摘 要：針對軸承座鑄件冒口間的縮松缺陷， 采用集中補(bǔ)縮的工藝措施將分散小冒口改為單獨(dú)大冒口， 并利用MAGMA軟件進(jìn)行凝固模擬分析，生產(chǎn)了優(yōu)質(zhì)的軸承座鑄件。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，改進(jìn)后的冒口工藝不僅消除了鑄件的縮松缺 陷，而且鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。
支撐輥軸承座是軋機(jī)的關(guān)鍵零件之一，服役條件惡劣，長期處在高溫、高強(qiáng)度沖擊力的環(huán)境下工作，要求鑄件具備良好的綜合力學(xué)性能[1]。軸承座在鑄造過程中容易出現(xiàn)縮孔、疏松、裂紋、氣孔等缺陷，從而影響鑄件的使用性能。同時，由于受設(shè)備能力、工藝裝備、作業(yè)環(huán)境等諸多因素的影響，厚大鑄件在制造過程中經(jīng)常因?yàn)閵A雜物、縮松、晶粒粗大等缺陷導(dǎo)致探傷不合格[2]。因此，通過鑄造工藝的改進(jìn)減少厚大鑄件的鑄造缺陷，減少鑄件的返修，提高鑄件的質(zhì)量具有十分重要的意義。
1、軸承座的技術(shù)要求
軋機(jī)支撐輥軸承座鑄件，其輪廓尺寸為1850mm×1708mm×854mm，壁厚為136mm，壁厚為617mm，鑄件重15500kg。鑄件質(zhì)量的要求主要包括化學(xué)成分、力學(xué)性能、無損檢驗(yàn)等。鑄件材料執(zhí)行德國標(biāo)準(zhǔn)DIN17182中GS-20Mn5+N，其化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2。鑄件要求整體進(jìn)行超聲波探傷和磁粉探傷，其超聲波探傷按照標(biāo)準(zhǔn)EN12680-level2執(zhí)行，磁粉探傷按照標(biāo)準(zhǔn)EN1369-LM2/AM2/SM2執(zhí)行。
2、鑄造工藝設(shè)計及改進(jìn)
2.1分型面
根據(jù)軸承座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用上、中、下三箱造型。下箱采用實(shí)樣造型，中箱采用抽芯實(shí)樣和組芯的復(fù)合造型，上箱采用蓋箱造型。下箱與中箱采用定位銷的方法，中箱與上箱采用定位線的方法合箱，保證型腔的尺寸精度。
2.2造型材料
鑄鋼件的澆注溫度高，而且軸承座的壁厚為617mm,壁厚為136mm，所以采用耐火度較高的鉻鐵礦砂作為面砂,防止鑄件在凝固過程中發(fā)生粘砂缺陷。在鑄型表面涂刷3~5遍醇基鋯英粉涂料，每次刷完后用砂紙打磨光滑再涂刷下一遍，保證涂料的厚度到達(dá)約2mm。選擇鉻鐵礦砂和鋯英粉涂料的使用，不但有效地減少鑄件表面粘砂，而且鑄件的表面質(zhì)量顯著提高。
2.3澆注系統(tǒng)
鋼液的澆注溫度高、流動性差、易氧化，因此要求快速、平穩(wěn)充型。鑄造工藝設(shè)計中選取澆注系統(tǒng)為開放式澆注系統(tǒng)，使用鋼液上升速度計算法計算該鑄件澆注系統(tǒng)各單元的尺寸，其中鋼包孔、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道的截面積比例A水口∶A直∶A橫∶A內(nèi)=1.0∶2.25∶2.5∶3.0。采用底注式+切線式的澆注方式，底注式可以使內(nèi)澆道從鑄件底面引入，保證鋼液在型腔內(nèi)平穩(wěn)上升；同時切線式內(nèi)澆道使鋼液在型腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，有利于浮砂、氣體、夾雜物等進(jìn)入冒口，減少鑄件缺陷的產(chǎn)生。整個澆注系統(tǒng)均采用高鋁耐火磚管連接，采用底注包澆注，澆注溫度控制在1550~1560℃。
2.4冒口設(shè)計
