机床床身铸件铸造工艺的开发与设计.pdf

长导轨机床床身铸件性能要求高 ， 易产生弯曲变形等缺陷 。 在铸件结构分析基 ］ 上 ， 初步设计确定  了铸造工艺方案和材质化学成分控制要求,并应用 MAGMA软件对铸造工艺进行了模拟 。 生产实践证明铸件的  尺寸 、 力学性能及表面质量均满足用户技术要求 。关键词:床身铸件 ； 工艺设计 ； 凝固模拟 ； 生产应用中图分类号: TG24 文献标识码: A 文章编号 ： 1674-6694( 2020  )03-0020-03Development and Design of Casting Process for Lathe BedNING Xian-run(Yibin Push“ Liandong Technology Co. ,Ltd. ,Yibin Sichuan 644007, China)Abstract: Long guide machine tool bed casting requires high performance, and easy to produce bending deformation defects. Based on the analysis of casting structure, the casting process scheme and material composition were determined, and the MAGMA software was used to simulate the casting process. The production practice shows that the dimensions, mechanical properties and sur­face quality of the castings meet the requirements of customers.Key words: machine bed casting, process design, solidification simulation, production application长导轨机床床身铸件是我公司为欧洲某公司开  发设计的 。 该导轨铸件长达 4.5 m,铸造及机加精度要  求非常高,其铸件重量为 7.5 t,材质为 EN-GJL-300, 相当于 HT300,单铸抗拉强度 ！300MPa,本体硬度需  要达到 200  HB ~230  HB,基体的珠光体含量 ! 98% ， 尺寸公差等级为 CT10级 ， 导轨部位不允许有  夹渣 、 夹砂 、 缩松等任何缺陷 。 铸件的性能要求较  高 ， 易产生弯曲变形 ， 为此进行了技术攻关 。1 结构分析该铸件  为  20  mm~50 mm, 于  铸件,铸件导轨长达 4.5 m,非常容易产生弯曲变形缺  陷 ， 导轨  达到 115  mm.于铸件的导轨  是重要 ， 此导轨面放置于  制造 ， 但如果不利用补缩易产生组织松缺陷 ，砂 、 的产生 。 该铸件为单件  量生产 ， 有  的  ， 加  形  较为  ，开发  设计造了较  。 乡收稿日期 ： 2020-04-03作者简介:宁显润 （19G5-） ,男 ， 云南宣威人 ， 工学学士,工程师 ， 主  要从事灰铸铁和球墨铸铁铸造工艺技术开发与设计工  作 。本  ， 公司  用  及新投入铸铁砂  产质量及本的  62 铸件工艺设计  2.1分型面及基本工艺参数的确定床身的  ， 为了  导轨  的质量 ，该铸件  导轨  于  为了，  ， 铸件  开  此如 1  6  铸件大部  于下， 变形量较小且尺寸也得到了  6图 1 机床件的分型面确定该床身件用  砂  造 ， 铸造缩  0.8%  - 1% ,长度方向取 1% 而宽度方向取 0.8%. 加  工余量取 10  mm~12 mm.为防止床身变形 ， 在床身中  心导轨  有反变形量 3  mm.铸件  砂, 砂  有 0.5 mm的6  、  了  措施 ,上 、 下面各留有 1  mm的分型负数 ， 来保证铸件的尺  寸精度 6-20  -2020 年第 3 期 宁显润:机床床身铸件铸造工艺的开发与设计 !