杜天彬，李 偉，曹 松，賈 旭

（江蘇朗銳茂達(dá)鑄造有限公司 江蘇江陰 214445）

09-3X中間體鑄鋼件鑄造工藝優(yōu)化

杜天彬，李 偉，曹 松，賈 旭

（江蘇朗銳茂達(dá)鑄造有限公司 江蘇江陰 214445）

09-3X中間體為鐵路搗固裝置的重要組成部件，該鑄鋼件采用酯硬化水玻璃砂鑄造工藝生產(chǎn)。原有的鑄造工藝很難避免該鑄件導(dǎo)柱孔內(nèi)及其端面出現(xiàn)縮孔縮松缺陷，究其原因，主要是該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)柱孔部位鋼液補(bǔ)縮不暢所致。本文采用MAGMA模擬軟件對鑄件的凝固過程進(jìn)行了模擬，并通過采取添加補(bǔ)貼、合理放置冒口以及調(diào)整冷鐵位置等措施對原鑄造工藝進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的工藝方案，打通了原導(dǎo)柱孔部位的鋼液補(bǔ)縮通道，并將原部位的縮孔縮松缺陷“引到”補(bǔ)縮通道中，消 除了原部位的縮孔縮松缺陷。后期批量生產(chǎn)的鑄件返修率降低至10%，大大降低了該鑄鋼件的生產(chǎn)成本。

09-3X中間體；縮孔縮松；鑄造工藝；模擬

當(dāng)前我國鐵路維護(hù)所使用的搗固裝置主要有DCL-32、DC-32、CDC-16、09-3X四種。09-3X中間體是09-3X搗固裝置上的一個(gè)關(guān)鍵零部件，運(yùn)用于09-3X連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車[1]。自2013年，我公司實(shí)現(xiàn)09-3X中間體鑄鋼件批量性生產(chǎn)，但該鑄鋼件導(dǎo)柱孔內(nèi)部及端面縮孔縮松問題一直未能得到有效的解決，鑄件成品率只有85%，返修率高達(dá)70%。因此，采取措施降低直至消除導(dǎo)柱孔部位的縮孔縮松缺陷顯得尤為必要，這不僅能提升09-3X中間體的產(chǎn)品質(zhì)量，還能加快產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度，節(jié)省返修成本，增加公司生產(chǎn)效益。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

09-3X中間體鑄鋼件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，整體呈“十”字形，內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)較多。支撐板結(jié)構(gòu)的存在使得該鑄鋼件鑄造工藝較為麻煩。另外導(dǎo)柱孔中間部位為空腔，兩側(cè)為薄壁結(jié)構(gòu)，補(bǔ)縮十分困難。而且導(dǎo)柱孔內(nèi)部要進(jìn)行精加工，端面螺絲孔較多，一旦該部位出現(xiàn)縮孔縮松缺陷，在加工這些螺絲孔時(shí)易出現(xiàn) “爛牙”現(xiàn)象。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

2 原鑄造工藝方案

2.1 原鑄造工藝介紹

原鑄造工藝方案如圖2所示，兩導(dǎo)柱孔中心的連線為分型面，鑄件整體采用橫做立澆方式，使用底注式澆注系統(tǒng)。頂部放置一個(gè)大明冒口，中部放置一個(gè)小暗冒口。大平面兩側(cè)的冷鐵放置如圖所示。外模及坭芯均采用酯硬化水玻璃砂造型，一型一件。澆注溫度設(shè)定為1 560~1 580 ℃。導(dǎo)柱孔內(nèi)側(cè)空腔處均放置20~30 mm厚鉻鐵礦砂。

2.2 存在的問題

采用原鑄造工藝生產(chǎn)的09-3X中間體鑄件，其導(dǎo)柱孔內(nèi)部及端面均出現(xiàn)了縮孔縮松缺陷，如圖3所示。該缺陷的產(chǎn)生給加工工序帶來極大的不便，較高的返修頻次使得該產(chǎn)品的加工工裝需反復(fù)拆卸，這嚴(yán)重拖延鑄件的加工進(jìn)度，延長了產(chǎn)品交貨時(shí)間。鑄件的返修費(fèi)用以及來往的運(yùn)輸費(fèi)用，也使得該產(chǎn)品的制造成本居高不下。

圖2 原鑄造工藝方案

圖3 導(dǎo)柱孔內(nèi)及端面縮孔縮松形貌

采用MAGMA模擬軟件對原鑄造工藝進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖4所示，可以看出模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況相符，導(dǎo)柱孔兩側(cè)部位補(bǔ)縮效果均不理想。

