失, 而且10m 多長的鑄件需要10m 多長的砂箱, 對(duì)整鑄式砂箱的強(qiáng)度和剛度要求也相當(dāng)高, 如果在吊裝過程中發(fā)生折斷砂箱的情況, 造成人員傷亡, 那更是雪上加霜。因此如何生產(chǎn)此類鑄件, 非常值得探討。一般廠家采用地坑造型, 但對(duì)于緊張的造型面積, 地坑造型不是很合適, 而采用簡易的組箱組芯法較好地解決了這一問題, 它可以有效利用車間面積。

1.2 組箱組芯法簡介

該工藝區(qū)別于傳統(tǒng)的組箱組芯法（ 劈模造型） 。傳統(tǒng)的劈模造型是將模樣根據(jù)各個(gè)面的形狀分成幾部分, 然后將這幾部分固定在模板上, 再用專用砂箱舂箱, 舂完箱再將各面砂箱組起來, 用螺栓緊固好,空腔用砂芯組合。而新型組箱組芯法不用外模樣, 不用模板, 直接將分段砂箱組合起來, 在組合好后的砂箱內(nèi)用砂芯直接組出鑄件結(jié)構(gòu)形狀。采用組箱組芯法制作專用工裝, 鑄件結(jié)構(gòu)形狀全部用砂芯組合, 重點(diǎn)要解決好砂箱組合起來的剛度問題, 所以_用螺栓連接, 這是該件能夠投產(chǎn)的前提條件。對(duì)于分成若干段的總共長達(dá)十幾米的砂

箱, 重點(diǎn)_砂箱的強(qiáng)度和剛度的連續(xù)性, 要求混砂速度快, 舂砂也要跟上出砂的節(jié)奏, 否則易出現(xiàn)砂型隔層裂紋等缺陷。

1.3 該工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

該工藝把砂箱做成不同規(guī)格（ 1m、1.5m、2m、3m等） 不同數(shù)量的幾段, 然后拼湊起各種長度和寬度不同的砂箱框, 各段砂箱間用螺栓聯(lián)結(jié), 滿足不同長度和寬度的鑄件需求, 通用性強(qiáng), 一套工裝可滿足幾種鑄件的生產(chǎn), 工裝費(fèi)用大大降低, 適用范圍廣, 且操作方便, 對(duì)砂箱的尺寸精度要求低。該工藝將長達(dá)十幾米的砂箱分成幾段, 減小每塊砂箱的重量和尺寸大小, 降低在行車吊裝過程的危險(xiǎn)性, 可成功地避免這方面的安全事故, 因?yàn)樵?jīng)發(fā)生幾米長的砂箱在吊裝過程中折斷而發(fā)生危險(xiǎn)的事情。表1 是組箱組芯法與傳統(tǒng)方法的比較。該方法缺點(diǎn)是要求操作人員的素質(zhì)較高, 操作過程尺寸精度的控制很大程度上依賴于操作人員的把握。

表1.組箱組芯法與傳統(tǒng)方法的比較

2 工藝設(shè)計(jì)及過程控制

2.1 反變形量

導(dǎo)軌面上留凸起的反變形量5～25mm 不等, 根據(jù)導(dǎo)軌長度確定: 床身長度<5m, 每1m 鑄件留1～2mm 反變形量; 床身長度>5m, 每1m 鑄件留反變形量1.5～2.5mm; 地腳面也要隨形做出反變形量; 有些結(jié)構(gòu)很不均勻的床身, 可能還會(huì)出現(xiàn)側(cè)彎曲, 這樣也當(dāng)需要在導(dǎo)軌側(cè)面甚至整個(gè)床身側(cè)面都要留反變形量。

2.2 加工余量

一般在反變形量基礎(chǔ)上再留10～20mm 加工余量, 余量也不用太大, 否則加工完后會(huì)出現(xiàn)硬度不夠的現(xiàn)象。

2.3 收縮率

一般長度方向取1.0%, 寬度方向取0.8%, 高度方向取0.5%?？紤]脹箱等因素, 寬度方向可不留縮尺, 甚至考慮將模樣尺寸人為減小, 以_出件后鑄件的凈尺寸符合要求。

