1、金 属铸锻焊技术 CastingForgingWelding 2011 年 11 月Hot Working Technology 2011 , Vol.40,No.212007 年我公司与全球有名的矿山机械制造商美卓矿机合作 ， 为其提供颚式破碎机主要零件动颚等铸钢件 。 国外客户对此铸件要求符合欧标的铸件二级 UT 与 MT 探伤标准 ，样件全面探伤 。 该件铸造成功不仅能实现我公司铸钢件的出口梦想 ， 更标志着我公司铸造水平及产品档次提升 ， 为公司的长远发展和国际市场开拓 ，具有十分重要的历史意义 。1 铸件结构特点动颚是颚式破碎机的核心工作部件 (见图 1)，其轮廓尺寸为 2495mm
2、938mmR365mm， 铸件重3945kg。 主要壁厚为 30mm，而且分布比较均匀 ，右侧为轴孔 ，壁厚稍厚 ，左侧为箱体结构 ，内部筋板交错分布 ，铸件的下部呈现大平面分布 ，属于复杂箱体类铸钢件 ，铸造难度极大 。 铸件左侧内部交错筋板 ，每一个筋板形成了铸件的一个热节 ，铸件的头部 、尾部各自一个热节 ，铸件下部两个集中的热节 ，这些热节如何能够得到有效补偿 ， 是采用冷铁还是采用补贴形式 ，需要同时考虑 。此件的铸造工艺设计是对我们技术水平的极大考验 。动颚材质为 ZG20Mn2， 其中 S、P 含量控制在0.02%之内 ； 要求 -30冲击功大于 27J。 客户要求轴孔部位及筋板
3、相交热节处磁粉超声波探伤 ， 样件全面探伤检查 。 铸件化学成分及物理性能要求极其苛刻 ，这也是对我们铸造能力的一大挑战 。2 铸造工艺方案确定2.1 工艺借鉴此前 ，我们为上海一厂商制作过类似铸件 ，采用平躺式浇注方案 ，大平面向上 ，整个铸件分布于下箱的工艺 。此方案造型简单 ，但是受力部位轴孔处下部质量不能保证 。 为了检验此方案 ， 我们应用华铸CAE 模拟软件 ，进行凝固模拟分析 (见图 2)。 模拟结果正如我们推测 ，轴孔下部出现大面积缩孔和缩松 ，其他热节也存在缩松现象 ，这是不允许的 。 另外 ，该工艺违背了主要工作面和受力面应放在底部或侧面的铸造工艺方案设计原则1，会造成上平
4、面及轴孔上部产生砂眼 、气孔等铸造缺陷 ，影响铸件的强度 。美卓矿机动颚铸件铸造工艺设计Casting Process Design of Metso Pitman王洪刚1， 姜绍海1， 胡小琳2， 戴 勇1（1.济钢集团 重工机械有限公司 ，山东 济南 250101； 2.中国重汽集团 济南动力有限公司铸造中心 ，山东 济南 250010）摘 要 ：根据铸件结构特点及类似铸件工艺的分析对比 ，确定立浇 、中间分型工艺方案 。 通过冒口和外冷铁结合使用 、浇注系统的合理设计以及针对性操作要点的制定 ，避免了缩孔 、粘砂 、裂纹等铸造缺陷的产生 ，保证了铸件内外在质量 ，达到出口要求 。关键词
5、：动颚 ；铸造工艺 ；外冷铁中图分类号 ：TG24 文献标识码 ：B 文章编号 ：1001-3814(2011)21-0056-02收稿日期 :2011-04-17作者简介 :王洪刚 (1983- )，男 ，山东聊城人 ，本科 ，助理工程师 ，从事铸钢工艺设计工作 ；电话 ：0531-88866886；E-mail：准4002495准122准142R36560872938准51630图 1 动颚简图图 2 原工艺模拟结果56金 属铸锻焊技术CastingForgingWelding上半月出版热加工工艺 2011 年第 40 卷第 21 期2.2 新工艺方案在否定了上述工艺方案后 ，我们采用立浇
