摘要：随着铸造业激烈的竞争，对铸造工艺设计和生产质量控制提出了更高的要求。对于目前铸造生产质量存在的问题，本文主要对铸造工艺设计技术和铸造生产质量控制进行了分析，为确保生产出高质量的合格铸件提供了一些建议。
关键词：铸造工艺；设计；生产质量
近些年，铸造业的竞争越来越激烈，并且铸造业的利润越来越低，但是在此情况下，对铸造业还提出了更高的要求。铸造工艺是一个复杂的多工序组合的工艺过程，本文对其铸造工艺设计技术进行了分析。传统铸造工艺有很多质量问题，如底部夹砂严重，不好清理下芯子后底部，容易塌箱造型翻上盖箱，造型合箱操作困难等，为此，本文在第二部分重点对铸造生产质量控制进行了分析。本文所选用的铸件最大轮廓尺寸为3 500×1 450×1 770（mm），铸件壁厚变化较大，最大处壁厚为260 mm，最小处壁厚为130 mm，铸件重量12 000 kg，形状结构如图1所示，铸件材质为ZG20SiMn，调质处理HB 130～170，屈服强度σs≥295 MPa，抗拉强度σb≥490MPa，铸件制造难度较高。
图1 铸件结构结构图
铸造工艺设计技术
1.1确定铸造工艺参数
铸造工艺参数的确定主要从缩尺、加工余量、分型负数这三个方面进行。（1）缩尺。由于该铸件本身的特点，在凝固收缩过程中，整个铸件结构比较紧凑，将不会对受铸型的机械产生较大影响，因此，模样缩尺选择2%。（2）加工余量。为了能够更好的确保加工面精度，在选择上表面、下表面和侧面的加工余量时是不同的，加之铸件轮廓尺寸较大，因此，此时上表面加工余量选择12mm，而下面和侧面的加工余量则选择10mm。（3）分型负数。由于分模造型主要采用上箱和下箱，两种，在选择分型负数时采用3mm的，上下箱分布采用对称式。
1.2浇注系统的设计
为保证浇注系统充型平稳，减少金属液对型腔的冲击，避免出现夹砂、冲砂现象，采用底注式浇注系统，使金属液充型平稳，更好的保证铸件内部质量。为防止铸件浇不足和表面出现冷隔纹，浇注系统设计为开放底返式，直浇道采用φ100 mm一个，横浇道采用φ80 mm两道、从中间往两边分开，内浇道采用φ60mm八道，浇注系统设置如图2所示。
图2 浇注系统
1.3冒口及外冷铁设置
由于铸件局部热节较多，为保证形成由铸件向冒口的顺序凝固方式，保证铸件内部组织致密，探伤合格，通过凝固模拟分析，并依据实践经验，确定外冷铁和冒口设置方案如图3。采用φ120 mm圆暗冒口5个，腰圆型240 mm×360 mm×310 mm暗冒口一个，放置φ650 mm×φ450 mm圆冒口一只。为消除凸台及热节处的缩孔缩松缺陷，在凸台及热节处设置外冷铁。
图3 铸造冒口及外冷铁
2.铸造生产质量控制
2.1模样制作
在对模样进行制作时主要采用实样木模，实样木模在运营过程中不可变形，为了要确保整体强度和刚度。为了确保吊运起模时的安全性，模样要做出起模吊鼻。要从外模和芯盒中做出铸造圆角。造型和制芯人员在工作之前，要清楚认识图纸和工艺要求，一定要严格按照相关工艺要求进行。
2.2制芯