2.4 工藝補(bǔ)正量

為防止加工后導(dǎo)軌因變形而變薄, 導(dǎo)軌及地腳背面可留3～5mm 工藝補(bǔ)正量。

2.5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注位置當(dāng)然是將導(dǎo)軌放在下面, 一般從床身兩端由導(dǎo)軌進(jìn)入鐵液; 特別長的導(dǎo)軌可采用底返雨淋澆注系統(tǒng), 這種澆注系統(tǒng)可_鐵液流程不要太長, 有效防止出現(xiàn)冷隔及導(dǎo)軌掉渣、氣孔缺陷, 使鐵液雜質(zhì)上浮。澆注系統(tǒng)全部采用耐火瓷管, 造型時(shí)預(yù)埋于砂型中。根據(jù)床身長度、澆注重量、導(dǎo)軌及床身與立柱結(jié)合面位于下型的特點(diǎn), 選擇兩端座包澆注,且采用底返雨淋及由“平、V”導(dǎo)軌兩端同時(shí)進(jìn)入鐵液, 總體上兩層階梯澆注方式, 這樣內(nèi)澆道多點(diǎn)分散注入, 兩部行車同時(shí)澆注, 充分考慮鐵液流程, 避免產(chǎn)生冷隔、澆不足、氣孔等缺陷。導(dǎo)軌中間采用集渣包, 分散引流等方式將冷鐵液轉(zhuǎn)移走, 避免導(dǎo)軌中間出現(xiàn)氣孔針孔等缺陷, 從而達(dá)到_導(dǎo)軌鑄造無缺陷的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。澆注時(shí)間要盡量短, 依據(jù)澆注重量,一般在3～5min 內(nèi)澆注完。

2.6 冒口設(shè)計(jì)

多采用耳冒口形式, 厚大部位用冷鐵包敷; 冒口放置位置避開厚大部位, 防止形成接觸熱節(jié)。

2.7 砂芯設(shè)計(jì)

在_操作方便的情況下, 盡量將各砂芯連在一起, 以增大自重抵消鐵液浮力。另外要用緊固螺栓把砂芯固定在底箱上, 緊固螺栓可以穿透一層甚至幾層砂芯, 另外導(dǎo)軌芯也要根據(jù)長度分成好幾段。

2.8 模板設(shè)計(jì)

較長的床身, 模板可做成2～3 段, 段與段之間用燕尾銷連接; 若不用外模, 純粹用砂芯組合起來, 那么形成外型的砂芯也要人為分成幾段, 以便制芯和下芯操作。

2.9 冷卻措施

對(duì)于比較厚大的導(dǎo)軌, 可在導(dǎo)軌底面敷以冷鐵激冷, 冷鐵材質(zhì)_采用石墨塊, 也可以采用鑄鐵冷鐵, 當(dāng)然_烘干水分, 防止嗆火, 特別在冬季要注意避免溫差太大, 因此放置鑄鐵冷鐵要慎用。

2.10 尺寸精度控制

底箱首先要鋪平, 要用水平儀或拉線找平; 導(dǎo)軌芯也要注意以水平線找正, 其高度尺寸定位也要充考慮反變形量和加工余量。

2.11 熔煉澆注工藝

采用高Si/C 灰鑄鐵在CE=3.4%～3.8%條件下,適當(dāng)增加廢鋼加入量, 將Si/C 從0.4～0.5 提高到0.7～0.8, 將鐵液出爐溫度提高到1450℃以上, 抗拉強(qiáng)度可提高20～30MPa, 鑄件具有較小的變形傾向; 但對(duì)于機(jī)床這類壁較厚的鑄件, 提高Si/C 比會(huì)增加厚斷面處的鐵素體含量, 反而會(huì)使硬度降低, 此時(shí)加入Cr合金元素, 提高機(jī)床厚斷面處的珠光體含量, 減少斷

面硬度差, 增加機(jī)床的精度穩(wěn)定性。另外, Mn 量稍高于Si 量的灰鑄鐵具有良好的性能: 收縮小, 不易產(chǎn)生縮孔、縮松, 切削性能好, 是一種提高強(qiáng)度, 彈性模量和耐磨性、減少鑄件變形的良好材質(zhì)。[2] 值得一提的是, 機(jī)床導(dǎo)軌表面經(jīng)常采用淬火熱處理, 淬火后的表面能獲得馬氏體+石墨的組織, 珠光體基體淬火后表面硬度可達(dá)50HRC 左右, 因普通灰鑄鐵含Si 高,淬透性差, 添加少量Ni、Cr、Mo 能_其淬透性。采用爐前孕育和澆注時(shí)瞬時(shí)孕育相結(jié)合的方法, 一般澆注采用兩包同時(shí)澆注。要調(diào)整好鐵液成分, _鐵液溫度。我廠采用的HT250、HT300 的化學(xué)成分見表2。

