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摘要：本文从对滚轮结构的分析开始，简要介绍了冷床滚轮的铸造生产工艺，对其工艺中的关键技术做出了重点阐述，有一定的参考价值。
关键词：冷床滚轮；铸造工艺；工艺改进
Abstract: This paper starts from the analysis of roller structure, briefly introduces the process of casting cooling roller, make the focuses on the key technology of the process, has a certain reference value.
Keywords: cooling roller; casting process; process improvement
中图分类号：S626.3文献标识码： A 文章编号：
1 滚轮结构
抬升滚轮的结构如图 1 所示。
原工艺是分模造型， 沿辐板横向将模型分成两部分， 辐板上部筋板和轮毂部分在上箱，剩余部分在下箱， 按常规一般轮类铸件铸造方法设置冒口的， 轮缘处设置 2#腰暗冒口 4 个，中间轮毂处放φ12#暗冒口一个， 冒口放置如图2 所示。
存在的主要问题： 一是冒口较多， 造型操作麻烦， 生产率较低； 二是造型开箱时， 上箱塌箱严重， 导致修型工作量较大， 并且由于上下箱都有活， 扣箱时造成偏箱的较多； 三是由于冒口较多， 下芯合箱操作过程中， 进入型腔的散砂较多， 铸件形成夹砂缺陷较严重； 四是冒口凝固较晚， 钢液对砂型热作用时间相对较长， 导致辐板轮毂与筋的交接处粘砂严重，铸件表面质量较差， 并且常常出现裂纹； 五是后道工序清砂、 气割冒口的工作量加大， 铸件表面质量差； 六是铸件工艺出品率较低， 只有 47%。
2 工艺改进
针对以上问题， 该公司对铸件结构进行了仔细分析研究， 设计多种工艺方案对比， 最后确定了如下工艺方案。
2.1 模型、 芯子确定
（1） 由于铸件批量较大 ， 故确定采用整体模型， 下芯子的工艺， 这样整个铸件都在下箱，不会造成偏箱现象， 造型操作方便。 模型结构如图 3 所示， 上部采用 1#盖芯， 轴孔采用 2#中芯。 为防止下偏芯子导致上下筋对不齐、 错位，上盖芯设置定位结构。
（2） 将 2#中芯從辐板中间往上挖补贴， 如图 4 所示， 这样就能保证从轮毂往轮缘处的补缩通道畅通， 中间放一个冒口就能对外圆轮缘进行补缩， 原来轮缘处的四个冒口就可以去掉，工艺出品率大大提高。
（3） 为保证芯子精度 ， 2＃外圆芯子和 3＃盖芯都做成脱落式芯盒 （见图 4）， 模型和芯盒缩尺为径向 1.8％， 其余 2.0％， 分型负数取1.5 mm。
2.2 型砂选择
合理选用型砂， 兼顾表面粗糙度与解决清砂难问题， 即与钢液接触的筋板处、 凸台周围，由于受钢液的热作用时间较长， 在芯子表面采用耐高温的铬铁矿砂， 这种砂具有很高的耐火度， 防止铸件粘砂， 保证铸件光洁， 但这种砂价格较高， 为了节约成本， 只可采用薄薄的一层， 厚度约 8～10 mm， 芯子内层采用高温下能自动分解， 易溃散的低价人工粉碎的石灰石砂，以利于好清砂； 砂型型腔采用石英砂， 刷锆英粉涂料一遍。
2.3 浇冒口工艺
（1） 设置合理的浇冒口系统 ， 需要精确计算出铸件的热节， 在热节处放置适当的冒口，在冒口下增设补贴， 保证冒口形成顺序凝固，获得致密铸件。 根据计算和经验， 制定初始工艺方案， 并采用华铸 CAE 铸造仿真模拟软件，按初始工艺对辊子进行仿真凝固模拟、 分析和论证， 掌握温度场和流动场的变化规律， 以此调整冒口和浇口的大小和数量， 优化铸造工艺，保证铸件的顺序凝固和金属液的有效补缩， 保证获得无缩孔、 无缩松、 组织致密的抬升滚轮铸件。 最终确定浇冒口工艺 （见图 3）， 采用11#保温暗冒口 1 个， 高度 180 mm， 浇注系统采用从轮缘上部沿切线方向注入。 直浇口采用直径 60 mm 耐火砖管专用浇口一道、 横浇口、内浇口做成一体采用木模专门做出， 保证开放式浇注系统。
