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摘要： 本文介绍了某轮类壳体铸件的铸造工艺设计和制造过程。通过相对合理的工艺设计，并通过实际生产检验来验证工艺的合理性，成功进行了产品的开发，并对产品的生产过程进行了质量控制，取得了很好的效果。
关键词： 轮 壳体 铸造工艺 质量控制
【分类号】：TG255
1、 产品简介及难点分析
我公司新开发的某轮类壳体铸件，是主要用于重型机械机车的重要零件之一。零件重量260Kg，整件要求荧光磁粉探伤。铸件最大外径尺寸Φ750mm，高度280mm，最大壁厚60，最小壁厚16mm。零件结构如图1所示。
图1
该铸件是我公司目前生产的重量比较大的壳体类铸钢件，结构较复杂，补缩困难，工艺设计难度较大。该产品的壁厚较薄，而且属于中空结构，坭芯砂只能通过两侧的工艺孔清除，因此工艺设计要求考虑的因素多。另外，该产品的焊接性能要求高，因此对型砂、芯砂的质量要求相对也高，要尽量避免砂气孔缺陷的产生，从而尽量避免焊修。
2、 铸造工艺设计
（1）砂芯设计
铸件所用砂芯的数量和结构，主要取决于铸件的结构，所以在铸造工艺设计的过程中，需要充分考虑铸件的结构特点，这样才会使砂芯既较易于制造，又使下芯作业方便。【1】
砂芯的设置 针对该铸件的结构，可以设置四个砂芯，一个主体内腔砂芯、一个中间小法兰上圆孔的砂芯以及后工序清理内腔残砂的工艺孔处底面箱各一个小砂芯。铸件主体内腔是一个封闭的空腔，在浇注过程中，砂芯几乎完全被钢水所包裹，且要经受长时间的高温侵蚀，所以特采用高强度耐高温的覆膜砂进行制芯。由于砂芯尺寸比较大，为了减小砂芯重量以及方便制芯，将该砂芯分成对称的两半进行制芯，下芯前用粘芯胶将两半砂芯粘在一起。其它几个砂芯也是由覆膜砂来制芯。
砂芯的定位 砂芯在砂型中一般用芯头来定位，也可以用一些其它辅助手段来辅助定位，以防止砂芯发生移动或者轴线转动。该铸件主体内腔砂芯除了与砂型在清砂孔处有一点接触外，其余全部被钢水所包围。所以，清砂孔处的砂芯可以作为一个定位点。另外，为了下芯时，更加方便的定位，在砂芯的外侧圆周面上与砂型设置两条下芯对位槽，下芯时，只要砂芯与砂型的对位槽对齐即可。
砂芯的固定 砂芯在砂型中的固定一般用芯頭来固定，也用芯撑或铁丝来固定。该铸件主体内腔砂芯由于几乎完全被钢水所包围，在清砂孔处的砂芯可以作为固定砂芯的一点，其它固定点只能借助芯撑。为了使砂芯稳固，在底箱和面箱分别用4个芯撑来固定。
（2）冒口的设计
对于铸钢件来说，其凝固期间体积收缩量大，且趋向于形成集中缩孔。所以为了得到致密的铸件，需要根据铸件的结构特点合理的设置冒口。
首先根据铸件的结构特点来确定铸件需要补缩的位置，即冒口的位置。根据铸件的结构图可以看出，热节主要分布在铸件上下两端面的外缘部分以及中间法兰部位，所以冒口要设置在这两个部位。为了提高冒口的补缩效率，以及提高铸件的工艺出品率，我们采用了发热保温冒口。
然后根据铸件需要补缩部位的模数来确定冒口的型号大小。
从铸造工程师手册中可查出其简化模型的模数算法如下【2】
式中，M—铸件需要补缩部位的模数；
dy—铸件需要补缩部位热节圆直径；
由铸件结构图分析可以得出，铸件上下两端面外缘部位的热节圆直径为5.8cm，所以该部位的模数
M=5.8÷2=2.9 cm
用同样的方法可以分析得出铸件中间法兰处的模数为3.1cm 。
据此，我们在铸件外缘处选择模数大于2.9cm的发热保温冒口，为了保证冒口的补缩距离，在圆周长约为2.4m 的铸件外缘上，均布6个发热保温冒口。在铸件中间法兰处选择模数大于3.1cm的发热保温冒口。
针对冒口的布置，我们制定了如下方案：
铸件外缘处的6个冒口作为顶冒口，均匀地压在铸件外缘的上端面。这样，冒口可以很好的发挥其补缩的作用。但是，冒口在垂直方向的补缩范围与铸件被补缩部分的高度、壁厚和冷却条件有关。铸件被补缩部分越厚，高度越低则补缩范围越大。从铸件的结构，我们可以看到，铸件外侧的壁厚比较薄，仅为22mm ，这样，冒口在垂直方向上的补缩通道就会受阻，对下端面的补缩效果也会受到很大的影响。为了减小这种影响，使冒口的补缩通道顺畅，我们需要在冒口的下方设置适当的补贴。同样的，铸件中间小法兰处，为了增大上方冒口的补缩距离，我们也需要在小法兰的内表面处设置适当的工艺补贴。
