中大型机床铸件铸造工艺研究

杨大卫

（西南石油大学，材料科学与工程学院材料成型与控制工程，四川 成都 610500）

随着我国社会经济的不断发展，机床产品需求量不断攀升，与此同时，高精度数控机床发展前景广阔，长期以来，此类产品均有赖于国外进口，技术含量高的还受到了国外极大限制。针对该种情况，我国众多企业不断开展改革创新，依托调整产品结构，利用高新技术，以推进品牌战略，由此使我国中大型机床实现了长足发展。因为生产的数控机床产品有着高精度、高技术的特征，所以对机床铸件提出了较高的要求，一些铸件需要达到高强度、高精度、耐磨等要求，并且对铸件尺寸精度、表面粗糙度、内部清洁度等要求尤为严格。基于此，本文对中大型机床铸件铸造工艺展开探索与研究。

1 中大型机床铸件特征

（1）树脂砂型刚度好，浇注初期砂型强度高，由此可借助铸铁凝固过程的石墨化膨胀，切实消除“缩孔”“缩松”缺陷，实现灰铸铁、球墨铸铁件的无冒口、少冒口铸造。实型铸造生产中，选取聚苯乙烯泡塑模样，应用呋哺树脂自硬砂造型。

（2）在金属液浇入铸型过程中，基于高温金属液作用，泡沫塑料模样迅速气化，燃烧且消失，原本的泡沫塑料被金属液所代替，冷却凝固为与模样形状相一致的实型铸件。相比较而言，实型铸造对于生产单件或者小批量的汽车覆盖件，机床床身等模具相比传统砂型具备显著优势，其一方面降低了铸造木型成本，另一方面操作便捷，提升了生产效率，表现出表面质量好、尺寸精度高、加工余量小等优点。

（3）机床铸件主要用以机器零部件的毛坯，有的紧密铸件，还可直接用以机器的零部件。铸件在机械产品中占据极高的比重，例如在拖拉机中，铸件重量在整机重量中占比约在50%～70%，另外在农业机械中占比约在40%～70%，在机床、内燃机等中占比约在70%～90%。

（4）各式各样铸件中，大部分为机械用铸件品种，不仅用量大，而且形状复杂，在铸件总产量中占比约为60%；其次是用作冶金的钢锭模及用作工程的管道。

（5）钢、铸铁中的磷可在极大程度上缩减合金的冲击韧性，提升脆性，进而产生冷裂倾向，所以在进入熔炼中需要严格限制。就热裂而言，通常是出现于凝固末期，金属处在固相线附近的高温时期。其形状特征主要表现为缝隙宽、裂缝短、形状曲折。诸如装配平台铸件结构不合理、合金收缩大、铸造工艺不合理等均可能会造成热裂。为了防止出现热裂问题，应当合理调整合金成分，有效调节钢铁中的硫、磷含量，合理设计铸件结构，以及改良型砂退让性等。

（6）因为铸铁中石墨可促进贮油、润滑，因此可实现良好的耐磨性。同时，因为灰口铸铁有着较高的含碳量，与共晶成分相接近，所以熔点偏低，流动性好，所以可适用于复杂铸造结构或者薄壁铸件。

2 中大型机床铸件铸造工艺及技术参数调节

2.1 工艺分型面

工艺分型面与机床铸件的特点有着密切关系，带有导轨位置的铸件分型面需要将导轨朝下，其他部分朝上，这也是不管是木模工艺还是其他造型工艺所需遵循的基本技术要求及原则。

2.2 工艺装备及造型方法选择

对大中型机床铸件来说，其自身重量、体积较大的特点导致其在造型过程中需要兼顾铸造时间成本与资金成本。如DW-13/300D 的床身，铸件轮廓规格为12m×2m×0.71m，如果选择砂箱造型方法，则设计箱内规格为13m×2.6m，上箱0.2m，下箱1m，箱壁厚0.045m。砂箱本身自重约12.5t，成本高达6 万，铸造周期在20d 及以上，结合制造成本、制造周期等情况来说，地坑造型性价比更高。

