泊頭市卓遠機械設備制造有限公司

機床床身鑄件造型工藝的介紹

時(shí)間：2015/12/28 10:24:12 瀏覽量：378

1、造型工藝

1.1造型方法的選擇

首先要生產(chǎn)該類(lèi)件需有專(zhuān)用工裝,一般鑄造廠(chǎng)無(wú)此專(zhuān)用工裝,而且該類(lèi)件往往都是定單制作,批量不大,沒(méi)有規模效益。所以要生產(chǎn)該類(lèi)件所投工裝砂箱費用比鑄件的價(jià)值還要大,一旦導軌等重要部位出現重大缺陷造成廢品,那損失更是不可估量。因此鑄造廠(chǎng)做此類(lèi)鑄件有時(shí)得不償失,而且10m多長(cháng)的鑄件需要10m多長(cháng)的砂箱,對整鑄式砂箱的強度和剛度要求也相當高,如果在吊裝過(guò)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(lèi)鑄件,非常值得探討。一般廠(chǎng)家采用地坑造型,但對于緊張的造型面積,地坑造型不是很合適,而采用簡(jiǎn)易的組箱組芯法較好地解決了這一問(wèn)題,它可以有效利用車(chē)間面積。

1.2組箱組芯法簡(jiǎn)介

該工藝區別于傳統的組箱組芯法(劈模造型)。傳統的劈模造型是將模樣根據各個(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(zhuān)用砂箱舂箱,舂完箱再將各面砂箱組起來(lái),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(lái),在組合好后的砂箱內用砂芯直接組出鑄件結構形狀。采用組箱組芯法制作專(zhuān)用工裝,鑄件結構形狀全部用砂芯組合,重點(diǎn)要解決好砂箱組合起來(lái)的剛度問(wèn)題,所以必須用螺栓連接,這是該件能夠投產(chǎn)的前提條件。對于分成若干段的總共長(cháng)達十幾米的砂箱,重點(diǎn)保證砂箱的強度和剛度的連續性,要求混砂速度快,舂砂也要跟上出砂的節奏,否則易出現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格( 1m、1.5m、2m、3m等)不同數量的幾段,然后拼湊起各種長(cháng)度和寬度不同的砂箱框,各段砂箱間用螺栓聯(lián)結,滿(mǎn)足不同長(cháng)度和寬度的鑄件需求,通用性強,一套工裝可滿(mǎn)足幾種鑄件的生產(chǎn),工裝費用大大降低,適用范圍廣,且操作方便,對砂箱的尺寸精度要求低。該工藝將長(cháng)達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(chē)吊裝過(guò)程的危險性,可成功地避免這方面的安全事故,因為曾經(jīng)發(fā)生幾米長(cháng)的砂箱在吊裝過(guò)程中折斷而發(fā)生危險的事情。表1是組箱組芯法與傳統方法的比較。該方法缺點(diǎn)是要求操作人員的素質(zhì)較高,操作過(guò)程尺寸精度的控制很大程度上依賴(lài)于操作人員的把握。

表1.組箱組芯法與傳統方法的比較

2、工藝設計及過(guò)程控制

2.1反變形量

導軌面上留凸起的反變形量5～25mm不等,根據導軌長(cháng)度確定:床身長(cháng)度<5m,每1m鑄件留1～2mm反變形量;床身長(cháng)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;有些結構很不均勻的床身,可能還會(huì )出現側彎曲,這樣也當需要在導軌側面甚至整個(gè)床身側面都要留反變形量。

2.2加工余量

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

2.3收縮率

一般長(cháng)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,以保證出件后鑄件的凈尺寸符合要求。

2.4工藝補正量

為防止加工后導軌因變形而變薄,導軌及地腳背面可留3～5mm工藝補正量。

2.5澆注系統設計

澆注位置當然是將導軌放在下面,一般從床身兩端由導軌進(jìn)入鐵液;特別長(cháng)的導軌可采用底返雨淋澆注系統,這種澆注系統可保證鐵液流程不要太長(cháng),有效防止出現冷隔及導軌掉渣、氣孔缺陷,使鐵液雜質(zhì)上浮。澆注系統全部采用耐火瓷管,造型時(shí)預埋于砂型中。根據床身長(cháng)度、澆注重量、導軌及床身與立柱結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,這樣內澆道多點(diǎn)分散注入,兩部行車(chē)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。導軌中間采用集渣包,分散引流等方式將冷鐵液轉移走,避免導軌中間出現氣孔針孔等缺陷,從而達到保證導軌鑄造無(wú)缺陷的目標實(shí)現。澆注時(shí)間要盡量短,依據澆注重量,一般在3～5min內澆注完。

