球墨铸铁轮毂的砂型铸造工艺设计

江苏万力机械股份有限公司铸造公司 （海安 226611）董 琪 顾厚军

球墨铸铁轮毂是列车运行设备中的一个关健零件。轮毂品质的优劣直接影响行车安全，由于其在列车运行中处于特殊位置，承受着复杂交变载荷，服役条件恶劣。

我公司是生产球墨铸铁内燃机铸件的专业厂。2008年按美国铁路工程协会（AREA）标准，应美方要求生产的球墨铸铁轮毂，内在品质的检测，采用实物全检全部位射线拍片。初期无损检测结果表明，轮毂厚大变截面积热节断面内存在较严重的疏松、缩孔等缺陷，达不到AREA标准。美国的轮毂结构不同于我国的结构设计，平均壁厚比我国的轮毂厚；美国的材质为球墨铸铁，而我国的材质为孕育灰铸铁。本文针对美国的轮毂结构和材质特点，主要从优化铸造工艺入手，以消除热节部位的缩孔、缩松等铸造缺陷开展试验研究。

1.铸件分析

该铸件（见图1）最大直径390mm，高度160mm，重量50kg，材质为QT550－6，硬度220～240HBW；热节最大截面直径45mm，较易形成缩孔、缩松。根据美国AREA标准，铸件必须进行X射线无损检测，内部不允许有缺陷。

图1

2.试验方案

在试制的出口轮毂中，经筛选采用以下两种不同的砂型铸造工艺方案，各生产6件进行实物拍片对比，从中获取适宜的铸造工艺方案。

方案1：轮毂径向为水平方向造型，一型一件，铸件顶部设计冒口（包括补贴），铁液从冒口引入。6件中3件在铸件内侧热节处放置冷铁，如图2所示。

图2

方案2：轮毂径向为竖立方向造型，一型两件，铸件轴向侧面设计边冒口，铁液从冒口引入。外模远离冒口热节处放置冷铁，铸件内侧热节下型处放置冷铁，如图3所示。

图3

3.试验结果对比

方案1：尽管顶部设置了冒口（包括补贴），部分铸件内侧热节处放置冷铁，且为保证型腔刚度，选择自硬砂造型等措施，但轮毂厚大变截面热节处仍不能完全消除缩松、缩孔等铸造缺陷（见图4）。主要原因是铸件本身结构壁厚不均匀，造成热量集中，冷却不均匀，即便通过冒口补贴，使得铸件各部位不同壁厚的连接采用逐渐过渡形式，也难以充分补缩厚大变截面热节。另外，冒口位置和铁液引入方面也不是最佳选择。

图4

方案2：由于方案2分型与方案1相差90°，铁液从冒口引入，冒口设置在铸件轴向侧面，基本消除了轮毂厚大变截面热节处的铸造缺陷。加之铸件外部远离冒口热节处和铸件内侧热节下型处放置冷铁，也加快了变截面热节区铁液的凝固，消除了该部位的缩孔、缩松。轮毂的各个部位热量较平衡，创造了顺序凝固条件，在暗冒口作用下，轮缘面得到充分的补缩，从试验情况看铸件的内部基本上消除了铸造缺陷。

通过以上两种工艺方案的试验，实物拍片对比，方案2优于方案1。按方案2工艺生产的轮毂，完全达到美国AREA标准。

4.注意事项

为了保证轮毂质量，操作上严格控制铁液化学成分（wC＝3.6%～3.8%、wSi＝2.5%～2.9%、wMn＜0.6%、wS＜0.025%、wP＜0.08%、wMg＝0.03%～0.05%、wRE＝0.02%～0.03%）、浇注温度（1370～1390℃），加强浇注时的补浇，按工艺要求摆放好各种冷铁。

在冷铁接触轮毂的铸件表面位置，采用涂料挂砂（覆膜砂）工艺，以便铸件清理，避免冷铁接触铸件表面产生气孔。另外，制作砂芯时，自硬砂混制要注意树脂和固化剂的配比，混砂要均匀，冷铁摆放位置要正确，砂芯制作24h后才能造型和浇注，以保证砂芯强度，避免产生气孔缺陷。