6、方案 ，即轴孔位置竖立 ，凹槽大平面位于侧面 。由于模样太高 ，难于造型 ；同时为了便于下芯和检查 ，采用中间分型 。 凹槽及侧面凸台阻碍起模的地方 ，采用活块 。为保证砂芯定位准确 ，1#、2#砂芯均采用上下芯头定位 ；并且加大 2#砂芯底部芯头尺寸 ，提高其强度 ，以免下芯时断裂 。2#芯盒采用脱落式 ，保证砂芯形状及尺寸 。 详细工艺见图 3。2.3 主要工艺参数采用水玻璃砂砂型和碱酚醛树脂砂芯工艺 ，铸造线收缩率采取 2%；拔模斜度按照 1制作 ，上 、下侧及孔加工量分别设为 12、10 及 10mm。(1)浇注系统 由于动颚尺寸和重量较大 ，壁厚较小 ，结构复杂 ，宜采用底注式钢包浇
7、注 ；浇注时钢水应该快速充满型腔 ， 以防止铸型长时间处于钢水热辐射作用下 ，引起表面开裂脱落 ，造成夹砂缺陷 ；局部过热引起粘砂 ；以及钢液表面金属凝固或氧化 ，引起的冷隔等缺陷2。 因此 ，按照铸件重量 5t 的铸钢件 ， 钢液在型腔中最小上升速度为 25mm/s，即vL=25mm/s。t=h/vL=938/25=37.5sv=m/t=3945/37.5=105.2kg/sv包=1.3v=136.8kg/s其中 ：t 为铸件浇注时间 ；h 为铸件高度 ；v 铸件浇注重量速度 ；m 为铸件浇注重量 ；v包为钢液流量 。以上为按照最小上升速度计算的数值 ， 实际 v包应该大于 136.8kg/
8、s；查取手册 ，我们选用 准80mm包孔 ，流量 150kg/s。按照开放式浇注系统 F包F直F横F内=1(1.82)(1.82)(22.5)和保证该件平稳充型 ，最终定为底返式浇注系统直浇道选用 准100mm 直浇道 ，准100mm 横浇道两侧对称分布和 准80mm 内浇道 8 个 。(2)冒口及冷铁设计 由于轴孔处铸造质量要求较高 ，我们采用环形冒口 ，冒口延续度 100%；内孔采用滚圆法设置垂直方向补贴 ；冒口外侧斜度按照 110 做出 ，保证补缩通道畅通 ，高度 600mm。 其余各热节处均按照 D=(1.51.8)d，分别设置 准260mm 一只 、准220mm 一只和 准180mm
9、 五只 ，高度均为 450mm。冒口全部选用 foseco 保温冒口 ， 延长冒口凝固时间 ，增强冒口补缩效果 。对于侧面与筋板相交处形成的热节较多 ， 难于采用冒口进行补缩 ，因此我们采用尺寸 240mm40mm30mm 直接外冷铁 16 件对热节局部进行激冷 ，以实现同时凝固 ，保证铸件质量 。 对于头部及轴孔附近壁厚相对较大热节处 ，由于铸件较高 ，上部冒口难于补缩到底部 ，我们同样采用外冷铁形式 ，延长该处冒口垂直方向补缩距离 ， 以实现由下至上的顺序凝固 ； 外冷铁分别为 450mm240mm70mm 一件 、450mm120mm70mm 两件 、450mm100mm70mm 一件
10、，其位置及分布见图 3。针对以上工艺 ，我们又采用华铸 CAE 软件进行模拟验证 ，结果如图 4 所示 ：缩孔 、缩松存在于冒口和水口中 ，铸件内部没有发现缺陷 ，表明此工艺合理可行 。2.4 操作要点造型采用水玻璃砂手工造型 ， 型砂全部采用40/70 水洗新砂 ，SiO297%,保证原砂耐火度 ；圆角及厚大处外覆一层 10mm 南非铬铁矿砂 ， 防止粘砂 。 上 、下箱分别设置出气孔 ，距离模 (下转第 60 页 )图 4 新工艺模拟结果图 3 新工艺图准122准142R3656087211030准180准2603#4501207045010070450120704502400701#2#
11、1104504030-1693857金 属铸锻焊技术 CastingForgingWelding 2011 年 11 月Hot Working Technology 2011 , Vol.40,No.21(上接第 57 页 )样 30mm，密度是每箱空 5 个 ，提高铸型的排气能力 。 砂芯采用碱酚醛树脂砂 ， 同样圆角处采用铬铁矿砂 。在保证砂芯强度前提下 ，严格控制树脂及固化剂加入量 ，以减少树脂砂发气量大 、退让性差造成的气孔和裂纹缺陷 。同时 ，在芯骨上缠绕草绳 ，顺至芯头处 ，以便砂芯气体排出 。 涂料采用醇基锆英粉涂料 ，在砂型烘干 (砂芯硬化 )后施涂 ，干刷两遍 ，涂层厚度在
