大型铸钢件造型用冶金附具的优化设计

王小博

（西安双特智能传动有限公司，陕西,西安 710011）

众所周知，地坑造型的砂型铸造生产是以冶金辅具为前提的，如造型工序用的底板、砂箱、挡梁、压铁、水口流等。冶金辅具在生产中是否方便实用直接关系到铸件的生产周期及原材料用量。而冶金辅具的设计应以造型生产工艺形式、流程为依据。我公司新建铸钢车间采用有机酯水玻璃自硬砂为主、碱酚醛树脂自硬砂相辅的造型工艺，为使新建车间铸钢件生产工作能顺利开展，对大型铸钢件造型用冶金辅具进行优化设计。

1 大型造型用砂箱的设计

砂箱是砂型铸造生产铸件必不可少的辅具。一般小型砂箱的设计参数，在各种铸造专业资料、标准、书籍中都可查到，大多可满足设计要求。但大型砂箱的设计参数，目前还未有参考资料可查。各铸造厂多为根据自己的生产情况自行设计，这种设计方法对设计者积累的设计经验要求很高。对生产最大单重约220 t铸钢件，需要投入的砂箱尺寸大、规格多。所以，大型砂箱的设计工作显得非常重要。

根据作者的经验，参考同类企业砂箱形式，设计了铸造用大型砂箱的结构形式。主要尺寸范围从5 000×5 000（mm）～6 000×6 000（mm）方箱；8 000×4 000（mm）～10 500×5 500（mm）长方箱。以下以8 000×4 000×550（mm）砂箱作介绍。其结构见图1.

1.1 主要结构优化设计

主要结构优化设计见图2.

图1 砂箱立体图

图2 砂箱主要优化设计形式图

1.2 主要设计参数

砂箱主要壁厚：60mm，箱壁加强筋间距：660mm；厚度：45mm～50mm；砂箱法兰宽度：大于200mm，并设计了螺栓紧固耳，箱角圆角：R150 mm～360 mm；箱档厚：40 mm～50 mm；箱筋间距：500 mm；吊把间距：4 000 mm；与砂箱连接的吊把直径：φ200 mm.

1.3 重要结构设计

1）本砂箱主要优化改进设计部分是砂箱吊把。吊把设计是砂箱设计的核心部分，一般小型砂箱吊把与箱壁连接处用较大的圆角过渡，造成该处热节很大，铸造时往往补缩不好，易形成内部缩孔、缩松。使用时经常发生断裂情况。为了改进这种情况，本设计采用了小圆角、米字加强筋、空心结构。这样，对大型砂箱无需把吊把直径设计的很粗，就可保证吊把的强度。

2）砂箱高度方向的连接是造型操作必要的问题。设计一种合理、方便使用的结构形式，对保证造型生产的质量、效率、安全等都起到至关重要的作用。经多方比较，采用了螺栓连接结构。该结构易操作，可方便的使用与高度不同的铸件造型要求，并可使大型砂型的翻转难题得以解决。

以上砂箱的优化设计满足了大型铸钢件造型操作的需求，得到了生产车间及造型操作人员的肯定。并且，此种设计得到了推广。目前，使用情况很好。

2 造型地坑用挡梁的设计

新建的造型地坑共有7个，均为钢筋混凝土结构。各坑虽尺寸不同，为了满足地坑造型的需要，均在地坑的侧壁设置了断面为200 mm×80 mm、高度与侧壁同高的插槽，用来插进挡梁，其作用同砂箱的一个侧壁。而挡梁的作用除满足将大地坑分割为造型时需要的小地坑外，其另一个重要功能就是能抵抗铸件浇注时钢水形成的非常大的动、静压力。同时应满足挡梁本身铸造时结构的要求及使用时方便、合理等。

2.1 设计形式

主要根据经验并参考其他兄弟单位的辅具现场使用情况设计了两种结构形式。设计样式见图3、图4.

2.2 挡梁的主要功能及作用

在地坑造型时，可将大坑隔离为需要的小坑，替代砂箱的功能。减少砂箱的使用量。也可在造型时埋在砂型中，减少型砂的使用量。需要时，还可当压铁使用。使用非常方便、功能灵活。是大型铸钢件造型生产不可缺少的辅具。

图3 挡梁形式一

图4 挡梁形式二

2.3 设计重点

1）长度尺寸及插头形状尺寸的设计应根据已制作好的地坑插槽实际尺寸进行实测，并应留出适当的配合装配间隙；

2）结构及壁厚应能满足抵抗造型及浇注时钢水产生的巨大静、动压力，不变形、不弯曲，更不可折断；

3）吊把的设计除满足挡梁本身重量的起吊外，还要满足铸件打箱，拆除挡梁起吊时，砂型对挡梁产生的各种阻碍作用力，并能方便的抽出挡梁。

以上挡梁的设计满足了大型铸钢件造型操作的需求，得到了生产车间及造型操作人员的肯定。目前，使用情况很好。

3 结 语

大型铸钢件生产用冶金辅具的优化设计，为公司新建车间的铸钢件试生产做了较充分的技术准备。大多数投入制作并使用后，取到较理想的效果，得到了生产车间及操作者的肯定,并节省了项目投建资金及生产成本。