吳成玉（大連開發(fā)區(qū)永誠機電有限公司，遼寧大連市 116600）

海洋漂浮裝置墜球的鑄造

吳成玉（大連開發(fā)區(qū)永誠機電有限公司，遼寧大連市 116600）

介紹海洋漂浮裝置墜球的鑄造生產工藝。

墜球；鑄造工藝

海洋漂浮裝置墜球（以下簡稱墜球）是一種用于各國領海和特定的國際公海航道或某種海域實施工程項目而使海上漂浮裝置或工程裝備的繩索拉緊固定部件之一。從客戶所提供的圖樣和鑄件照片可知，是長期沉在海底使用的，除了定期更換繩索外，一般情況下墜球是不更換的，因此在設計中要求采用分部組合鑄件，即事先將高韌性、高強度的球墨鑄鐵吊環(huán)鑄成后，然后在大球鑄造時預鑄在球體上（見圖1）。雖然鑄件形狀比較簡單，由于產品單一，重量較大，批量又多，我們從客戶在別廠生產時常出現較多廢品上受到一些啟示，吸取教訓，認為這樣一種批量大的低附加值產品，只有最大限度地減少廢品率才能取得良好的經濟效益。因此我們對墜球鑄造過程進行了全面分析，制定了比較合理的完善的新工藝，確保了產品質量，滿足了國內外的訂貨需求?，F對這一特殊鑄件生產工藝過程作一簡要的總結，供同行參考。

圖1 海洋漂浮裝置墜球

1 墜球的結構特點及技術要求

墜球的外形尺寸為690mm×690mm×1200mm，球體下端的四個方錐形支腿長度均為300mm，球體直徑為?630mm，墜球單重為1000kg。據悉這是目前海洋標識系統(tǒng)中使用的單重最小也是用量最大的墜球。

從墜球結構特征上可分為吊環(huán)、球體兩部分。由于是長期沉在海底鹽水中使用，其技術要求較高，要求整體強度高，耐腐蝕性好。吊環(huán)的材質為QT400-15，其化學成分為：3.5%～3.8%C，2.6%～2.9%Si，0.3%～0.4%Mn，≤0.06%P，≤0.05%S，0.04%～0.07%Mg，0.04%～0.06%RE；抗拉強度 σb≥400MPa，伸長率 δ≥15%，正火熱處理金相組織F≥85%，噴丸后預鑄使用，防止生銹。球體的材質為HT200，其化學成分為3.0%～3.3%C、1.7%～1.9%Si、0.7%～0.9%Mn、≤0.15%P，≤0.12%S；抗拉強度 σb≥200MPa，抗彎強度 σbb≥400MPa，硬度 170～241HBS，正火熱處理，鑄件表面均不準有氣孔、砂眼、夾渣、裂紋等鑄造缺陷；噴丸后涂黑色防銹漆。

2 鑄造工藝方案

2.1 工藝方案分析及選擇

本案重點研究球體的鑄造工藝（吊環(huán)是小球鐵鑄件，按正常生產對待）。球體的鑄造采用單面模板，濕型砂造型。為簡化工藝，將分型面選擇在支腿對角中心線，這樣上、下箱中各有一個支腿是采用球體模殼內側導向固定可抽式結構，在模板背面用定位銷塊鎖定，造完型先抽出斜插的支腿模即可完成支腿成型，這樣球體支腿與圖樣中心的平行位置正好旋轉45°的對角線布置，不影響墜球的使用。墜球上商標、重量和生產日期的標識塑料字母安放在下型底部，鑄字部分用少量水玻璃自硬砂充填硬化。澆注系統(tǒng)采用半封閉式澆注系統(tǒng)，開設在球體一側。澆注系統(tǒng)各截面比例為F橫∶F直∶F內=1.5∶1.2∶1，在半圓形橫澆道上由五個內澆道分流引入鑄型，內澆道總面積F內=15/5（cm2）。上型頂部設置中120mm×180mm的明冒口一個。其他工藝參數：①毛坯交貨，不留加工余量；②縮尺取2%；③鑄造圓角未注明者均為R3～4mm。