2.4.1原冒口工藝
由于軸承座屬于厚大鑄件，在4個角的位置都存在分散的熱節(jié)，在鑄件凝固過程中容易出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷。在鑄造工藝設(shè)計時依據(jù)模數(shù)法、熱節(jié)圓法設(shè)計冒口大小，在熱節(jié)處分別設(shè)置明冒口，在兩個大熱節(jié)處設(shè)置一個的腰圓式冒口，冒口尺寸大小Y750mm×950mm、澆高1000mm；在兩個小熱節(jié)處分別設(shè)置圓形冒口，冒口直徑大小準(zhǔn)700mm、澆高1000mm。原冒口工藝方案見圖1。
分散冒口的工藝方案首批生產(chǎn) 4 件軸承座，超 聲波探傷合格率低，其中 3 件軸承座在兩個冒口之 間發(fā)現(xiàn)缺陷，距離分型面100～150 mm范圍內(nèi)。經(jīng)分析缺陷為縮松， 生產(chǎn)時采用焊接的方式進(jìn)行修 復(fù)，但是縮松缺陷的焊接難度大，大大增加了生產(chǎn)成本，同時也面臨著鑄件報廢的風(fēng)險。
2.4.2冒口工藝的改進(jìn)
為了消除冒口間的縮松缺陷，提高鑄件的探傷合格率，減少鑄件的焊補(bǔ)返修，改進(jìn)了軸承座的冒口工藝方案。在軸承座的內(nèi)孔上方設(shè)置一個單獨(dú)的圓形冒口，冒口尺寸準(zhǔn)1100mm、澆高900mm，并將內(nèi)孔局部鑄實(shí)作為補(bǔ)貼。采用集中補(bǔ)縮代替分散補(bǔ)縮的工藝思路改進(jìn)了冒口工藝方案，即為1個大冒口取代3個小冒口，同時改進(jìn)前和改進(jìn)后的冒口重相當(dāng)不會造成成本增加，改進(jìn)后的冒口工藝方案見圖2。
2.5凝固模擬
凝固模擬可以預(yù)測鑄件的縮孔、縮松的位置，有利于鑄造工藝驗(yàn)證和優(yōu)化，對降低生產(chǎn)成本和提高鑄件質(zhì)量方面起著很大的作?。針對軸?座改進(jìn)前和改進(jìn)后的冒口工藝方案，利用MAGMA凝固模擬軟件分別進(jìn)行模擬分析，其模擬結(jié)果見圖3、圖4。通過模擬結(jié)果的對比分析：改進(jìn)冒口的方案更有利于冒口的集中補(bǔ)縮，冒口中的鋼液更能長時間地保持在高溫狀態(tài)，使冒口與鑄件之間形成了明顯的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固，提高了冒口的補(bǔ)縮效果。
2.6改進(jìn)效果
采用改進(jìn)冒口的工藝共生產(chǎn)了4批24件軸承座，鑄件在砂型內(nèi)保溫結(jié)束后打箱清砂，熱處理消除鑄造應(yīng)力后切割?口，冒口根部組織致密。軸承座粗加工后進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，鑄件內(nèi)部組織致密均沒有發(fā)現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，而且鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。
3、結(jié)論
針對批量生產(chǎn)的軸承座，通過對鑄造工藝的研究，并運(yùn)用 MAGMA 模擬軟件對軸承座進(jìn)行凝固過程模擬，采用大冒口集中補(bǔ)縮代替小冒口分散補(bǔ)縮的工藝優(yōu)化，使冒口與鑄件形成了明顯的溫度梯度， 實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，改進(jìn)冒口的工藝方案消除了鑄件的縮孔、縮松缺陷，提高了鑄件的質(zhì) 量， 為今后生產(chǎn)類似鑄件的鑄造工藝方案具有一定的指導(dǎo)意義。
來源：鑄造技術(shù)
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