（3）浇注系统的设计
浇注系统是铸型中引导金属液流入型腔的通道，浇注系统的好坏直接影响到铸件的充型，进而影响到铸件外轮廓的完整清晰度、砂气孔的产生以及铸件上各部分温度的分布。该铸件属于薄壁件，结构较复杂，设计中应充分考虑到排渣和排气。为了减小钢水对型壁的冲刷，同时保证钢水以合适的速度平稳地充型，并且保证冒口的作用，形成温度梯度，我们将浇注系统设计为开放式的浇注系统，采用环形的横浇道，并将内浇口开设在铸件外缘冒口的下方。【2】
3、 过程质量控制
为了保证产品的质量，我们对模具制作、造型、下芯、浇注、清理、热处理及加工等整个生产过程中各个工序都编制了相应的工艺卡，并全程监督，严格按照既定工艺执行，对关键的工序进行重点控制。同时在样件生产过程中，采取了以下措施，以确保产品一次开发成功。
为使模具耐用以及保证铸件的尺寸精度，模具外型采用铝合金，热芯盒采用铸铁。
为保证铸件的表面质量，在铸件的圆角位及壁厚位均覆盖铬铁矿砂。
冶炼和浇注严格按照制定的相应材质的冶炼、浇注工艺要求执行，控制浇注速度，保证浇注质量。
对铸件的某些关键的尺寸，制作专门的样规、样卡，以保证关键尺寸的精度。
对铸件进行100%磁粉探伤。
在热处理工序中，对铸件要进行合理的摆放，防止因摆放不当而造成的变形。
4、 样件试制结果
按照以上设计的工艺生产样件两件。对样件经过称重、尺寸划线、表面周身磁粉探伤以及关键部位超声波探伤等各种检测，铸件表面质量和内部质量的各项指标均合格，工艺出品率达到了69% 。实验证明，以上的工艺设计是合理的，基本达到了预期的效果。
5、 经验总结
该产品结构较为复杂，产品质量要求高，但是经过我们的努力和不断的摸索实践，最终成功进行了开发。另外，在该产品的开发过程中，我们将发热保温冒口在中小型铸钢件上成功进行了推广应用，在改善产品质量和提高工艺出品率方面为我们积累了宝贵的经验，也对我们今后开发类似的产品和解决类似的问题具有一定的指导意义。
参考文献
【1】 中国机械工程学会铸造分会. 《铸造手册》. 北京：机械工业出版社. 2006年. 136-180
【2】 铸造工程师手册编写组. 《铸造工程师手册》. 北京：机械工业出版社. 2005年. 507-576
关键词： 轮 壳体 铸造工艺 质量控制
【分类号】：TG255
1、 产品简介及难点分析
我公司新开发的某轮类壳体铸件，是主要用于重型机械机车的重要零件之一。零件重量260Kg，整件要求荧光磁粉探伤。铸件最大外径尺寸Φ750mm，高度280mm，最大壁厚60，最小壁厚16mm。零件结构如图1所示。
图1
该铸件是我公司目前生产的重量比较大的壳体类铸钢件，结构较复杂，补缩困难，工艺设计难度较大。该产品的壁厚较薄，而且属于中空结构，坭芯砂只能通过两侧的工艺孔清除，因此工艺设计要求考虑的因素多。另外，该产品的焊接性能要求高，因此对型砂、芯砂的质量要求相对也高，要尽量避免砂气孔缺陷的产生，从而尽量避免焊修。
2、 铸造工艺设计
（1）砂芯设计
铸件所用砂芯的数量和结构，主要取决于铸件的结构，所以在铸造工艺设计的过程中，需要充分考虑铸件的结构特点，这样才会使砂芯既较易于制造，又使下芯作业方便。【1】
砂芯的设置 针对该铸件的结构，可以设置四个砂芯，一个主体内腔砂芯、一个中间小法兰上圆孔的砂芯以及后工序清理内腔残砂的工艺孔处底面箱各一个小砂芯。铸件主体内腔是一个封闭的空腔，在浇注过程中，砂芯几乎完全被钢水所包裹，且要经受长时间的高温侵蚀，所以特采用高强度耐高温的覆膜砂进行制芯。由于砂芯尺寸比较大，为了减小砂芯重量以及方便制芯，将该砂芯分成对称的两半进行制芯，下芯前用粘芯胶将两半砂芯粘在一起。其它几个砂芯也是由覆膜砂来制芯。
砂芯的定位 砂芯在砂型中一般用芯头来定位，也可以用一些其它辅助手段来辅助定位，以防止砂芯发生移动或者轴线转动。该铸件主体内腔砂芯除了与砂型在清砂孔处有一点接触外，其余全部被钢水所包围。所以，清砂孔处的砂芯可以作为一个定位点。另外，为了下芯时，更加方便的定位，在砂芯的外侧圆周面上与砂型设置两条下芯对位槽，下芯时，只要砂芯与砂型的对位槽对齐即可。