2.2 內冷鐵的設計與計算

由于鑄件是不加工鑄件，因此在工藝中采用不熔合的內冷鐵，在不影響鑄件凝固收縮不產生裂紋的情況下，內冷鐵表層不要求被熔融，使內冷鐵表面能與鑄件本體緊密地固合在一起即可。根據已知條件，墜球直徑 ?=63cm，體積 V=130858cm3，鑄件模數 Mo＝?/6＝10.5 cm，其實用模數 Mr＝0.97Mo＝10.2cm。根據文獻[1]不熔合內冷鐵計算公式Amax＝0.2tuMr1.8（式中tu為鐵液過熱度，等于鐵液充型時溫度與固相線溫度之差，即tu＝1235-1195＝40（℃），查表得 Mr1.8＝63.1，Amax＝0.2×40×63.1＝504（mm），取 Amax＝50cm。

內冷鐵的重量Gch＝ρVO（式 ρ為鐵液密度，為0.007kg/cm3），則 Gch＝0.007×65417＝458（kg）。

為制造和安裝方便，將球形內冷鐵分解成兩半對稱裝配式內冷鐵，這樣模板可做成半模。為防止四個支腿根部產生縮松、縮孔缺陷，特意在內冷鐵外徑與支腿對應處做出四個小方錐形凸塊，伸出長度為120mm（以不影響合箱碰型為準），既方便合型裝配，又有利于加快支腿肥厚根部的冷卻速度，提高組織致密度和強度。內冷鐵頭部分型面一側做成與吊環(huán)下部預鑄入部分形狀吻合相容的凹面結構，以便使上、下內冷鐵扣合時夾緊吊環(huán)形成一個堅固的整體結構，以利于在型內吊裝和固定，同時在內冷鐵尾部中心線處直接鑄出U形半凸塊，以便安裝固定內冷鐵。

2.3 鑄型的裝配與澆注

（1）鑄型的裝配

先在下型腔字樣外側約?300mm圓周線上，均布安放5塊?80mm厚度為2mm的鐵片，然后分別安放5個?50mm、高63mm、芯柱?8mm的芯撐，然后把安裝好經過拋丸除銹的內冷鐵吊入下型，吊環(huán)的外露部分正好坐落在型腔的支承臺上，球形內冷鐵則被5個芯撐所支撐，待上部內冷鐵相應部位安放5個同樣大小的芯撐后，即可合上箱，固定好準備澆注。

（2）澆注

澆注溫度控制在1350～1380℃，在操作上掌握好“快速澆注、高溫補給”的原則，在澆注鐵液的一半時，開始用小抬包從冒口小流澆注，在澆滿后用高溫鐵液在冒口上至少點澆三次，以利充分補縮。實踐證明采用半封閉式澆注系統(tǒng)可起到充型平穩(wěn)，撇渣良好，避免沖刷的效果。清理后經正火熱處理，進行拋丸，涂防銹漆。

3 結語

采用新工藝方案后使工藝條件趨于合理，工藝方法得當，工藝出品率達到了設計要求，鑄件表面質量良好，無裂紋等鑄造缺陷，理化性能檢測合格，從而可大批量及時地完成國內外客戶的訂貨任務。

[1] 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊第5卷:鑄造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

[2] 李慶春編.鑄件形成理論基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

Casting of Fall Ball for Sea Float Device

WU ChengYu
（Ever-Sincere Machine&Electrics Co.Ltd.，Dalian Developing Zone，Dalian 116600，Liaoning China）

Foundry technology of fall ball for sea float device has been introduced.

Fall ball；Foundry technology

TG 242；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－09－18

2010－139

吳成玉（1937-）男，高工，主要從事鑄造工藝及非標設備設計