“设备与工艺2.2砂芯的设计由于导轨面朝下 ,砂芯设计时没有下芯头进行  定位 ,砂芯全部采用芯撑的方式来支撑 ,而在铸件  的上表面均开设有窗口 ， 因此可以利用该窗口进行  芯头的定位设计 。 在砂芯的设计上应满足芯子便于  固定和排气 、 便于下芯及测量尺寸 、 有平整的填砂  面和参考面 、 芯子的形状及尺寸应满足公差要求等  等 。 内腔均采用咲喃树脂作为砂芯的制芯材料 ， 砂  芯的分芯面尽量与砂型的分型面一致 ,起模斜  与  模的斜  一致 ， 以  砂芯和砂型  形成的  均 ， 铸件  同时有利于砂芯的  排气 。 内腔有砂芯的设计均为四周开模 ， 上部芯  头处填砂 ， 局部起模受限处考虑  芯的方式 ，芯头采用  芯头  铸  进行设计叭2.3芯撑的设计铸件内腔  为  内腔砂芯没有芯头定位  采用芯的方式以作  全 ， 因此定采用  芯撑的方式 。 芯撑应有足的  ， 不  而  支撑作用 。 在铸件固  芯撑  与铸件  芯撑的设计  要同时考虑  面的和  叫  一定要  芯撑  尽可  内  口  芯撑的O NX计  砂芯的量  为全状  定  芯撑  受  的  可作砂芯的  量  砂芯  时可  砂芯的为  芯撑 。  芯撑的设计  内腔砂芯的同  2 的  芯撑 。3 浇注系统和补缩系统的设计3.1浇注系统考虑  因此决定  的两个端 头 引入  辅 以 多 内浇口的方式在 其他 的平面位 置 进行 布置 。 直浇道从铸件的一  方 向部位 引入 。 为 了 尽可的 提高 铸件的 质 量 ， 采  用 了陶瓷滤网 作为 挡渣措施 。 整铸件的浇注时  式 (1 )进行 确 定 ：(1)  式 ： S — 系数 ， 底注 式 大 型铸件 快浇时, S 的 取值范围 为 1.7-1.9 ,本文按 1.8取值 ； G— 浇注  总质 量 7  500  kg;!— 铸件平均  25  mm 计注 时间为 103  s.式 (2 )对 阻流截 面进行 计算 ：F阻 =— O 0.31“t V式 :G— 铸件浇 注总 量 ,kg;'— 压 头 高度 ,cm; “— 流量 损耗系数 ;t— 注 时  103  s.计  适  F阻 放大 ， 最终阻截 面 积为 64  cm2.整  注系统 采用开 放式浇注系统 ， 各单  元 的 横截 面 积比值 为 1：1.2： 1.4.3.2补缩系统的设计床身 铸件  差 异较大 ， 存大多 的 热节 位置 ， 因此  要设计 冒 口来  铸件进行 补缩 。 铸件的  收缩值是确 定的  的 类 和 牌号给一个 确 定的 收缩值 来定 冒 口的尺寸 。 其收缩不  仅 和  、 浇 注  有 关 ， 还和铸件的 大小 、  、、 铸型的种 类 有 关 。 床身 铸件为 灰 件,一方面  可以设计 冒 口来 补缩 一方面要 充 利用 石墨  膨胀自补缩 ， 冒 口 只能 起 补充自补 足的差  额 ， 为此铸件的 冒 口没  要 非  晚 于铸件 热节点 的  固  就是说冒 口的模 数 也可以 小 于铸件的模数 。床身 铸件 热节点主 要 布 在 十  处铸件的  和  十  进行 比其  有 15 处为 大 位 置 要 冒 口进行 补  缩 。 冒 口的设 置点 应稍为  十字交叉点 热节 处 ,冒a 9 芯撑  1  ()芯撑  2  c)芯撑  3  d)芯撑  4图 2 长导轨机床床身芯撑结构尺寸・21 ・Jun.2020 !3 铸造设备与工艺 2020 年第 3 期口类型为顶缩颈冒口 。 通过模数法进行计算冒口的  直径为 150  mm， 高度为 250  mm， 而冒口颈的直径为  80  mm， 咼度设计为 60  mm.另外考虑到砂芯均由铁液包裹住 ， 排气不通畅  容易造成呛火和气孔缺陷 。 因此 ， 在铸件的最顶端  凸台位置增加排气通道 ， 且排气通道的截面积之和  应大于直浇道的截面积 。4 MAGMA的凝固模拟液相分数 /%-976431097643000025' 0 含量太低会使铁液的氧化倾  增大 ， 流动  性变差 ， 收缩倾向也会增加耳 0 能起到更好的定  珠光体的  ， 而且收缩性略不容易产缩孔 、  缩  缺陷 ， 且加工性  在此范围内  为合适 。