动梁铸造工艺研究论文

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摘要：文章首先对动梁的设计技术条件进行阐述，拟定工艺方案时，重点介绍了铸造方法、工艺方案和造型材料选择，然后对缩尺、加工余量、工艺补正量、拔模斜度、分型负数、涨箱系数等工艺参数的确定进行阐述，通过理论分析，进行浇注系统的设计及计算，最后阐述了铸后热处理要求及对缺陷处置。

关键词：动梁；铸造方法；浇注系统；铸后处理；铸件产品

沈阳铸锻工业有限公司为大连某公司生产压机配套产品，动梁是其中最主要的铸件产品。接到生产计划后，技术部联合车间不断研究，最终生产出了完全符合厂家技术标准的要求，为以后生产此类铸件产品积累了宝贵的生产经验。

1生产支臂技术条件

1.1产品概况

动梁本体：13450kg，化学成分为ZG20MnMo，钢号ZG20MnMo，含C量0.17%～0.23%，含Mn量1.10%～1.40%，含Si量0.20%～0.40%，含P量0.030%以下，含S量0.030%以下。机械性能：抗拉强度≥490MPa；屈服强度≥295MPa；延伸率≥16%以上；冲击值39。

1.2要求的生产条件和方法

（1）动梁需要进行正回火热处理，以消除应力，同时提供热处理曲线，包括升温曲线、冷却温度、时间进度等；（2）铸造过程中，强烈要求严格进行质量控制；（3）内表面要打磨成更加光滑的表面。

1.3铸件表面质量要求

（1）铸件表面经过热处理后应平整光洁，不准有裂纹、缩孔、粘砂等缺陷；（2）铸件不得有影响强度之缺陷；（3）铸件表面质量要符合提出要求的标准范围之内。

1.4试料

动梁要带试料，试料要附在本体上，要与本体同炉进行热处理，试料的机械性能符合JB/T5000.6-2007提出的标准。

2工艺方案的拟定

2.1铸造方法的选择

铸造方法的选择在此不再详述。

2.2工艺方案的选择

（1）浇注位置：为了得到高质量的铸件和方便操作，采用正常的浇注位置。此浇注位置便于下芯、排气、利于补缩，便于操作。（2）分型面：分型面的选择是与浇注位置的选择密切相关。确定了浇注位置之后，即可按浇注位置的选择原则来选定分型面，此件选大平面作为分型面，便于操作、检验，易保证各部尺寸的准确，木型采用实样木型，便于起模。

2.3造型材料

为了达到尺寸准确、表面光洁的技术要求，为了确保检测的技术要求，选用碱酚醛自硬砂造型。

3工艺参数

3.1缩尺

缩尺是为了保证铸件冷却由液态到固态后尺寸符合图纸要求，而在制作木型时应进行适当的放尺。缩尺是根据铸件的线收缩率来确定的，而铸件的线收缩率又直接与铸件的材质、结构、收缩时的受阻情况、造型方案、造型用砂等有关。根据支臂的具体情况，缩尺定为1.8%。

3.2加工余量

加工余量是铸件在机械加工时去掉的一层金属的厚度。加工余量的大小取决于铸件的最大尺寸、加工面间的距离、加工面与加工基准面的距离、铸件的尺寸精度、浇注时加工面的位置。此件上面取加工量25mm，下侧面取20mm。

3.3工艺补正量

由于动梁造型时，中间芯子不准用铸工顶固定泥芯，故只能通过吊梁挂芯，所以大芯子内芯铁必须牢固、可靠，这就要使芯子的收缩应力增大，考虑到这种情况在相应部位设置了工艺补正量。

3.4拔模斜度

为了在造型时易于起模，而在模样的立面上给出一定的斜度。此件下面组一层芯，实样按木型操作规程守则留出拔模斜度。

3.5分型负数

由于铸型上、下型之间合箱后不严密，为防止跑火，合箱时要在分性面上放石棉绳。这样一来，就增加了型腔的高度。为了保证铸件尺寸符合要求，在模样上必须减去相当的高度，此高度尺寸即为分型负数。分型负数的大小，与铸件的尺寸有关，即与分型面的大小有关，与使用的型砂性质有关。分型负数定为3mm。

3.6涨箱系数

铸件在浇注时，由于钢水压力大，而型砂在受热后变软、分解，被高压钢水向后推，使铸件涨箱，在考虑毛重时，应将此数值加入。涨箱系数与铸件高度，壁厚和所用的造型材料有关，此件砂箱结合地坑实样造型，四周废砂撞平，涨箱系数定为5%。

3.7芯子

芯子是用来形成铸件的内腔，有时也用来形成较为复杂的不易起型的外皮。此件实样造型，中间出芯。

4浇注系统的设计及计算

4.1浇注系统的设计

浇注系统直接影响着铸件的质量，很多铸造缺陷，如包砂、夹杂物、浇不足、裂纹等缺陷，多与浇注系统不合理有关，所以铸钢件的浇注系统应设计合理，要保证钢水平稳地进入铸件型腔有合理的注入位置，保证钢水的顺序凝固。此件高500mm，为使钢水平稳的进入铸型，采用侧面一层水口，浇注时钢水由内浇口进入型腔，内浇口六道，此浇注系统达到了注入位置合理，钢水能平稳地进入铸型且造成了趋向于冒口的温度梯度，有利于钢水的顺序凝固，有利于铸件的内部质量的提高。

