大型机床垫板类铸件工艺改进的研究

王亮 王学政 宋晓瑞

摘要：垫板是大型机床的重要部件的组成部分，多年来因其铸造成品率较低，不能满足生产的需求。通过优化垫板的铸造工艺，改进浇注系统，合理的设置补缩冒口，对容易出现缺陷的部位进行有效的补缩，提高了铸件成品的合格率，降低了生产成本。

Abstract： The backing plate is an integral part of the important parts of large machine tools. For many years， due to its low casting yield， it can not meet the production needs. By optimizing the casting process of the pad， the casting system is improved， the feeding riser is reasonably set， and the parts prone to defects are effectively supplemented， the qualified rate of the finished product is improved， and the production cost is lowered.

关键词：垫板;冒口;铸造工艺

Key words： pad;riser;casting process

中图分类号：TG241                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）09-0119-02

0  引言

机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。机床是指制造机器的机器，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡金属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。而垫板常作为数控机床的工作台，所以机床垫板的好坏直接会影响到大型机床加工的精度，特别是大型机床的垫板，因为其体积大，钻孔后的垫板孔内常发现有不同程度的縮孔缺陷，影响机床整体精度和稳定性，满足不了其工作的需求。另外，大型机床的垫板其重量一般为一件在20～50吨不等，如果因为质量不合格成为废品，不仅造成很大的经济损失，而且还严重影响车间的生产进度。因此，对大型机床的垫板进行铸造工艺优化改进，从根本上解决铸造质量不稳定的问题意义重大。

1  原始铸造工艺

大型压力机垫板材质一般为高强度铸铁HT200-300，以其中2500×4600×340垫板为例。

原始的铸造工艺如图1，铸件上下分型，重要的加工表面位于下箱的底面，采用树脂砂造型，单边进行浇注。浇注温度1470～1480℃，铁水的碳当量控制在3.60～3.70%。

对铸件进行钻孔处理后发现，垫板孔内发现有不同程度的缩孔缺陷，见图2。

铸件粗加工钻孔后，在孔内壁发现有不同面积的孔洞缺陷。孔洞一般出现在铸件上表面70mm以下，分布在铸件中心区域，孔壁枝晶状。通过分析可以确定铸件缺陷类别为厚大球铁件内部的缩孔缺陷。

2  工艺改进

针对垫板缺陷的类别，在铸件的浇注系统、冒口、铁水的成分控制、浇注温度、铸件激冷等方面采取对应措施，包括增大冒口、改单边浇为双边浇、提高碳当量、降低浇注温度、跟包冲点、改变石墨块放置方式等[1-4]。通过采取以上措施，减小和消除垫板类铸件的内部缩孔缺陷。改进后的铸造工艺如图3所示，具体的工艺措施如下：

2.1 提高垫板等厚大球铁件碳当量

将垫板铁水的碳当量由共晶成份4.30%提高到过共晶成份4.55%，减小铁水的缩孔倾向。共晶成分附近的铁水其结晶温度范围窄，属于逐层凝固方式，容易产生集中性缩孔，一般通过设计冒口就可以让缺陷到冒口上;其次，熔点低，很容易就熔化，相同温度下，过热度高，流动性好;另外，减少了Fe3C相，减少其对集体的割裂作用。

2.2 调整、控制铁水的浇注温度

在目前工艺状态下，垫板等铸件的出炉温度由原来的1470～1480℃降低到1450～1460℃，球化剂生铁的压盖量由原来的2.0%增加到2.0～2.5%。通过控制出炉温度、球化剂压盖工艺等，使浇注温度控制在1320～1340℃之间，既满足铸件的浇注温度要求又减小由于浇注温度高引起的缩孔倾向。

2.3 改进浇注系统

将原来的单边浇注改为双边浇注。双边浇注可以减小铁水流动阻力，缩短了铁水充填铸型型腔的时间，有利于大型铸件的充填，同时提高了铸件的冲点补缩的效果。

2.4 改善浇注工艺

改进垫板的冲点工艺，将其由原包冲点改为另出铁水冲点，由于另出铁水温度高，铁水长时间保持高温状态，延长了冲点时间。冲点时间由原来的20分钟延长至30～40分钟。利用冒口的补缩原理，冒口的凝固时间应大于等于铸件（被补缩部分）的凝固时间;冒口中要有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩;在铸件凝固期间，冒口和被补缩部位之间应存在畅通的补缩通道。对于大型的铸件，如压力机的垫板等铸件，冒口同时还起到了排渣的作用，实现铸件的顺序凝固。因此，在原有冒口的基础上进行充点，更加有力于大型铸件的补缩[5-8]，从而减少了铸件缩孔的倾向。

2.5 效果验证

工艺改进后，针对几种型号的压力机垫板进行了试浇，在近一年的生产中垫板的成品合格率得到了大幅度提升，废品率为零。可见工艺改进后，对大型铸件的质量效果是十分明显，同时也证明了合理的成分设计、浇注系统和浇注工艺等对铸件成品率有着十分重要的影响。图4是工艺改进后垫板的钻孔图，图5为工艺改进后的垫板实物图。

3  结论

在大型铸件的铸造生产中，采取合理的铸造工艺，提高铁水的碳当量，改善浇注系统，控制铁水的浇注温度，合理的设置补缩冒口等，对容易出现缺陷的部位进行有效的补缩，改善和控制铁水的凝固条件，可以获得优质致密的铸件，提高了铸件成品的合格率，节约了材料，降低了生产成本。

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课题项目：泰安市科技发展计划（引导计划）项目（项目号2018GX0052）。

作者简介：王亮（1973-），男，山东淄博人，硕士，工程师，研究方向为铸造工艺;宋晓瑞（通讯作者）（1982-），男，山东滨州人，博士，实验师，研究方向为铸造工艺。