畢海香，楊恒遠(yuǎn)，于建忠，王潘興，劉繼波

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261108）

大型球鐵飛輪鑄造工藝優(yōu)化及生產(chǎn)驗(yàn)證

畢海香，楊恒遠(yuǎn)，于建忠，王潘興，劉繼波

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261108）

L27飛輪在生產(chǎn)過程中廢品率較高，縮松、夾渣類缺陷尤為突出。針對(duì)這些鑄造缺陷進(jìn)行了工藝改進(jìn)優(yōu)化。結(jié)合球墨鑄鐵自身特點(diǎn)以及鑄件結(jié)構(gòu)，依據(jù)均衡凝固理論，最終采用無冒口和冷鐵配合工藝。經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，縮松、夾渣等鑄造缺陷得到有效控制，鑄件成品率顯著提高。鑄件加工后達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足了使用性能要求。

球墨鑄鐵；鑄造工藝優(yōu)化；縮松；夾渣

L27系列柴油機(jī)是我公司新引進(jìn)的大型柴油機(jī)，飛輪是柴油機(jī)關(guān)鍵零部件之一。飛輪作為柴油機(jī)功率輸出端，一直在轉(zhuǎn)動(dòng)，而且外緣裝配鋼齒圈，所以對(duì)其有著嚴(yán)格的質(zhì)量要求。該飛輪表面要全部加工，要求內(nèi)部組織致密，不允許有任何鑄造缺陷，加工完成后必須經(jīng)過超聲波和磁粉檢測(cè)。

L27飛輪鑄件材質(zhì)為QT400-15，外輪廓尺寸為￠1 260×260（mm），鑄件毛坯質(zhì)量1.5 t。飛輪簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1　L27飛輪簡(jiǎn)圖

1　原工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證情況

該飛輪屬于大型厚斷面球墨鑄鐵，而且壁厚相差懸殊，極易在最后凝固的區(qū)域產(chǎn)生縮松。因此采用了底部冷鐵+頂部冒口工藝，見圖2。冷鐵的激冷作用可以平衡鑄件的壁厚差、從而減小甚至消除熱節(jié)；保溫冒口可以對(duì)鑄件的收縮進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)采用半封閉式澆注系統(tǒng)保證鐵液平穩(wěn)而快速充型。

圖2　飛輪原鑄造工藝簡(jiǎn)圖

實(shí)際生產(chǎn)中飛輪采用堿酚醛樹脂自硬砂手工造型，使用20 t/h中頻感應(yīng)電爐熔煉，2 t堤壩式球墨鑄鐵專用澆包。澆注溫度定為1 330～1 350 ℃。

采用原工藝生產(chǎn)驗(yàn)證4件，每件鑄件初加工后冒口根部都有縮松縮孔（圖3），大平面還有零星的夾渣。

圖3　冒口根部縮松

2　原因分析與工藝改進(jìn)

原工藝中保溫冒口設(shè)置在鑄件最高處。澆注時(shí)，鐵液先填充型腔，并且在型腔內(nèi)經(jīng)過底部冷鐵激冷作用后，最后進(jìn)入冒口。因此，冒口內(nèi)的金屬液溫度始終低于鑄型內(nèi)鐵液溫度。另外冒口頸尺寸較小，冒口就會(huì)比鑄件提前凝固。所以保溫冒口并沒有對(duì)鑄件起到有效的補(bǔ)縮作用，反而發(fā)生“倒抽”現(xiàn)象，使得鑄件冒口根部處出現(xiàn)縮松、縮孔缺陷。

針對(duì)原工藝以及現(xiàn)場(chǎng)條件，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)：

（1）安放冒口區(qū)域是飛輪與曲軸配合部位，屬于最關(guān)鍵位置（質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中1區(qū)），要求內(nèi)部組織致密，必須進(jìn)行超聲波檢測(cè)。所以取消保溫冒口，改為冷鐵；

（2）下箱冷鐵數(shù)量增加，增強(qiáng)激冷效果，分別為1#冷鐵27塊，2#冷鐵19塊，3#冷鐵6塊。冷鐵除了激冷作用外，還可以使得鑄件的部分石墨化膨脹提前，所以冷鐵對(duì)鑄件有增強(qiáng)自補(bǔ)縮的作用[1]。

在上述兩點(diǎn)改進(jìn)措施的基礎(chǔ)上，提出了2套方案進(jìn)行驗(yàn)證。方案A（圖4）：上箱大平面均布16塊冷鐵；方案B（圖5）：上箱大平面出氣棒增至14只，取消冷鐵，法蘭盤頂面也增加4只出氣棒。