4.2浇注系统的计算

浇口各部分截面尺寸恰当，减少钢水的消耗，并有恰当的上升速度。此件毛重15.2吨，钢水总重25.4吨，需要一包浇注。（1）包孔直径￠70mm×2，总截面积为7693mm2；（2）直浇口2个￠120mm，总截面积为22608mm2；（3）横浇口一道￠100mm，总截面积也应为7850mm2。因为直浇口均匀进入横浇口同时向两个方向流去，只能扩大其面积；（4）内浇口6个￠80mm，总截面积为30144mm2；（5）浇注系统的截面积之比为：包孔∶直浇口∶横浇口∶内浇口＝1∶2.94∶1.02∶3.92；（6）钢水在型腔中的上升速度计算如下：t＝Q/nq（s）＝15200/（120×2）＝63.3s。式中：t为浇注时间（s）；Q为铸件重量（kg）；n为注孔数量（个）；q为钢水的流量（kg/s）。包孔直径（mm）60时，q（kg/s）取90；包孔直径（mm）70时，q取120，包孔直径（mm）80时，取150，包孔直径（mm）100时，取150。V＝H/t＝500/63.3＝7.9（mm/s）式中：V为钢水在型腔中的上升速度（mm/s）；H为铸件的高度（mm）。

4.3分析

此上升速度可满足应用碱酚醛自硬砂生产大型厚壁铸钢件时钢水在型腔内上升速度的工艺要求。浇注时，待钢水上升至冒口内1/3高度时，在冒口内加足够量的高效覆盖剂。此浇注系统对碱酚醛自硬砂造型的动梁是比较适合的，它能使钢水以最短的时间、最快的速度充满型腔，减少钢水对型腔的烘烤时间，避免由于掉砂、起皮等因素而使铸件产生砂眼、粘砂、夹渣等铸造缺陷，另外由于内水口面积大、分散，有利于钢水热量的分散，避免局部过热，引起局部缩松等铸造缺陷。

4.4冒口

钢水浇注时从液态状态下经过降温直到凝固完了的全过程中，要发生体收缩。在收缩过程中，需要适当的钢水补缩，否则铸件将产生缩孔和缩松，冒口就是用来盛装钢水补缩铸件而设置的。为了形成铸件向着冒口的顺序凝固，有时采用内冷铁和外冷铁来控制，冒口高度设计以冒口内的金属液能保持较高的热量和压力为原则。动梁的冒口设置遵循了下列原则：（1）冒口设在铸件最后凝固的部位，即铸件的最高部位，以造成顺序凝固的条件；（2）冒口设在铸件浇注位置的上部，便于设置并提高了补缩效果；（3）冒口采用圆形和集中的大冒口，以提高其补缩效果。

5铸后处理

5.1气割与补焊

ZG20MnMo材质属合金钢，为了防止产生裂纹，切割冒口以后马上进到热处理炉中进行热处理。小的局部缺陷可局部加热补焊，补焊后要进行回火处理（温度为580oC），以消除应力。所用焊条为结J506或J507。

5.2热处理

根据技术要求，铸件要进行正、回火处理：图1此件在热处理时，第一个阶段时消除铸造应力和改善铸态组织性能的退火处理，在切割冒口之前进行，它的作用是在切割冒口时避免出现裂纹。消除缸体在缺陷处理过程中组织应力，保证缸体在正、回火后得到满足技术要求的综合机械性能。曲线的第二、三阶段是正、回火处理，在气割掉冒口后进行。风冷的目的是为了加强冷却速度，此阶段是得到合格的各项性能指标的根本保证。

5.3对操作及夹具的要求

（1）检查来件的标识和表面质量；（2）放平、垫实、加热要均匀。火焰不能直射铸件表面，均匀加热；（3）控制升温、冷却速度，做好操作记录。

5.4对缺陷处置

动梁作为大型铸钢件，由于铸造过程复杂，出现质量问题后的缺陷处理十分重要，同时也是保证缸体质量的重要手段。具体处理方法规定如下：（1）表面缺陷用砂轮磨光，经磁粉探伤检查无裂纹等铸造缺陷后进行补焊，内部缺陷在预热温度大于200℃的条件下用气割方法清理缺陷，并用砂轮磨光，经磁粉检查合格后施焊；（2）补焊时整体预热，并在施焊部位加热保温大于200℃；（3）焊修后缺陷部位及时保温处理，盖石棉板等，整体施焊后，入炉中进行补焊后的去应力处理；（4）去应力处理后的铸件，重新用砂轮打磨精整达到同整体表面一致，并重新进行磁粉及超声波探伤检查。

6结语

生产动梁时，主要是通过借鉴相似材质的工艺参数及以前生产过类似的铸钢件经验，在生产过程中，对木型质量要求特别高，表面必须光滑，做出圆角，不涂漆，刷脱模剂；要有良好的起模吊具；检测过程中，探伤合格、机械性能、NDT和力学性能达到了的要求；在铸造产品后，没有不良的质量后果。总之，通过设计选择动梁的工艺方案，通过生产实践验证了工艺，证明了这次工艺是切实可行的。这一实践不仅提高了沈阳铸锻工业有限公司铸件工艺方案的设计水平，还成功地完成了客户的配套生产任务。

作者:王重鑫 单位:沈阳铸锻工业有限公司

参考文献

[1]李庆春．铸件成型理论基础[M]．北京：机械工业出版社，1982．

[2]李魁盛．铸造工艺设计基础[M]．北京：机械工业出版社，1979．

[3]丁根宝．铸造工艺学[M]．北京：机械工业出版社，1985．