表2 HT250、HT300 的化學(xué)成分（ wt%）

3 重點(diǎn)缺陷防止

3.1 變形問題

對(duì)于分導(dǎo)軌水平方向和床身側(cè)面方向的變形問題, 解決的措施: 一是上述已提到的做反變形量; 二是根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu), 在鑄件抗彎薄弱的地方適當(dāng)做拉筋。

3.2 砂芯漂芯

_主要的是將導(dǎo)軌芯及上層砂芯用長螺栓緊固于下箱, 若無法緊固, 則應(yīng)將各個(gè)獨(dú)立的砂塊用外力將它們聯(lián)系起來, 以抵消浮力的沖擊。

3.3 組織疏松硬度低

經(jīng)常在床身導(dǎo)軌面加工后出現(xiàn)彌散分布的細(xì)孔, 這_是組織疏松, 這是由于其金相組織中片狀石墨粗大, 即組織異常造成的缺陷, 表現(xiàn)出很低的硬度。其形成原因主要是對(duì)應(yīng)于鑄件壁厚部位, 碳當(dāng)量過高, 片狀石墨粗大是根本原因; 熔煉溫度低, 鐵液過熱度小, 鐵液中有未_熔解的石墨片, 易使片狀石墨粗大; 沖天爐熔煉過程中, 鐵液增碳過多。其防止措施: 根據(jù)鑄件壁厚, 確定合理的碳當(dāng)量, 以獲得細(xì)片狀石墨和以珠光體為主的金相組織; 鑄件化學(xué)成分中添加適量的合金元素, 如B、Mn 等; 提高鐵液過熱度, 加強(qiáng)孕育處理, 降低澆注溫度, 提高鑄件厚壁部分的冷卻速度, 如放外冷鐵等。

3.4 硬質(zhì)點(diǎn)及淬火效果差

主要是由于含Si 量高, 組織中含有未充分?jǐn)U散的局部的硅富集區(qū), 富集區(qū)中的Si 同鐵液中的C 形成硬度很高的非金屬夾雜物SiC 晶體[3]造成加工硬點(diǎn); 另外由于含Si 量高, 組織中有鐵素體存在, 使得淬火硬度和深度受到影響, 因?yàn)殍F素體組織的淬透性遠(yuǎn)比珠光體差。因此, 對(duì)于要求導(dǎo)軌表面淬火的機(jī)床床身, 成份選取時(shí)應(yīng)控制較低的含Si 量, 一般在1.2%～1.6%Si 之間, 對(duì)于原始組織中有鐵素體存在需要表面淬火的灰鑄鐵件, 則進(jìn)行一次正火處理, 能_隨后的淬火效果。

4 應(yīng)用效果

（ 1） 采取以上工藝措施已成功為上海、威海、濟(jì)南、沈陽等地生產(chǎn)數(shù)件機(jī)床床身, 他們對(duì)我廠生產(chǎn)的鑄件給予充分肯定和高度評(píng)價(jià)。

（ 2） 該工藝成功應(yīng)用于M7150×3m、M7150×5m、M7150 ×6.6m、M7150 ×8.6m, M7150 ×12.6m、M8463 ×6.6m、M8463 ×8.6m、M8040 ×6.6m、M8048 ×8.6m 等幾種大型磨床床身及桂林重達(dá)15t 的工作臺(tái)及本公司大型鑄鐵平臺(tái)的生產(chǎn), 不僅操作安全方便, 而且經(jīng)濟(jì)適用, 效果很好, 相比劈模造型而言, 生產(chǎn)以上鑄件可節(jié)約工裝費(fèi)用100 余萬元。

（ 3） 應(yīng)用組箱組芯法生產(chǎn)大型機(jī)床床身, 具有經(jīng)濟(jì)適用, 操作安全性高的優(yōu)點(diǎn), 很適合鑄造廠手工造型。應(yīng)用此工藝方法, 從理論上講, 無論多長的鑄件都能夠生產(chǎn), 從而擴(kuò)大了我廠的生產(chǎn)能力, 拓寬了市場領(lǐng)域。

（ 4） 充分考慮機(jī)床床身鑄件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 正確選取各項(xiàng)工藝參數(shù), 合理調(diào)整鐵液成分, _鐵液溫度, 做好各類缺陷的防止措施, _能夠成功鑄造大型機(jī)床床身。