2.6冒口設計

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(kāi)厚大部位,防止形成接觸熱節。

2.7砂芯設計

在保證操作方便的情況下,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,另外導軌芯也要根據長(cháng)度分成好幾段。

2.8模板設計

較長(cháng)的床身,模板可做成2～3段,段與段之間用燕尾銷(xiāo)連接;若不用外模,純粹用砂芯組合起來(lái),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

對于比較厚大的導軌,可在導軌底面敷以冷鐵激冷,冷鐵材質(zhì)最好采用石墨塊,也可以采用鑄鐵冷鐵,當然必須烘干水分,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(xiàn)找平;導軌芯也要注意以水平線(xiàn)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,抗拉強度可提高20～30MPa,鑄件具有較小的變形傾向;但對于機床這類(lèi)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,提高機床厚斷面處的珠光體含量,減少斷

面硬度差,增加機床的精度穩定性。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,機床導軌表面經(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50HRC左右,因普通灰鑄鐵含Si高,淬透性差,添加少量Ni、Cr、Mo能改善其淬透性。采用爐前孕育和澆注時(shí)瞬時(shí)孕育相結合的方法,一般澆注采用兩包同時(shí)澆注。要調整好鐵液成分,保證鐵液溫度。我廠(chǎng)采用的HT250、HT300的化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 HT250、HT300的化學(xué)成分( wt%)

牌號	C	Si	Mn	S	P	Cr
HT250	2.9～3.1	1.3～1.5	1.0～1.2	≤0.12	≤0.15	＜0.3
HT300	2.9～3.2	1.2～1.6	0.9～1.2	＜0.1	＜0.12	＜0.3

3、重點(diǎn)缺陷防止

3.1變形問(wèn)題

對于分導軌水平方向和床身側面方向的變形問(wèn)題,解決的措施:一是上述已提到的做反變形量;二是根據鑄件結構,在鑄件抗彎薄弱的地方適當做拉筋。

3.2砂芯漂芯

最主要的是將導軌芯及上層砂芯用長(cháng)螺栓緊固于下箱,若無(wú)法緊固,則應將各個(gè)獨立的砂塊用外力將它們聯(lián)系起來(lái),以抵消浮力的沖擊。

3.3組織疏松硬度低

經(jīng)常在床身導軌面加工后出現彌散分布的細孔,這就是組織疏松,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,表現出很低的硬度。其形成原因主要是對應于鑄件壁厚部位,碳當量過(guò)高,片狀石墨粗大是根本原因;熔煉溫度低,鐵液過(guò)熱度小,鐵液中有未完全熔解的石墨片,易使片狀石墨粗大;沖天爐熔煉過(guò)程中,鐵液增碳過(guò)多。其防止措施:根據鑄件壁厚,確定合理的碳當量,以獲得細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(guò)熱度,加強孕育處理,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,組織中含有未充分擴散的局部的硅富集區,富集區中的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,因為鐵素體組織的淬透性遠比珠光體差。因此,對于要求導軌表面淬火的機床床身,成份選取時(shí)應控制較低的含Si量,一般在1.2%～1.6%Si之間,對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,能保證隨后的淬火效果。

4、應用效果

(1)采取以上工藝措施已成功為上海、威海、濟南、沈陽(yáng)等地生產(chǎn)數件機床床身,他們對我廠(chǎng)生產(chǎn)的鑄件給予充分肯定和高度評價(jià)。

( 2)該工藝成功應用于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15t的工作臺及本公司大型鑄鐵平臺的生產(chǎn),不僅操作安全方便,而且經(jīng)濟適用,效果很好,相比劈模造型而言,生產(chǎn)以上鑄件可節約工裝費用100余萬(wàn)元。

(3)應用組箱組芯法生產(chǎn)大型機床床身,具有經(jīng)濟適用,操作安全性高的優(yōu)點(diǎn),很適合鑄造廠(chǎng)手工造型。應用此工藝方法,從理論上講,無(wú)論多長(cháng)的鑄件都能夠生產(chǎn),從而擴大了我廠(chǎng)的生產(chǎn)能力,拓寬了市場(chǎng)領(lǐng)域。

(4)充分考慮機床床身鑄件本身的結構特點(diǎn),正確選取各項工藝參數,合理調整鐵液成分,保證鐵液溫度,做好各類(lèi)缺陷的防止措施,就能夠成功鑄造大型機床床身。

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