（2） 由于铸件批量较大 ， 为了更好地提高工作效率， 加快铸造进度， 设计了专用浇注系统， 将内浇口直接固定在模型上， 做出横浇口模型， 根据工艺模型大小， 设计出合理的砂箱工装， 一箱制作 4 件滚轮砂型 。 这样造型时就节省了设置浇口的时间， 降低造型时型砂的使用量， 制作成本明显降低。 改进后滚轮铸造工艺结构如图 5 所示。
（3） 铸造仿真模拟验证 。 针对以上工艺方案， 该公司应用华铸 CAE 凝固模拟软件进行仿真凝固模拟验证， 从凝固模拟结果 （见图 6） 可以看出， 铸件组织致密， 无缩孔、 缩松等缺陷发生。
2.4 熔炼
钢液的纯净度及浇注温度直接影响辊子铸件的质量。 S、 P 等有害元素含量越高， 裂纹倾向性越大， 钢中夹杂物与偏析越严重， 越易造成应力集中。 浇注温度越高， 凝固收缩越大，热裂纹、 缩孔、 疏松、 粘砂的产生机率也越大。加强工序质量控制， 采用变质处理及钢包底吹氩技术严格控制钢液质量， 减少钢液中气体及有害元素含量， 控制浇注温度和浇注速度， 增加钢液的补缩能力， 保证铸件组织致密。 冶炼时成分按中线控制， 炉前脱氧， 在包内采用稀土硅进行孕育变质处理， 出钢温度控制在 1 570～1 590 ℃。
2.5 合箱浇注
合箱前做到五检查： 即出气孔是否畅通（冒口、 芯头、 芯座）； 尺寸形状是否符合图纸；浇冒口系统内和型腔内是否干净； 芯头、 芯座间隙是否填严， 防止钢液钻入或跑火； 合箱卡子紧好后， 分型面是否合严， 以防跑火。放箱的地面要平整， 划出十字出气道。 浇口杯一定要用直径为 80 mm 的耐火材料制的漏斗， 不许用砂质浇口杯。 浇注时及时引火， 并采取防跑火措施。
浇注原则： 其一， 大流快浇； 其二， 钢包采用底注式浇包， 不许用新砌的钢包； 其三，钢包必须烘干， 保持干燥， 烘包温度要保证在700 ℃ 以上； 其四， 镇静时间， 钢液在包内镇静时间大于 7 min， 以便杂质上浮； 其五， 浇注温度 1 520~1 535 ℃。 用热电偶测温仪测温。3.6 打箱、 清理根据生产经验， 参照理论保温曲线， 确定浇注后保温时间为冬季 6 ～ 8 h， 夏季 8 ～ 10 h。由于该件为中碳钢， 壁厚较均匀， 为了提高工作效率， 减轻工人劳动强度， 确定采用水爆清砂的方式进行落砂清理， 为防止铸件出现裂纹，水爆清砂后的铸件要放入热砂坑中进行缓慢冷却， 割冒口后立即进窑退火处理。
3 应用效果
工艺改进后， 浇注 20 件， 铸件表面质量较好， 清理气割修磨工作量明显提高， 工艺出品率提高 30％， 加工后铸件无缩孔、 疏松、 气孔等缺陷， 取得了良好的经济效益。 通过大批量的实际生产， 验证了经过改进后的工艺方案是合理、 可行的， 能够浇注出健全的、 表面质量良好的铸件。 经机械加工后铸件中没有出现缩孔、 疏松等缺陷， 且组织致密， 力学性能达到了设计要求。
参考文献：
[1]柳百成.铸造工程的模拟仿真与质量控制,北京:机械工业出版社,2001,1
[2]李玉顺.简化铸造厂1509000管理模式,启动15014000+OSHMS迎入世.铸造.2002(l):8一10
[3]赵书城.加强管理是提高铸件质量的基础.中国铸造装备与技术.2000(5)
[4]王武孝等.铸造缺陷分析及工艺对策专家系统,铸造设备研究,1995(5):36一39
关键词：冷床滚轮；铸造工艺；工艺改进
Abstract: This paper starts from the analysis of roller structure, briefly introduces the process of casting cooling roller, make the focuses on the key technology of the process, has a certain reference value.