在合金化  面 ， 客户不允许加入 S=、 Cr、 Ni、 Mo 等合金元素 ， 为了进一步保证铸件的力学性 ，  Cu的加入质量分数控制在 0.7%~1.0% ， 适当加入  了 Sn且  在 0.05%~0.07% 范围内 。 最终化学成  分的  如 1 所示 。表 1 机床床身件的化学成分控制表 （ 质量分数,％）控制值 C Si Mn P S Cu Sn炉前 2.9~3.1 1.3~1.5 0.6~0.8 <0.05 0.05~0.08 0.15 —炉后 2.9~3.1 1.7~1.9 0.6~0.8 <0.05 0.05~0.08 0.7~1.0 0.05~0.075.2熔炼与浇注方案的确定采用 10t感应电炉进行熔炼 ， 熔炼重量为 9t. 当  内温度达到 1 450 E ， 进行化学成分分 ， 分法为光谱法和碳硅仪 ， 照  1 的化学元素进  行测定  含量 ， 根据测定  对  内铁液成分进行调  ， 达到要求的化学成分 。 铁水升温 1  500  F 后静置  10  min~15 min.10  t灰铁包出铁水 ， 出  温度为 1  440  G， 出  铁  2  mm~5 mm的|硅孕育剂对准浇包口进（ 下转第 25 页 ）・22 ・2020 年第 3 期 戚鹏超 ,李永刚 ， 张  明 ， 邵长元:浅析下芯定位工艺对铸件尺寸精度的影响 铸造设备与工艺图 6 砂芯可能存在的偏斜, 用铸造  结 ， 用焊用  证  ，避免产生3  吊吊  过 ， 保持平的，  位 ；4  位方进行  验证  汇芯与吊  位 。  时  T ,, 吊  的位位方 ， 一方面可  的量 ，方面可  的  ， 证  的准确性 ， 如图 7 所示 。6 效果及结论生产  过改进  位方 ， 对铸件进行划线检查发  的尺寸  斜问题得以解决 ， 长度方向瓦口  孔两侧  工  量均匀 ,瓦  口中心与缸孔中心偏差 !0.5 mm,效果明显 ,结论如(上接第 22 页)行随流孕育 。 用 20  t行车将浇包吊至浇注位置 ， 并 测量包内铁液温度 ， 当达到 1  360  (〜 1  380  +时 ， 即  可进行浇注 ， 浇注的同时采用 0.1% 〜 0.15% 质量分  数的 H硅孕育剂进行二次瞬时孕育 。 最终铸件力学  性能报告如表 2 所示 。表 2 力学性能报告取样方式 抗拉强度 Rm/N * mm-2度(  样)() 体度200  HB -230 HB铸样 标准要求 !300 / 205 209 207实测 335 225 207 206 2096 生产应用下 ：1  结的  位框关注其扭曲问题 ， 因  位框失准导致铸件尺寸  差 ；2 ) 设计配合  隙时 ， 要充分考虑  隙叠  可能  来的尺寸差 ，  吊  设置双位销或者  结 ，  孔端轴承挡端的斜3  际生产  可  过测量几个砂芯的对角尺寸初步判是否  斜问题 。参考文献:[1] 李朝峰 ， 王正春•缸体下芯胎具定位装置的改进 [J] •中国铸造  装备与技术 ， 2007(2 ) : 57-58.[2] 陈宗民 .根据六点定位原理优化设计砂芯芯头 ]]•铸造, 2000( 5 ) ： 305-306.金相组织等检测 ， 符合标准的要求 ;首件尺寸验证  位 5  mm 的  度  ，工  量范围内 ， 铸件生产的检验结果均满足客户  的技要求 。  产  量  ，过  用户的验收 。参考文献 ：[1] 中国机械工程学会铸造分会编 •铸造手册:第 5 卷 ： 铸造工艺  [M D.第 2 版 .北京:机械工业出版社, 2003  ：  136-151.[2] 王洪涛 .关于铸造用防漏芯撑承载及熔合的物理解析及应用  [].铸造技术 ,2017(10):60.[3] 逢伟 .提高 HT300缸体缸盖铸件材料性能的方法 [].铸造工  艺 ， 2010(2):6—7.根据优化的工艺方案进行首件铸造生产 ， 经过MT、 PT探伤,铸件质量符合用户的要求;力学性能 、・25 ・