制芯前准备好芯骨，芯骨上焊接吊鼻或者备上铁丝作为吊鼻，两个大芯子内放适量填充物;后端的芯子尤其注意采取排气措施，芯骨强度足够，外缠草绳，芯骨长宽最大尺寸距离芯子外表面吃砂量大于30mm。型芯用来形成铸件内部空腔或局部外形。由于型芯的表面被高温金属液包围，长时间受到浮力作用和高温金属液的烘烤作用；铸件冷却凝固时，砂芯往往会阻碍铸件自由收缩；砂芯清理也比较困难。因此造芯用的芯砂要比型砂具有更高的强度、透气性、耐高温性、退让性和溃散性。各砂芯采用树脂砂制作，拐角处用铬铁矿砂制作，厚度10~20 mm。保证足够紧实度和表面光洁度。型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。两个大芯子上焊接排气管，通到芯头的平面上，制芯时在各个筋板位置做出排气孔，直径φ10mm，数目两道。
2.3造型
浇注系统全部采用耐火砖管，注意浇口砖管之间的连接要紧密，防止型砂进入浇口内部。铸件的大冒口用保温板围成，后端的3个异形冒口用保温冒口。模样放入砂箱，预留好浇口管位置和冒口位置，模样表面涂刷脱模剂，利于脱模。铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。面砂吃砂量大于100 mm，紧实度足够高而且要保证均匀。使用外冷铁以前，仔细检查外冷铁锈蚀情况，进行充分打磨除锈。起模后修型光洁，型腔内不得留有散砂。上箱造型时，适量增加吊棍数量，防止塌箱。修型后，砂型用二氧化碳适当硬化，防止上窑烘干及吊运过程中型腔变形。
2.5下芯、合箱
在合箱之前，对型、芯尺寸进行仔细检查，检查没有问题之后才可进行下芯合箱。下芯合箱时首先要对各部壁厚度进行认真检查，看是否合适，不得将芯卡定位用于探伤部位，等到检查合格后，才可进行下一步。等到所有的芯子都下完后，再次清理型腔内散砂，同时对各部分的尺寸进行仔细检查，等到所有事情都确保无误后，再进行合箱操作。观察是否有砂块脱落现象是扣箱时首要步骤。
2.6熔炼、浇注
影响铸件的质量的因素有很多，其中一个较为重要的因素就是钢液的纯净度和浇注温度。钢液质量的控制主要是由某种技术来进行，即采用钢包底吹氩技术，进而进一步确保铸件质量控制。在冶炼时，主要按中限来控制成分，炉前脱氧，采用稀土硅在包内进行变质处理，对出钢温度也有一定的规定，一般规定其温度在1580~1610℃。浇注时应及时引火，同时也做好防火准备，预防火灾的发生。浇注主要采用慢浇、快浇和慢浇的顺序来进行，等到浇注完毕后，等待3分钟，充点冒口一次，再进行下一次充点冒口时要隔5分钟。钢包不要新砌的，要采用底注式浇包。
2.7精整与热处理
开箱后，检查冒口根部是否有残砂，对其存在的残砂进行清除，保证100℃以上热割冒口，注意在清除过程中要确保风铲与铸件表面不发生接触。退火一定要按照具体的铸件质量要求来进行。
2.8质量检验
首先必须认真仔细的检验钢液，在检验之前，要对标样的成分进行认真查对，确保一样，尤其是要注意S、P的含量，它们的含量一定要适度。其次，对铸件质量检验时一定不要忽视超声波探伤和磁粉探伤这部分的检验，在这个过程中，人员因素是非常重要的，因此，在检验之前，相关人员要非常熟悉超声波探伤检验文件。再次，对铸件的检验还需要对力学性能进行检验，此时，按照用户提供的试棒图纸来对试棒尺寸进行加工。最后，质量检验还需要进行低温冲击实验，此实验要在零下30℃进行。
总而言之，为了确保生产质量，对模样制作、制芯、造型、熔炼、浇注、精整与热处理以及质量检验都有相关规定，并且还要对外冷铁的尺寸和表面质量等进行严格监督。砂芯采用整体设计，以此来确保内圆的尺寸精度；确保钢液的上升速度；严格检查合箱前后对型腔、砂芯的表面质量，严格控制关键尺寸。
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。