圖4 原鑄造工藝凝固模擬結(jié)果

3 工藝優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化工藝介紹

考慮到導(dǎo)柱孔部位補(bǔ)縮通道不暢通，本方案將導(dǎo)柱孔與中間明冒口之間用補(bǔ)貼連接起來，建立補(bǔ)縮通道。這樣中間明冒口可以給兩側(cè)導(dǎo)柱孔部位提供鋼液補(bǔ)縮，增加了導(dǎo)柱孔部位的補(bǔ)縮能力。在后期清理中，采用風(fēng)割法將補(bǔ)縮通道割除，并進(jìn)行適當(dāng)打磨，使之不影響鑄件結(jié)構(gòu)及其使用性能。去除原工藝方案中上部位的冷鐵，在底部添加四塊冷鐵，形成由冒口到冷鐵的“V”形溫度降[2]，這樣更有利于鑄件的順序凝固。在導(dǎo)致孔外側(cè)放置兩個(gè)保溫冒口，并適當(dāng)添加補(bǔ)貼，需要注意的是，由于冒口處在分型面上，要將保溫冒口分成兩半分別造型。

圖5 優(yōu)化后的鑄造工藝方案

3.2 鑄造工藝模擬分析

對于優(yōu)化后的鑄造工藝，同樣采用MAGMA模擬軟件進(jìn)行計(jì)算，模擬結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，導(dǎo)柱孔內(nèi)部及端面的縮孔縮松缺陷基本消失，部分縮孔縮松缺陷被“引到”補(bǔ)縮通道中，由于補(bǔ)貼通道不屬于鑄件結(jié)構(gòu)的一部分，可以在后期工序中清理掉，這并不影響鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。通過去除上部位冷鐵，底部添置冷鐵的方式，形成由冒口到冷鐵的“V”形溫度降，使得導(dǎo)柱孔底部能提前凝固，縮孔縮松缺陷得以明顯減少。

圖6 優(yōu)化后的鑄造工藝凝固模擬結(jié)果

3.3 改進(jìn)效果

采用優(yōu)化后的鑄造工藝方案進(jìn)行鑄件生產(chǎn)，在加工前對鑄件導(dǎo)柱孔部位進(jìn)行超聲波探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷。鑄件加工后，亦未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)柱孔內(nèi)部及端面出現(xiàn)縮孔縮松缺陷，加工情況如圖7所示。

經(jīng)單件試驗(yàn)后，優(yōu)化工藝方案轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)，經(jīng)過近一年時(shí)間，優(yōu)化工藝方案生產(chǎn)的鑄件成品率提升至94%，返修率也降至10%左右。在提升鑄件內(nèi)部質(zhì)量的同時(shí)，大大降低了鑄件的生產(chǎn)制造成本。通過提升09-3X中間體鑄鋼件的鑄造質(zhì)量，同樣也確保了09-3X連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車的行車安全。

圖7 優(yōu)化后鑄件導(dǎo)柱孔內(nèi)及端面加工圖

4 結(jié)論

（1）采用MAGMA模擬軟件對09-3X中間體鑄鋼件的鑄造工藝進(jìn)行模擬，提出的優(yōu)化工藝解決了導(dǎo)柱孔內(nèi)部及端面慣性的縮孔縮松問題，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量得到了很大的提升，成品率達(dá)到94%以上，返修率降低至10%，大大降低了鑄件的生產(chǎn)成本。

（2）通過合理調(diào)整冷鐵位置，形成由冒口到冷鐵的V形溫度降，更有利于鑄件的順序凝固，減少縮孔縮松缺陷的產(chǎn)生。

（3）針對不易避免的縮孔縮松缺陷，可以選擇將缺陷“引到”補(bǔ)貼等非鑄件結(jié)構(gòu)中去，通過后期清理，去除非鑄件結(jié)構(gòu)，同樣能保證鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。

[1] 翁敏紅,聶志鎮(zhèn).09-3X型搗固裝置結(jié)構(gòu)原理分析[J].機(jī)車車輛工藝,2008(6):28-30.

[2] 王君卿,朱文高,魏兵等.鑄造手冊鑄造工藝卷第2版[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:412-413.

Casting process optimization of 09-3X steel-casting midbody

DU TianBin , LI Wei ,CAO Song , JIA Xu
(Jiangsu Leadrun Manden Casting Co., Ltd., Jiangyin 214445, Jiangsu, China)

The 09-3X midbody is an important part of railway tamping device, which was produced by ester hardening water glass sand casting process. Due to the poor feeding effect which might be attributed to the complicated structure, our original casting process can hardly avoid the shrinkage and dispersed shrinkage defects in the inward and end surface of oriented hole. Kinds of measures were used to optimize the casting process of 09-3X midbody in this work, such as computer-assisted simulation of casting process by MAGMA software, reasonable setting of pad and riser, readjustment of chill position, etc. The optimized casting process dredged the feeding channel in oriented hole, leading the shrinkage and dispersed shrinkage defects to the feeding channel, and as a result the casting quality was remarkably improved. In later batch production the repair rate decreased to 10%, and then reduced cost greatly.

09-3X midbody; shrinkage and dispersed shrinkage defects; casting process; computer-assisted simulation.

TG244；

B；

1006-9658（2017）02-0058-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.019

2016-10-19

稿件編號(hào):1610-1551

杜天彬(1989—），男， 碩士研究生,從事碳鋼及低合金鋼的鑄造工藝研究工作.