楊大衛(wèi)

（西南石油大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成型與控制工程，四川 成都 610500）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)床產(chǎn)品需求量不斷攀升，與此同時，高精度數(shù)控機(jī)床發(fā)展前景廣闊，長期以來，此類產(chǎn)品均有賴于國外進(jìn)口，技術(shù)含量高的還受到了國外極大限制。針對該種情況，我國眾多企業(yè)不斷開展改革創(chuàng)新，依托調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，利用高新技術(shù)，以推進(jìn)品牌戰(zhàn)略，由此使我國中大型機(jī)床實(shí)現(xiàn)了長足發(fā)展。因?yàn)樯a(chǎn)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品有著高精度、高技術(shù)的特征，所以對機(jī)床鑄件提出了較高的要求，一些鑄件需要達(dá)到高強(qiáng)度、高精度、耐磨等要求，并且對鑄件尺寸精度、表面粗糙度、內(nèi)部清潔度等要求尤為嚴(yán)格?；诖?，本文對中大型機(jī)床鑄件鑄造工藝展開探索與研究。

1 中大型機(jī)床鑄件特征

（1）樹脂砂型剛度好，澆注初期砂型強(qiáng)度高，由此可借助鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹，切實(shí)消除“縮孔”“縮松”缺陷，實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的無冒口、少冒口鑄造。實(shí)型鑄造生產(chǎn)中，選取聚苯乙烯泡塑模樣，應(yīng)用呋哺樹脂自硬砂造型。

（2）在金屬液澆入鑄型過程中，基于高溫金屬液作用，泡沫塑料模樣迅速氣化，燃燒且消失，原本的泡沫塑料被金屬液所代替，冷卻凝固為與模樣形狀相一致的實(shí)型鑄件。相比較而言，實(shí)型鑄造對于生產(chǎn)單件或者小批量的汽車覆蓋件，機(jī)床床身等模具相比傳統(tǒng)砂型具備顯著優(yōu)勢，其一方面降低了鑄造木型成本，另一方面操作便捷，提升了生產(chǎn)效率，表現(xiàn)出表面質(zhì)量好、尺寸精度高、加工余量小等優(yōu)點(diǎn)。

（3）機(jī)床鑄件主要用以機(jī)器零部件的毛坯，有的緊密鑄件，還可直接用以機(jī)器的零部件。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占據(jù)極高的比重，例如在拖拉機(jī)中，鑄件重量在整機(jī)重量中占比約在50%～70%，另外在農(nóng)業(yè)機(jī)械中占比約在40%～70%，在機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)等中占比約在70%～90%。

（4）各式各樣鑄件中，大部分為機(jī)械用鑄件品種，不僅用量大，而且形狀復(fù)雜，在鑄件總產(chǎn)量中占比約為60%；其次是用作冶金的鋼錠模及用作工程的管道。

（5）鋼、鑄鐵中的磷可在極大程度上縮減合金的沖擊韌性，提升脆性，進(jìn)而產(chǎn)生冷裂傾向，所以在進(jìn)入熔煉中需要嚴(yán)格限制。就熱裂而言，通常是出現(xiàn)于凝固末期，金屬處在固相線附近的高溫時期。其形狀特征主要表現(xiàn)為縫隙寬、裂縫短、形狀曲折。諸如裝配平臺鑄件結(jié)構(gòu)不合理、合金收縮大、鑄造工藝不合理等均可能會造成熱裂。為了防止出現(xiàn)熱裂問題，應(yīng)當(dāng)合理調(diào)整合金成分，有效調(diào)節(jié)鋼鐵中的硫、磷含量，合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)，以及改良型砂退讓性等。

（6）因?yàn)殍T鐵中石墨可促進(jìn)貯油、潤滑，因此可實(shí)現(xiàn)良好的耐磨性。同時，因?yàn)榛铱阼T鐵有著較高的含碳量，與共晶成分相接近，所以熔點(diǎn)偏低，流動性好，所以可適用于復(fù)雜鑄造結(jié)構(gòu)或者薄壁鑄件。

2 中大型機(jī)床鑄件鑄造工藝及技術(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)

2.1 工藝分型面

工藝分型面與機(jī)床鑄件的特點(diǎn)有著密切關(guān)系，帶有導(dǎo)軌位置的鑄件分型面需要將導(dǎo)軌朝下，其他部分朝上，這也是不管是木模工藝還是其他造型工藝所需遵循的基本技術(shù)要求及原則。

2.2 工藝裝備及造型方法選擇

對大中型機(jī)床鑄件來說，其自身重量、體積較大的特點(diǎn)導(dǎo)致其在造型過程中需要兼顧鑄造時間成本與資金成本。如DW-13/300D 的床身，鑄件輪廓規(guī)格為12m×2m×0.71m，如果選擇砂箱造型方法，則設(shè)計箱內(nèi)規(guī)格為13m×2.6m，上箱0.2m，下箱1m，箱壁厚0.045m。砂箱本身自重約12.5t，成本高達(dá)6 萬，鑄造周期在20d 及以上，結(jié)合制造成本、制造周期等情況來說，地坑造型性價比更高。

