铸造工艺设计25m超重型数控双柱立车工作台是我公司自主研发的重点产品,其工作台是机床的关键零件。根据我公司的铸造、机加工及长途运输能力,设计了由两个半圆形、中间一个圆形组合而成的工作台,半圆形工作台铸件重105t,轮廓尺寸10070mm×5050mm×1260mm。下面简述其铸造工艺设计过程。

　　一、铸件特点及技术要求

　　(1)铸件材质为HT300,机加工后要求导轨硬度≥180HBW,附体试棒抗拉强度≥300MPa,导轨面不允许有缩孔、缩松、气孔、夹渣和冷隔缺陷;整体不允许有尺寸、材质、力学性能不合格等缺陷;各部位不得有裂纹、粘砂缺陷;导轨面不能放置芯撑;最大直径方向弯曲挠度≤10mm,技术要求非常严格。

　　(2)有多处厚大热节部位。铸件把合面处有两个尺寸为2730mm×430mm×205mm的厚大热节,工作台面加工T型槽的部位有3个尺寸为2555mm×700mm×155mm和14个尺寸为2555mm×500mm×155mm的厚大热节。导轨处存在尺寸为R3535mm/R3050mm×128mm的半环形热节,极易产生缩孔、缩松缺陷。

　　(3)热节处壁厚差80~100mm,在固态收缩时因壁厚差过大而使各方向的收缩应力不均匀,在某个应力集中部位特别是筋板与热节过渡部位极易产生裂纹缺陷。

　　(4)铸件尺寸太大,木型制作时尺寸、弯曲挠度非常难控制。

　　(5)铸件重量、尺寸、壁厚大,易产生缩孔、缩松、进脏、裂纹、材质不均匀及力学性能不合格等缺陷,熔炼浇注难度很大。

　　根据铸件特点和技术要求,设计了详尽的铸造、熔炼、浇注工艺,采取多项关键工艺措施,成功解决了这些技术难题,生产出了合格铸件。

　　二、立车工作台铸造工艺设计

　　1.铸造工艺方案

　　铸造工艺方案,采用地坑组芯造型工艺,保证工作台面的外观质量,下芯、砂型固定、测量方便,以及砂芯出气顺畅。为使压箱时盖芯受力均匀,所有盖芯下完后在上面放置两扇6000mm×5500mm×400mm的砂箱,并将冒口引至箱面处,全部敷上树脂砂,箱面上放置三只箱梁,再进行压箱,工艺采用华铸模拟软件进行模拟。

　　(1)主要工艺参数先在地坑里用树脂砂刮平面,半径为6000mm,厚度为150mm,在此基础上用木型特制的刮板和支架再刮上厚度为100mm的树脂砂,以便形成规定的挠度,下底面下芯后测量挠度为14mm。按Ⅰ级木模制作芯盒,缩尺按0.8%制作。加工余量为下面和侧面各+20mm,上面+25mm。为防止筋板与厚壁结合处产生收缩裂纹,芯盒内筋板采用+5mm起模斜度,过渡圆角R25mm,砂芯间隙2mm。设计了6种卡板,分别控制砂芯的径向分度、高度、T型槽、卡爪槽及1号内冷铁的位置。压箱重量为600t,保温时间为40天。

　　(2)砂芯设计砂芯的设计原则是保证砂芯少,芯盒通用性好,下芯、测量、固定方便,出气顺畅,并保证砂芯的强度和刚度,防止变形,共设计了151块砂芯,芯盒40个。内腔的砂芯在制芯时透门之间预留后填砂的空间,尺寸为100mm×100mm×100mm,下芯后用树脂砂填满修好,使所有砂芯的出气道都连通,保证所有的砂芯出气顺畅,避免呛火或产生气孔。设计了专用铸铁芯撑,用于支撑和固定砂芯。采用呋喃冷硬树脂砂造型、制芯,树脂砂24h强度≥1.1MPa,采用醇基锆英粉快干涂料,型芯舂实,涂料刷涂均匀,避免粘砂。底面砂芯和上面的盖芯要在造型平台上打制,避免因面积大而变形。

　　(3)强制冷却工艺为平衡壁厚差,控制冷却速度,消除因壁厚严重不均带来的不良热节效应,参考模拟试验结果,采取在厚大部位同时放置石墨外冷铁和内冷铁的强制冷却工艺措施,可防止厚大热节处产生缩孔、缩松缺陷,增强自补缩效果,减小凝固过程中产生的应力,可大大减小生产裂纹的倾向,有利于保证导轨致密度和硬度。根据铸件结构需要,共设计了6种专用石墨外冷铁和两种内冷铁。在所有石墨冷铁上做出M12螺孔,拧上螺杆,在芯盒中固定好位置后,用12号铁丝将螺杆与芯骨捆绑好,填砂舂实,以避免石墨冷铁在下芯和浇注过程中产生脱落现象。其中,1号石墨冷铁放在底面芯上,冷铁上钻有φ38mm、深80mm的孔,按芯盒内刻号放置,下芯后将1号铸铁内冷铁插入1号石墨冷铁φ38mm孔内,加工T型槽时将其加工掉,2号石墨冷铁放置在T型槽上面的砂芯上,3号和4号石墨冷铁放置在把合面两侧的砂芯上,5号和6号扇形石墨冷铁放置在导轨上面和下面的砂芯上,2号内冷铁是用φ12mm钢筋焊制的,放置在把合面处的两条厚大热节内。