12、1mm 左右 ，以提高铸件表面质量和减少粘砂倾向 。 浇注前两小时用热风机对砂型进行加热 ，加热温度在 80120之间 ，以减少低温砂型与高温钢水之间温度差 ，提高钢水流动性 ，避免冷隔 、浇不足现象发生 ，提高铸件表面质量 。采用 10t 碱性电弧炉熔炼 ， 使用高质量废钢和硅铁 、锰铁等原料 ，防止有害元素遗传 ，造成钢液质量不合格 。注意 “三期 ”控制和炉渣控制 ，待化学成分在要求范围内 ，特别是 P 含量尽可能低 ，才能出钢 。出钢温度 1600左右 ，边出钢边加铝粉进行脱 O、S等元素 。出钢后镇静 5min。采用钢包底吹氩技术 ，钢液翻腾利于杂质及气体上浮 ，提高钢液纯净度 ；均
13、匀钢包内上下钢水温差 ，以便测温准确 。浇注温度控制在 15351550之间 ， 保温 24h 后开箱 。 然后在150左右带温切割冒口 ，防止裂纹产生 。3 效果验证美卓方面特请全球知名检验机构 SGS 人员进行磁粉 、超声波检查 。采用上述工艺方法浇注 2 件样件 ，达到了欧标的铸件二级 UT 与 MT 探伤标准 ；化学成分及物理性能全都达到图纸要求 。为此 ，美卓方面与我们签下每年供货 144 件订单 。参考文献 ：1 中国机械工程学会铸造专业学会 铸造手册 (第五卷 )铸造工艺分册 M北京 ：机械工业出版社 ,19972 陈拥军 巴西米轨转向架摇枕的铸造工艺 J铸造设备研究 ,2007
14、,(2):20-23要有锤击 、喷丸 、炸药爆炸 、堆焊等方法 。 在俄罗斯 、德国等应用较多的是堆焊技术 ， 堆焊材料主要有WC 硬质合金和 Ni、Mo 高铬白口铸铁材料 ，这种方法可以用于新斗齿的制造 ， 又适用于退役旧斗齿的修复 。 一般堆焊后材料可不进行热处理 ， 但若焊接质量不好 ，则焊层在使用过程中易脱落 。 再者 ，研究人员根据复合材料的特点和斗齿的性能要求 ， 通过不同的工艺 ，研制出镶块斗齿和电渣熔铸斗齿等 ，目的都是通过在斗齿表面形成耐磨层 ， 而心部保持较高的塑韧性 。该方法主要优点是工艺简单 ，缺点是工艺质量要求高 。另外 ， 随着表面技术的发展 ， 除了上述方法之外
15、，目前热喷涂 、等离子喷涂 、激光喷涂等均已成功应用在斗齿上 ，使斗齿的性能有大幅度的提高 。4 结论近年来 ，国外对斗齿材料 、结构 、制造工艺等研究的发展非常迅速 ， 而国内这方面虽说也取得了一定的成绩 ，但与国外相比 ，还存在很大的差距 。 由于斗齿用量大 、磨损大 、易消耗 ，所以国内科技人员应选择斗齿合适材料 ，优化其结构设计 ，确定稳定的工艺参数 ， 采用表面强化技术等研制出与国外能媲美的同类产品 ，是实现斗齿国产化急需解决的问题 。参考文献 ：1 胡元哲 大型矿山挖掘机斗齿磨损失效分析与抗磨措施 J润滑与密封 ,2006,5(177):165-1672 Maris M, Snod
16、ya R, Peters JAnalysis of plunge grinding oper-ationJAnnals of Cirp,1975,(24):225-2303 吴世常 , 王青澄 , 等 挖掘机斗齿抗磨材料及制造工艺的国内外概况 J铸造 ,1996,(7):45-484 陈再良 , 李玉兰 矿用挖掘机斗齿的研制 J矿山机械 ,1992,(9):9-115 徐开德 浙东精密新型斗齿材料获国家专利 J工程机械与维修 ,2006,(6):106 朱甫洪 , 田晓惠 用铬钼铌耐磨合金钢制作斗齿和刃口板J工程机械 ,2000,(4):34-357 http:/ 杨烈 , 李奇林 挖掘帆斗齿结构改进分析 J 工程机械 ,2010,44:9-119 温新林 , 王秀梅 , 崔伟清 斗齿低碳低合金耐磨材料研究 J新技术新工艺 ,2006,(2):35-3660