圖4　改進(jìn)后方案A工藝簡(jiǎn)圖

圖5　改進(jìn)后方案B工藝簡(jiǎn)圖

3　新工藝生產(chǎn)驗(yàn)證情況

按照改進(jìn)后方案A生產(chǎn)4件，在法蘭盤根部處出現(xiàn)縮松（圖6），大平面冷鐵部位發(fā)生嗆孔、皮下氣孔、夾渣等缺陷（圖7）。

圖6　法蘭盤根部縮松

圖7　大平面上夾渣

方案A中只有法蘭盤斜通道處沒有冷鐵。此處鐵液為其他部位收縮提供了補(bǔ)縮，而沒有多余的鐵液來補(bǔ)充通道處自補(bǔ)縮的不足，因此出現(xiàn)縮松。上箱大平面上放置冷鐵，鐵液到達(dá)此處后，大平面上的冷鐵再次對(duì)鐵液激冷，鐵液溫度會(huì)很低，鐵液中的氣體無法逃逸出去，而且此時(shí)金屬液的粘度增大，金屬液中氧化物或熔渣不易上浮而殘留在金屬液內(nèi)，導(dǎo)致鑄件大平面處就產(chǎn)生了夾渣、渣孔等缺陷[2]。

按照方案B生產(chǎn)驗(yàn)證4件，經(jīng)加工檢驗(yàn)后鑄件無缺陷，達(dá)到性能要求，滿足裝機(jī)條件。方案B中大平面上增加出氣棒，澆注過程中產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出，而且出氣棒充當(dāng)了溢流冒口，鐵液中的夾渣、以及低溫金屬液順利排出。按照均衡凝固理論，鑄件在凝固過程中利用石墨化膨脹進(jìn)行了自補(bǔ)縮，另外合理的澆注系統(tǒng)兼作冒口，在凝固初期對(duì)鑄件進(jìn)行了補(bǔ)縮[3]。

4　現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制

（1）造型時(shí)冷鐵周圍砂子須手工舂實(shí)，填砂后再進(jìn)行震實(shí)，保證鑄型的緊實(shí)度。砂型緊實(shí)度不高，鑄型在澆注壓力和石墨析出膨脹力的作用下擴(kuò)大，金屬液不夠補(bǔ)縮導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮松縮孔[4]；另外，緊實(shí)度低的鑄型表面容易被金屬液侵蝕、或與金屬液中的氧化物合成熔渣，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生夾渣[4]。

（2）控制冷鐵使用次數(shù)和表面質(zhì)量，避免放置冷鐵部位產(chǎn)生氣孔或者影響激冷效果。

5　結(jié)束

對(duì)L27飛輪采取一系列工藝改進(jìn)措施，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，取得了顯著效果。截止目前，該飛輪已經(jīng)加工120多件，沒有因縮松、夾渣等鑄造缺陷而報(bào)廢，提高了鑄件成品率。取消保溫冒口，提高了工藝出品率，同時(shí)降低了鑄造成本。實(shí)踐證明，無冒口與冷鐵配合工藝，結(jié)合合理的澆注系統(tǒng)對(duì)于大平面、厚斷面的球鐵件鑄件的生產(chǎn)是可行、經(jīng)濟(jì)的。

［1］ 中國(guó)機(jī)械工程鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè):鑄造工藝［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:381.

［2］ 徐建林.球鐵件夾渣缺陷形成的影響因素分析［J］.兵器材料科學(xué)工程,2003,26（2）:19-21.

［3］ 周直.球墨鑄鐵件無冒口鑄造可行性論證和實(shí)踐—球墨鑄鐵縮孔、縮松問題的探討（一）［J］.現(xiàn)在鑄鐵,2004（3）:1-8.

［4］ 徐建林,蘇義祥,路陰,等.球墨鑄鐵件常見缺陷的分析與決策［J］.鑄造,2001，50（4）：225-228.

［5］ 段立學(xué),李慧民,王曉波. 大型球鐵件的無冒口鑄造［J］. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),1999（6）.

［6］ 袁征峰,龐爭(zhēng)群,毛啟成. 解決皮下氣孔的一種好方法［J］. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),2004（3）.