Keywords: cooling roller; casting process; process improvement
中图分类号：S626.3文献标识码： A 文章编号：
1 滚轮结构
抬升滚轮的结构如图 1 所示。
原工艺是分模造型， 沿辐板横向将模型分成两部分， 辐板上部筋板和轮毂部分在上箱，剩余部分在下箱， 按常规一般轮类铸件铸造方法设置冒口的， 轮缘处设置 2#腰暗冒口 4 个，中间轮毂处放φ12#暗冒口一个， 冒口放置如图2 所示。
存在的主要问题： 一是冒口较多， 造型操作麻烦， 生产率较低； 二是造型开箱时， 上箱塌箱严重， 导致修型工作量较大， 并且由于上下箱都有活， 扣箱时造成偏箱的较多； 三是由于冒口较多， 下芯合箱操作过程中， 进入型腔的散砂较多， 铸件形成夹砂缺陷较严重； 四是冒口凝固较晚， 钢液对砂型热作用时间相对较长， 导致辐板轮毂与筋的交接处粘砂严重，铸件表面质量较差， 并且常常出现裂纹； 五是后道工序清砂、 气割冒口的工作量加大， 铸件表面质量差； 六是铸件工艺出品率较低， 只有 47%。
2 工艺改进
针对以上问题， 该公司对铸件结构进行了仔细分析研究， 设计多种工艺方案对比， 最后确定了如下工艺方案。
2.1 模型、 芯子确定
（1） 由于铸件批量较大 ， 故确定采用整体模型， 下芯子的工艺， 这样整个铸件都在下箱，不会造成偏箱现象， 造型操作方便。 模型结构如图 3 所示， 上部采用 1#盖芯， 轴孔采用 2#中芯。 为防止下偏芯子导致上下筋对不齐、 错位，上盖芯设置定位结构。
（2） 将 2#中芯從辐板中间往上挖补贴， 如图 4 所示， 这样就能保证从轮毂往轮缘处的补缩通道畅通， 中间放一个冒口就能对外圆轮缘进行补缩， 原来轮缘处的四个冒口就可以去掉，工艺出品率大大提高。
（3） 为保证芯子精度 ， 2＃外圆芯子和 3＃盖芯都做成脱落式芯盒 （见图 4）， 模型和芯盒缩尺为径向 1.8％， 其余 2.0％， 分型负数取1.5 mm。
2.2 型砂选择
合理选用型砂， 兼顾表面粗糙度与解决清砂难问题， 即与钢液接触的筋板处、 凸台周围，由于受钢液的热作用时间较长， 在芯子表面采用耐高温的铬铁矿砂， 这种砂具有很高的耐火度， 防止铸件粘砂， 保证铸件光洁， 但这种砂价格较高， 为了节约成本， 只可采用薄薄的一层， 厚度约 8～10 mm， 芯子内层采用高温下能自动分解， 易溃散的低价人工粉碎的石灰石砂，以利于好清砂； 砂型型腔采用石英砂， 刷锆英粉涂料一遍。
2.3 浇冒口工艺
（1） 设置合理的浇冒口系统 ， 需要精确计算出铸件的热节， 在热节处放置适当的冒口，在冒口下增设补贴， 保证冒口形成顺序凝固，获得致密铸件。 根据计算和经验， 制定初始工艺方案， 并采用华铸 CAE 铸造仿真模拟软件，按初始工艺对辊子进行仿真凝固模拟、 分析和论证， 掌握温度场和流动场的变化规律， 以此调整冒口和浇口的大小和数量， 优化铸造工艺，保证铸件的顺序凝固和金属液的有效补缩， 保证获得无缩孔、 无缩松、 组织致密的抬升滚轮铸件。 最终确定浇冒口工艺 （见图 3）， 采用11#保温暗冒口 1 个， 高度 180 mm， 浇注系统采用从轮缘上部沿切线方向注入。 直浇口采用直径 60 mm 耐火砖管专用浇口一道、 横浇口、内浇口做成一体采用木模专门做出， 保证开放式浇注系统。
