盾构机球轴承内环铸造生产工艺研究

张洪浩，胡爱国，刘吉利

（济南二机床集团铸造有限公司，山东济南 250400）

1 盾构机球轴承内环铸件结构及质量要求

球轴承内环为盾构机伸缩摆动式主驱动组件关键零部件。零件设计尺寸SR4000mm,高1250mm,平均壁厚220mm,毛坯尺寸ø8060mm,高1385mm,毛坯重57.4t,属超大尺寸厚大断面球铁件。零件材质为QT400-18L，属于高韧性铁素体球墨铸铁，主要应用于风电、高铁等关键零部件生产。材质要求-20℃低温冲击功平均值Kv≥12J；铸件本体球化不低于3 级；超声波探伤符合EN12680-3-2003 二级探伤要求。

1.1 盾构机球轴承内环造型工艺

因铸件尺寸超出铸造公司现有造型装备能力，现有工装无法满足生产要求且工装配置困难。采用地上围坑方案，利用现有工装组合，实现超尺寸铸件生产需求，解决无工装问题。采用三维软件模拟实际围坑操作，解决围坑方案实施性问题，如图2～8 所示。

图1 盾构机球轴承内环结构

图2 模拟及实际操作流程-底箱基准

图3 模拟及实际操作流程-底箱及边界

图4 模拟及实际操作流程-铺底砂胎及围坑平台

图5 模拟及实际操作流程-配模初期及检测

图6 模拟及实际操作流程-配模后期及检测

图7 模拟及实际操作流程-填砂

图8 模拟及实际操作流程-盖箱放置、方杠背紧

1.2 造型过程质量控制

实际生产过程中尺寸保证难度大。采取地上围坑操作，生产占用面积较大且无专用造型平台，液态金属涨箱力巨大，极易因控制尺寸及围坑结构保证性不强，造成铸件尺寸精度不足而导致报废，如图9 所示。须综合运用各种控制手段，解决4200kN（420t）胀箱力问题。（1）生产现场采用钢质砂箱制作水平基准面骨架，解决树脂砂基准面整体强度问题，如图10 所示。（2）创新设计箍芯装置，如图11 所示，将各个泥芯的芯骨延长后焊接到一起，拓展芯铁用途，提高铸型结构强度。有限空间内实现铸型无工装自持，解决涨型问题；实现无盖箱、无压重，解决压重操作问题。（3）制作平台连接工装，如图12 所示，便于围坑平台操作，解决平台连接处牢固问题。（4）采用砂箱+紧箱方杠组合，如图13 所示，多点抄手背紧，实现平台主体结构保证性。（5）浇注前逐一检查196 处背点，如图14 所示，保证各背点有效受力，确保上述措施有效。

图9 胀箱力示意图

图10 保证造型基准面强度

图11 箍芯装置示意图

图12 角接工装

图13 砂箱+紧箱方杠组合

图14 检查各背点

2 盾构机球轴承内环熔炼及浇铸工艺

该铸件工艺毛重57.4t，出铁67t，后跟热铁水冲点浇口。成份控制如表1 所示，球化处理工艺参数如表2 所示。

表1 化学成分 w/%

表2 球化处理工艺参数

2.1 熔炼

（1）炉内只加生铁、废钢，生铁废钢加入配比：生铁90%，废钢10%，炉内硅铁、锰铁等化验完后再加。

（2）熔化到1450℃，扒渣取样，化验调整成分，继续升温到1520℃等待出铁。

（3）专用孕育剂要烘烤后使用。

2.2 浇注

熔炼过程中要注意以下几点：扒渣要干净；注意点火、引气、挡渣；浇注温度1335～1345℃。

3 结束语

盾构机球轴承内环铸件的顺利产出，打破铸造公司回转体铸件历史记录，实现国内首台套重大设备关键零部件国产化，打开大型基建设备零部件市场，为今后拓展市场打下良好口碑。