EcoVadis和TfS擴(kuò)展合作伙伴關(guān)系

2015年9月16-18日，Together for Sustainability（TfS可持續(xù)發(fā)展協(xié)會(huì)聯(lián)合會(huì)） 和EcoVadis公司將參加在上海國(guó)際會(huì)議中心舉辦的中國(guó)國(guó)際石油化工大會(huì)，就未來可持續(xù)及創(chuàng)新石油化工工業(yè)的行程進(jìn)行高層對(duì)話。

EcoVadis，第一個(gè)提供供應(yīng)鏈可持續(xù)性績(jī)效評(píng)級(jí)和改進(jìn)工具的協(xié)作平臺(tái)，而Together for Sustainability （TfS），國(guó)際化工協(xié)會(huì)聯(lián)合會(huì)發(fā)展倡議，宣布了其合作關(guān)系的延續(xù)，以進(jìn)一步推進(jìn)化學(xué)工業(yè)供應(yīng)鏈中的可持續(xù)實(shí)踐。

自四年前TfS成立以來，其會(huì)員已增加了一倍多。除了六個(gè)創(chuàng)始會(huì)員，TfS還加入了來自歐洲和美國(guó)的會(huì)員，并打算在全球范圍內(nèi)持續(xù)擴(kuò)展。TfS會(huì)員公司攜手共同評(píng)估和審核其供應(yīng)商，并分享成果。雙方的有利之處是：供應(yīng)商只收到來自TfS的一個(gè)評(píng)估請(qǐng)求，而不是來自每個(gè)客戶的多個(gè)請(qǐng)求，且TfS成員共享審核成果。通過利用這些協(xié)同增效效應(yīng)，將在改進(jìn)措施方面加大力度。EcoVadis是TfS的評(píng)估合作伙伴，其評(píng)估方案已產(chǎn)生顯著影響，至今共有7 800多個(gè)供應(yīng)商公司參與。

TFS評(píng)估方案依靠EcoVadis云協(xié)作平臺(tái)和CSR （Corporate-Social-Responsibility）評(píng)級(jí)服務(wù)，通過250人組成的全球團(tuán)隊(duì)提供支持，為110個(gè)國(guó)家的供應(yīng)商提供性能改進(jìn)工具。

“TfS很高興能擴(kuò)大與EcoVadis的這種合作伙伴關(guān)系，我們期待著通過評(píng)估方案鞏固迄今我們已經(jīng)取得的成功，”TfS董事長(zhǎng)和贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)首席采購官Rüdiger Eberhard說道，“隨著70%以上的供應(yīng)商在第二次評(píng)估中提高了他們的得分，這使我們對(duì)EcoVadis評(píng)級(jí)和協(xié)作體系的有效性有了更大的信心?！?/p>

“在短短四年里，TfS已經(jīng)成為可持續(xù)供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作的基準(zhǔn)?！盓coVadis聯(lián)合首席執(zhí)行官和共同創(chuàng)始人Pierre-Fran?ois Thaler補(bǔ)充道。“它們已經(jīng)通過會(huì)員公司首席采購官清晰的愿景和非常強(qiáng)有力的承諾，規(guī)劃和推動(dòng)了傲人的業(yè)績(jī)。我們非常榮幸能繼續(xù)以TfS的開創(chuàng)性努力，推動(dòng)化工供應(yīng)鏈中CSR實(shí)踐的發(fā)展”。

目前，它在全球共有16個(gè)會(huì)員企業(yè)，并打算繼續(xù)在全球范圍內(nèi)擴(kuò)展。網(wǎng)址：http://www.tfsinitiative.com

Casting process optimization and production validation of large nodular cast iron flywheel

BI HaiXiang, YANG HengYuan, YU JianZhong, WANG PanXing, LIU JiBo
(Weichai Heavy Machinery Co.,Ltd., Weifang 261108,Shandong,China)

The rejection rate was higher of L27 flywheel in the process of production, shrinkage, slag inclusion defects were particularly prominent. Aimed at these defects, casting technology was improved. Combined with the characteristics of the nodular cast iron and casting itself structure, and according to the proportional solidifcation theory， the casting technology cooperated non-riser with chills was employed ultimately. Through production verifcation， the casting defects such as shrinkage， slag inclusion were effectively controlled and the casting yield was increased signifcantly. The processed castings can meet the quality standards and the performance requirements.

Nodular Cast Iron；Casting Process Optimization；Shrinkage Slag Inclusion

TG255；

A；

1006-9658（2015）06-0021-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.006

2015-07-10

稿件編號(hào):1507-991

畢海香（1981—），女，工程師，主要從事鑄鐵件鑄造工藝開發(fā)研究.