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數控車床床身鑄件的鑄造工藝改進

2016-9-1 來源：沈陽機床銀豐鑄造有限公司作者：李鵬明劉源王鑄張文軍

摘要：介紹了機床床身的鑄件結構及技術要求，詳細闡述了該件的原生產工藝：分型面選擇在地腳面所在平面，鑄件收縮率為1％，采用開放底返式澆注系統，直澆道采用4,75 mm耐火管，橫澆道截面積為49．5 cm2，內澆道是5根咖30 mm耐火管，內澆道之間的距離為40 mm。生產結果顯示：內澆道附近導軌局部表面有砂眼、粘砂等缺陷，清理困難。分析其原因后，通過更改內澆道位置，擴大內澆道與橫澆道的距離，并采用雙排橫澆道，較好地消除了床身鑄件導軌產生的砂眼、粘砂等缺陷，使鑄件的出品率提高到89％以上。

關鍵詞：灰鑄鐵；數控車床床身；導軌；工藝改進

隨著數字技術的發展、普及和柔性化生產的需要，開始研制具有高精度、高效率、高自動化等優點的數控車床。它對國計民生的一些重要行業(IT、汽車、輕工、醫療等)的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢㈣。總體而言，數控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，由數控裝置、床身、主軸箱、刀架進給系統、尾座、液壓系統、冷卻系統、潤滑系統、排屑器等部分組成，床身是其組成部分的基礎部件，鑄件技術要求嚴格，不允許有氣孔、砂眼、縮孔等鑄造缺陷，鑄件質量應符合JBn／T 3997標準，嚴格按照鑄件驗收技術條件驗收㈣。

筆者公司生產的床身鑄件形狀結構復雜，材料牌號為HT300，最大輪廓尺寸1 745 mmx920minx741 mm，壁厚較厚處25 mm，壁厚較薄處18mln，平均壁厚20 mm，導軌處壁厚達41 mm，鑄件質量1 265 kg，鑄件結構如圖1所示，其化學成分及力學性能如表1所示。

1、工藝難點分析

由于鑄件為床身類零件，2條導軌處壁厚41mrfl，長度1 348 mm，寬度168 mm，內腔筋板壁厚較薄，最薄處18 mm，易產生縮孔、裂紋、澆不足等缺陷。導軌表面質量要求嚴格，不允許有氣孔、砂眼、縮孔等鑄造缺陷，鑄件滑動導軌處硬度為190～255 HBW，鑄件內腔筋板交叉處熱節形成可能性較大，極易產生粘砂現象。如何設計合理的鑄造工藝，減少鑄件產生的缺陷，滿足鑄件內在和外在的技術要求，是床身鑄件鑄造生產中的難點。

2、鑄造工藝設計

2.1分型面和澆注位置的選擇

選擇呋喃樹脂砂手工木底板造型方法，考慮到鑄件的使用要求和技術要求，鑄件遵循順序凝固的原則，確定選用上、下2箱造型方法，床身的導軌面是關鍵表面，不允許有砂眼、氣孔、渣孔、裂紋和縮松等缺陷，而且要求組織致密、均勻，以保證硬度值在規定的范圍內。床身導軌截面比較厚大，最佳澆注位置是導軌面朝下，分型面選擇在地腳面所在平面，如圖2所示。

2．2工藝參數的選擇

分型負數選擇2 mm，均放在下箱，其余未注間隙為1 mm，未注拔模斜度+2 mm，內腔筋板拔模斜度單側+3 mm。

2．3澆注系統的設計

考慮到鑄件壁厚較薄，為防止鑄件澆不足和導軌表面出現砂眼等缺陷，設計成開放、底返式澆注系統，直澆道采用西75 mm耐火管，橫澆道截面積為49．5 cm2，內澆道選用4,30 mm耐火管(5根)，澆注系統設計如圖3所示。

3、生產質量的控制

3．1 模具制備

模具采用紅松和多層板制作，保證鑄件模具的整體強度和剛度，在吊運、起模過程中不得有任何變形，模具兩側做出起模裝置，保證吊運起模的安全性，模具表面光潔度達到1級，表面刷油漆[61，鑄造圓角從外模和芯盒做出，模具采用上、下2箱，分型負數2 mm，均在下箱。

3．2造型和制芯

造型時要注意上箱排氣定位，保證型腔內排氣順暢，澆注系統采用專用陶瓷耐火管，擺放澆道要認真仔細，防止散砂進入澆注系統內。制芯過程中芯盒和附件要放置準確，以防起芯困難，出氣棒放在出氣定位凹槽內，共6處，芯頭下部要放出氣棒，防止澆注時排氣不順，導致鑄件產生缺陷。

3．3鑄型裝配

鑄型裝配前要檢查芯頭、外型排氣眼是否通暢，砂型是否清理干凈，是否有漏涂涂料，下完芯后，芯吊要用新制樹脂砂填補，并刷2遍鋯英粉涂料，點火烘干后，再次檢查尺寸形狀是否符合圖紙，澆冒口系統內和型腔內是否干凈，芯頭間隙是否填嚴，防止鐵液鉆入或者跑火。在下箱箱口處圍一圈石棉繩和一圈耐火泥，壓上紙條檢查尺寸，確定合格后再合箱，箱口用型砂塞緊，防止澆注跑火，然后放好澆口盆準備澆注15]。

4、生產結果

經過實際生產首件驗證，使用原工藝生產的鑄件，鑄件導軌大部分表面質量良好，鑄件組織致密，力學性能和化學成分均達到技術要求。但在內澆道附近導軌局部表面有砂眼、粘砂等缺陷，清理困難，使后續加工環節困難增大。5工藝改進及效果

5．1 工藝改進

導軌表面粘砂的主要原因是內澆道分布比較集中，容易引起過熱，造成鑄件粘砂，為此將內澆道之間的距離從原來的40 mm改為150 mm、170 mm。改進后的新工藝如圖4所示，內澆道開設位置和數量按照順序凝固和補縮原則來確定，因此將內澆道開設在厚壁處(導軌端面處)，使鑄件厚大部分得到較充分地補縮，避免出現縮孔、縮松等鑄造缺陷。

內澆道適當遠離橫澆道可減小鑄件的鑄造應力和變形，為此，新工藝采用雙橫澆道，目的是控制金屬液充填鑄型的速度及充滿鑄型所需的時間，使金屬液平穩均勻、連續地充滿型腔，阻止熔渣、氣體以及砂粒、金屬氧化物等隨金屬液進入型腔，使金屬液有合適的上升速度，使鑄件進行順序凝固。

據資料分析㈣，鐵液中對應直徑1 mm的渣團，其懸浮速度為0．37 m／s，相當于0．25 kg／cmz·S的比流量，該值比實際應用的最小比流量0．35kg／cm2·S還小。因此，要在橫澆道內捕獲更小的渣團，需要更低的流速和更大的橫澆道截面積，將橫澆道截面積擴大、做高，如F橫／F內=2～4，但橫澆道太大會浪費金屬，故采用雙排橫澆道，工藝如圖5所示。