（2） 由于铸件批量较大 ， 为了更好地提高工作效率， 加快铸造进度， 设计了专用浇注系统， 将内浇口直接固定在模型上， 做出横浇口模型， 根据工艺模型大小， 设计出合理的砂箱工装， 一箱制作 4 件滚轮砂型 。 这样造型时就节省了设置浇口的时间， 降低造型时型砂的使用量， 制作成本明显降低。 改进后滚轮铸造工艺结构如图 5 所示。
（3） 铸造仿真模拟验证 。 针对以上工艺方案， 该公司应用华铸 CAE 凝固模拟软件进行仿真凝固模拟验证， 从凝固模拟结果 （见图 6） 可以看出， 铸件组织致密， 无缩孔、 缩松等缺陷发生。
2.4 熔炼
钢液的纯净度及浇注温度直接影响辊子铸件的质量。 S、 P 等有害元素含量越高， 裂纹倾向性越大， 钢中夹杂物与偏析越严重， 越易造成应力集中。 浇注温度越高， 凝固收缩越大，热裂纹、 缩孔、 疏松、 粘砂的产生机率也越大。加强工序质量控制， 采用变质处理及钢包底吹氩技术严格控制钢液质量， 减少钢液中气体及有害元素含量， 控制浇注温度和浇注速度， 增加钢液的补缩能力， 保证铸件组织致密。 冶炼时成分按中线控制， 炉前脱氧， 在包内采用稀土硅进行孕育变质处理， 出钢温度控制在 1 570～1 590 ℃。
2.5 合箱浇注
合箱前做到五检查： 即出气孔是否畅通（冒口、 芯头、 芯座）； 尺寸形状是否符合图纸；浇冒口系统内和型腔内是否干净； 芯头、 芯座间隙是否填严， 防止钢液钻入或跑火； 合箱卡子紧好后， 分型面是否合严， 以防跑火。放箱的地面要平整， 划出十字出气道。 浇口杯一定要用直径为 80 mm 的耐火材料制的漏斗， 不许用砂质浇口杯。 浇注时及时引火， 并采取防跑火措施。
浇注原则： 其一， 大流快浇； 其二， 钢包采用底注式浇包， 不许用新砌的钢包； 其三，钢包必须烘干， 保持干燥， 烘包温度要保证在700 ℃ 以上； 其四， 镇静时间， 钢液在包内镇静时间大于 7 min， 以便杂质上浮； 其五， 浇注温度 1 520~1 535 ℃。 用热电偶测温仪测温。3.6 打箱、 清理根据生产经验， 参照理论保温曲线， 确定浇注后保温时间为冬季 6 ～ 8 h， 夏季 8 ～ 10 h。由于该件为中碳钢， 壁厚较均匀， 为了提高工作效率， 减轻工人劳动强度， 确定采用水爆清砂的方式进行落砂清理， 为防止铸件出现裂纹，水爆清砂后的铸件要放入热砂坑中进行缓慢冷却， 割冒口后立即进窑退火处理。
3 应用效果
工艺改进后， 浇注 20 件， 铸件表面质量较好， 清理气割修磨工作量明显提高， 工艺出品率提高 30％， 加工后铸件无缩孔、 疏松、 气孔等缺陷， 取得了良好的经济效益。 通过大批量的实际生产， 验证了经过改进后的工艺方案是合理、 可行的， 能够浇注出健全的、 表面质量良好的铸件。 经机械加工后铸件中没有出现缩孔、 疏松等缺陷， 且组织致密， 力学性能达到了设计要求。
参考文献：
[1]柳百成.铸造工程的模拟仿真与质量控制,北京:机械工业出版社,2001,1
[2]李玉顺.简化铸造厂1509000管理模式,启动15014000+OSHMS迎入世.铸造.2002(l):8一10
[3]赵书城.加强管理是提高铸件质量的基础.中国铸造装备与技术.2000(5)
[4]王武孝等.铸造缺陷分析及工艺对策专家系统,铸造设备研究,1995(5):36一39