大型高铬铸铁肩胛环防变形研究

2013-08-02石家庄强大泵业集团有限责任公司河北050035冯晓冉

金属加工(热加工) 2013年9期

石家庄强大泵业集团有限责任公司（河北 050035）冯晓冉

肩胛环作为挖泥泵上的主要过流部件，在实际生产中存在着严重的变形问题，导致废品率居高不下，给公司带来较大损失。大型肩胛环铸件一般直径较大，断面窄且壁薄，铸件自身结构特点也加剧了变形的趋势。为了将铸件变形量控制在合格范围内，我们以1000WN肩胛环为例展开研究。

1.工艺分析

1000WN肩胛环铸件最大直径 2630mm，最小壁厚50mm，毛坯重量850kg，材质为KmTBCr26。

（1）原工艺调查该件原铸造工艺如图1所示，首次生产时采用手工树脂砂，浇口开在肩胛环外围，浇注系统采用φ90mm直浇道，横浇道截面为梯形，大小为50/60mm、高60mm，内浇道6道，4个φ260mm冒口均布，冒口颈φ70/φ80mm、高10mm，浇注重量1.7t。浇注完毕5天后打箱，其中浇注完8h后去压铁，两天后松上箱。热处理工艺采取淬火+回火，装炉方式通常为几个直径大小相近的肩胛环铸件叠装入炉。

图1 原铸造工艺示意

（2）主要问题铸态存在变形，以及热处理产生二次变形。铸态变形在6～15mm，热处理二次变形为10～20mm，且多数铸件存在内圆部位下沉现象，如图2所示。

图2 变形部位示意

（3）分析得出的结论 ①结构特殊易造成铸件变形，由于铸件壁厚较薄，最小处仅为50mm，结构为典型的大圆环，内圆直径较大，截面窄，因此结构形状特点是造成大型肩胛环变形大的主要原因。②热处理炉底板不平及空冷时散热不均，热处理炉底板使用多年表面已不平，在热处理时此类铸件一般是叠放3～4个，其中最上面的铸件在空冷时散热不均易发生较大的二次变形。③打箱工艺不合理，如压箱时间短，过早地去掉上箱，以及将砂箱叠放等，都易造成冷空气过早进入，铸件表面散热不均产生应力而导致变形。

2.工艺改进

（1）防变形拉筋设计针对此类铸件的特点，防变形拉筋的设计是关键。针对大型肩胛环断面窄的特点，考虑在铸件上加一圈竖筋，并且适当放大内圆加工余量（上下面加工均变为10mm），这样铸件结构有所改变，有利于遏制变形倾向。要想发挥圈筋的作用，必须使筋先于铸件凝固而先获得强度，从而可以在铸件产生应力变形时由其起到牵制作用，筋的壁厚为主壁厚的0.4～0.6倍，考虑到清理量，将壁厚定为24mm，此外考虑到起模因素，将拉筋的截面定为梯形，尺寸为18/24mm，高度定为60mm，圈筋在热处理完成后去除。

（2）拉筋位置的确定应力产生导致铸件变形，而热应力的产生是由于铸件不同部位冷却时间不一致引起的，即在壁薄或散热快的部位形成压应力，在壁厚或散热慢的部位形成拉应力。对肩胛环铸件来说，上表面（带预制件的面）比下表面散热快，因此决定把拉筋设在下表面，这样可以起到使散热趋于一致的作用。

（3）拉筋形式的确定根据肩胛环断面窄的特点，以及对变形部位的考虑，拉筋确定为一圈竖筋，如图3所示。

图3 拉筋示意

（4）压箱工艺改进对大型肩胛环制订专门压箱工艺，浇注两天后去压铁，且转移砂箱时要注意放平，不得堆放，特别杜绝砂箱上下扇之间过早漏缝，避免产生冷空气进入的现象。浇注4天后松上箱，浇注6天后打箱，打箱过程中严禁磕碰铸件。

（5）热处理装炉方式改进针对热处理炉底板表面不平，装炉时在支平方面不易保证的情况，采取多支点的办法对直径超过2.5m件支点最少8个，支垫时薄砖与厚砖结合。另外，在叠装的肩胛环最上面加个盖（使用直径相近的废肩胛环或废护板），这样可保证铸件出炉后空冷时上下面散热均匀，减少应力变形趋势。

3.生产实践验证

按上述措施实施后，1000WN肩胛环生产取得顺利成功，铸件上平台测量变形量在2～4mm，热处理后变形在3～5mm，由于两个面均有10mm加工余量，保证了零件加工要求，因此毛坯尺寸合格。随后，我们在900WN、TK1000、TK1200等肩胛环上采取同样方法生产，变形量均达到了预期目标，铸件合格率在90%以上。