2.3 地坑造型

地坑造型属于一种传统的造型方法，为控制铸件质量成本及加快生产工期，该种造型方法尤为适用于中大型机床铸件。结合中大型机床铸件铸造工艺特征而言，在选择地坑造型方法时，应当处理好下述几方面工作：首先，选择地坑造型方法必须要处理好地坑中的“通气”问题，作为实型工艺，所采用泡沫模样基于金属液高温作用转化成一氧化碳、二氧化碳、氢气等热解产物，需要将该部分气体有序排出型外，通过在地坑底部铺设草绳、焦炭等，确保底部干燥，并借助通气管将气体引至地面。其次，浇注过程中受高温铁液的作用，导致泡沫形成大量气体，从而强化金属液对铸型的冲击力，进而提升铸型抬箱力，进一步使得铸件由于“跑火”“涨箱”而引发报废情况。因此，在浇注中要适当降低浇注速度，以减少抬型力，便于气体溢出。最后，地坑造型方法不适用于呈扁平结构的铸件，诸如机床尾座体、走刀箱体等，该部分铸件可选择砂箱造型方法。

3 中大型机床铸件铸造中引发的铸造问题及解决对策

3.1 铸件上方厚大部位缩孔、缩松及解决对策

中大型机床铸件铸造中，由于受工艺分型面影响，为避免该部位出现缩孔、缩松情况，应当注意以下几点：其一，应当在厚大部位开置入内浇口，确保该部位获取充足的热铁液，以发挥铸件的补缩作用。其二，应当在厚大区域下部与侧面纺织厚度合适的外冷铁，如环境允许则直接插入内冷铁亦可。其三，在确保铸件材质强度、硬度的前提下，可一定程度上提升铁水碳当量。值得一提的是，在中大型机床铸件铸造中，不可一味凭借增加毛口尺寸或增加数量的方式实现补缩效果。

3.2 铸件变型几何尺寸超差及解决对策

中大型机床铸件铸造中往往会出现变型情况，即为引发铸件几何尺寸出现误差导致报废。这一情况在木模工艺下可以快速处理，只需要在木模上进行反挠度处理即可改善，但对于实心铸造工艺则需要用其他方式进行改善。在实际铸造中，可以根据实际情况选择合适的应对策略：其一，倘若机床导轨由坭芯构成，则于坭芯上采取人工手段打磨出反挠度。其二，倘若机床导轨尚未使用组芯，直接在地坑中造型，则在地坑底部使用人工方式打磨反挠度，确保模样与地坑中打磨出的挠度相匹配。其三，在不影响铸件材质强度、硬度的前提下，可一定程度上提升铁水碳当量。其四，铸件浇筑前对压箱与锁箱力进行调整，浇筑后铸件处于砂箱内放置一段时间后再进行打箱、清砂操作。结合铸件重量、大小实际情况，对在砂箱内的放置时间进行适当调整。

3.3 漂芯及解决对策

部分机床铸件的结构中两面有孔洞，四面封闭，如上下两面封闭，侧面有孔洞。针对该部分铸件，倘若处理不合理，极易引发“漂芯”问题，即为铸件上下壁厚严重超差，并且上部会产生大范围孔洞致使报废。针对这一问题，应当注意以下几点：其一，确保“芯铁”强度与刚度合适，保障其位置的稳定性，不出现朝上浮动情况。其二，铸件上方倘若为非加工面，同时大部分机床铸件不进行打压渗漏试验，则可以在上方区域放置“卡子”避免出现上浮，从而保证铸件上下壁厚几何尺寸保持原状。

4 结语

总而言之，随着社会大众生活水平的不断提升，社会大众对中大型机床铸件行业需求不断攀升。机床铸造行业肩负着我国高端装备国产化的使命挑战，伴随着我国经济的稳定运行，在庞大市场需求及良好发展的背景下，我国机床铸造行业呈高速增长态势。因此，相关人员要进一步加强钻研研究、总结经验，提高对中大型机床铸件特征的有效认识，不断优化改良中大型机床铸件工艺设计，对铸件铸造过程中可能出现的不同问题、工艺难题予以有效攻克，积极促进我国机床铸造行业的稳定健康发展。