2.3 地坑造型

地坑造型屬于一種傳統(tǒng)的造型方法，為控制鑄件質(zhì)量成本及加快生產(chǎn)工期，該種造型方法尤為適用于中大型機(jī)床鑄件。結(jié)合中大型機(jī)床鑄件鑄造工藝特征而言，在選擇地坑造型方法時，應(yīng)當(dāng)處理好下述幾方面工作：首先，選擇地坑造型方法必須要處理好地坑中的“通氣”問題，作為實(shí)型工藝，所采用泡沫模樣基于金屬液高溫作用轉(zhuǎn)化成一氧化碳、二氧化碳、氫氣等熱解產(chǎn)物，需要將該部分氣體有序排出型外，通過在地坑底部鋪設(shè)草繩、焦炭等，確保底部干燥，并借助通氣管將氣體引至地面。其次，澆注過程中受高溫鐵液的作用，導(dǎo)致泡沫形成大量氣體，從而強(qiáng)化金屬液對鑄型的沖擊力，進(jìn)而提升鑄型抬箱力，進(jìn)一步使得鑄件由于“跑火”“漲箱”而引發(fā)報廢情況。因此，在澆注中要適當(dāng)降低澆注速度，以減少抬型力，便于氣體溢出。最后，地坑造型方法不適用于呈扁平結(jié)構(gòu)的鑄件，諸如機(jī)床尾座體、走刀箱體等，該部分鑄件可選擇砂箱造型方法。

3 中大型機(jī)床鑄件鑄造中引發(fā)的鑄造問題及解決對策

3.1 鑄件上方厚大部位縮孔、縮松及解決對策

中大型機(jī)床鑄件鑄造中，由于受工藝分型面影響，為避免該部位出現(xiàn)縮孔、縮松情況，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：其一，應(yīng)當(dāng)在厚大部位開置入內(nèi)澆口，確保該部位獲取充足的熱鐵液，以發(fā)揮鑄件的補(bǔ)縮作用。其二，應(yīng)當(dāng)在厚大區(qū)域下部與側(cè)面紡織厚度合適的外冷鐵，如環(huán)境允許則直接插入內(nèi)冷鐵亦可。其三，在確保鑄件材質(zhì)強(qiáng)度、硬度的前提下，可一定程度上提升鐵水碳當(dāng)量。值得一提的是，在中大型機(jī)床鑄件鑄造中，不可一味憑借增加毛口尺寸或增加數(shù)量的方式實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮效果。

3.2 鑄件變型幾何尺寸超差及解決對策

中大型機(jī)床鑄件鑄造中往往會出現(xiàn)變型情況，即為引發(fā)鑄件幾何尺寸出現(xiàn)誤差導(dǎo)致報廢。這一情況在木模工藝下可以快速處理，只需要在木模上進(jìn)行反撓度處理即可改善，但對于實(shí)心鑄造工藝則需要用其他方式進(jìn)行改善。在實(shí)際鑄造中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的應(yīng)對策略：其一，倘若機(jī)床導(dǎo)軌由坭芯構(gòu)成，則于坭芯上采取人工手段打磨出反撓度。其二，倘若機(jī)床導(dǎo)軌尚未使用組芯，直接在地坑中造型，則在地坑底部使用人工方式打磨反撓度，確保模樣與地坑中打磨出的撓度相匹配。其三，在不影響鑄件材質(zhì)強(qiáng)度、硬度的前提下，可一定程度上提升鐵水碳當(dāng)量。其四，鑄件澆筑前對壓箱與鎖箱力進(jìn)行調(diào)整，澆筑后鑄件處于砂箱內(nèi)放置一段時間后再進(jìn)行打箱、清砂操作。結(jié)合鑄件重量、大小實(shí)際情況，對在砂箱內(nèi)的放置時間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.3 漂芯及解決對策

部分機(jī)床鑄件的結(jié)構(gòu)中兩面有孔洞，四面封閉，如上下兩面封閉，側(cè)面有孔洞。針對該部分鑄件，倘若處理不合理，極易引發(fā)“漂芯”問題，即為鑄件上下壁厚嚴(yán)重超差，并且上部會產(chǎn)生大范圍孔洞致使報廢。針對這一問題，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：其一，確保“芯鐵”強(qiáng)度與剛度合適，保障其位置的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)朝上浮動情況。其二，鑄件上方倘若為非加工面，同時大部分機(jī)床鑄件不進(jìn)行打壓滲漏試驗(yàn)，則可以在上方區(qū)域放置“卡子”避免出現(xiàn)上浮，從而保證鑄件上下壁厚幾何尺寸保持原狀。

4 結(jié)語

總而言之，隨著社會大眾生活水平的不斷提升，社會大眾對中大型機(jī)床鑄件行業(yè)需求不斷攀升。機(jī)床鑄造行業(yè)肩負(fù)著我國高端裝備國產(chǎn)化的使命挑戰(zhàn)，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行，在龐大市場需求及良好發(fā)展的背景下，我國機(jī)床鑄造行業(yè)呈高速增長態(tài)勢。因此，相關(guān)人員要進(jìn)一步加強(qiáng)鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高對中大型機(jī)床鑄件特征的有效認(rèn)識，不斷優(yōu)化改良中大型機(jī)床鑄件工藝設(shè)計，對鑄件鑄造過程中可能出現(xiàn)的不同問題、工藝難題予以有效攻克，積極促進(jìn)我國機(jī)床鑄造行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展。