砂芯的固定 砂芯在砂型中的固定一般用芯頭来固定，也用芯撑或铁丝来固定。该铸件主体内腔砂芯由于几乎完全被钢水所包围，在清砂孔处的砂芯可以作为固定砂芯的一点，其它固定点只能借助芯撑。为了使砂芯稳固，在底箱和面箱分别用4个芯撑来固定。
（2）冒口的设计
对于铸钢件来说，其凝固期间体积收缩量大，且趋向于形成集中缩孔。所以为了得到致密的铸件，需要根据铸件的结构特点合理的设置冒口。
首先根据铸件的结构特点来确定铸件需要补缩的位置，即冒口的位置。根据铸件的结构图可以看出，热节主要分布在铸件上下两端面的外缘部分以及中间法兰部位，所以冒口要设置在这两个部位。为了提高冒口的补缩效率，以及提高铸件的工艺出品率，我们采用了发热保温冒口。
然后根据铸件需要补缩部位的模数来确定冒口的型号大小。
从铸造工程师手册中可查出其简化模型的模数算法如下【2】
式中，M—铸件需要补缩部位的模数；
dy—铸件需要补缩部位热节圆直径；
由铸件结构图分析可以得出，铸件上下两端面外缘部位的热节圆直径为5.8cm，所以该部位的模数
M=5.8÷2=2.9 cm
用同样的方法可以分析得出铸件中间法兰处的模数为3.1cm 。
据此，我们在铸件外缘处选择模数大于2.9cm的发热保温冒口，为了保证冒口的补缩距离，在圆周长约为2.4m 的铸件外缘上，均布6个发热保温冒口。在铸件中间法兰处选择模数大于3.1cm的发热保温冒口。
针对冒口的布置，我们制定了如下方案：
铸件外缘处的6个冒口作为顶冒口，均匀地压在铸件外缘的上端面。这样，冒口可以很好的发挥其补缩的作用。但是，冒口在垂直方向的补缩范围与铸件被补缩部分的高度、壁厚和冷却条件有关。铸件被补缩部分越厚，高度越低则补缩范围越大。从铸件的结构，我们可以看到，铸件外侧的壁厚比较薄，仅为22mm ，这样，冒口在垂直方向上的补缩通道就会受阻，对下端面的补缩效果也会受到很大的影响。为了减小这种影响，使冒口的补缩通道顺畅，我们需要在冒口的下方设置适当的补贴。同样的，铸件中间小法兰处，为了增大上方冒口的补缩距离，我们也需要在小法兰的内表面处设置适当的工艺补贴。
（3）浇注系统的设计
浇注系统是铸型中引导金属液流入型腔的通道，浇注系统的好坏直接影响到铸件的充型，进而影响到铸件外轮廓的完整清晰度、砂气孔的产生以及铸件上各部分温度的分布。该铸件属于薄壁件，结构较复杂，设计中应充分考虑到排渣和排气。为了减小钢水对型壁的冲刷，同时保证钢水以合适的速度平稳地充型，并且保证冒口的作用，形成温度梯度，我们将浇注系统设计为开放式的浇注系统，采用环形的横浇道，并将内浇口开设在铸件外缘冒口的下方。【2】
3、 过程质量控制
为了保证产品的质量，我们对模具制作、造型、下芯、浇注、清理、热处理及加工等整个生产过程中各个工序都编制了相应的工艺卡，并全程监督，严格按照既定工艺执行，对关键的工序进行重点控制。同时在样件生产过程中，采取了以下措施，以确保产品一次开发成功。
为使模具耐用以及保证铸件的尺寸精度，模具外型采用铝合金，热芯盒采用铸铁。
为保证铸件的表面质量，在铸件的圆角位及壁厚位均覆盖铬铁矿砂。
冶炼和浇注严格按照制定的相应材质的冶炼、浇注工艺要求执行，控制浇注速度，保证浇注质量。
对铸件的某些关键的尺寸，制作专门的样规、样卡，以保证关键尺寸的精度。
对铸件进行100%磁粉探伤。
在热处理工序中，对铸件要进行合理的摆放，防止因摆放不当而造成的变形。
4、 样件试制结果
按照以上设计的工艺生产样件两件。对样件经过称重、尺寸划线、表面周身磁粉探伤以及关键部位超声波探伤等各种检测，铸件表面质量和内部质量的各项指标均合格，工艺出品率达到了69% 。实验证明，以上的工艺设计是合理的，基本达到了预期的效果。
5、 经验总结
该产品结构较为复杂，产品质量要求高，但是经过我们的努力和不断的摸索实践，最终成功进行了开发。另外，在该产品的开发过程中，我们将发热保温冒口在中小型铸钢件上成功进行了推广应用，在改善产品质量和提高工艺出品率方面为我们积累了宝贵的经验，也对我们今后开发类似的产品和解决类似的问题具有一定的指导意义。
参考文献
【1】 中国机械工程学会铸造分会. 《铸造手册》. 北京：机械工业出版社. 2006年. 136-180
【2】 铸造工程师手册编写组. 《铸造工程师手册》. 北京：机械工业出版社. 2005年. 507-576