摘要：为了确定JF90-1球墨铸铁减速器箱体的最佳铸造工艺,对其结构和铸造工艺性进行了分析。通过优化工艺参数（包括浇注位置、分型面、砂芯数量、造型方法、模样制作、浇注系统、冒口等），合理控制合金成分，最终成功生产了JF90-1箱体铸件6件，为大批量生产减速器箱体做好了准备工作。
关键词：减速器箱体；球墨铸铁；铸造工艺设计；浇注系统；冒口；球化率
JF90-1箱体是南水北调工程中减速器箱体的重要部件，外形尺寸为∮1700mm×高740mm，材质QT450-10，此种减速器箱体输出扭矩高达170吨，箱体的轴承端承载载荷较大，该铸件内部质量要求非常严格、苛刻，不能有夹渣、疏松、裂纹等缺陷。同时，该批铸件壁厚不均，大部分壁厚50mm，轴承端的壁厚高达130mm，而且在外圆上有两处Φ250mm×350mm限位装置，均要求满足欧洲探伤标准。
1铸造工艺设计及方案选择
1.1铸件的工艺性分析从箱体的形状结构看，在铸件限位装置两处，分别存在厚大几何热节，易产生大的收缩，很容易出现变形、缩孔、缩松等铸造缺陷。此两处工艺措施：在铸型和砂芯内分别设置冷铁（厚度为100mm），增加散热面积，减小热节1.2浇注位置和分型面为了减少箱体铸件大加工平面缺陷产生，将其放在底部。顶部采用冒口出气及浮渣。分型面如图1所示，为了保证起模方便，设置了两处分型面，盖底箱起模不便处，放置正起模斜度。1.3浇注系统设计采用半开放半封闭式浇注系统，先开放后封闭，有利于挡渣。直浇道采用Φ80mm陶瓷管，横浇口尺寸1/2（45+65）×65mm，内浇口尺寸（41+45）×14mm，直浇道总面积为5024mm2，横浇道断面总面积为7150mm2，内浇道断面总面积为6020mm2，∑F直：∑F横：∑F内=1：1.5：1.2，横浇道、内浇道均涂刷石墨涂料，两次涂刷两次烘干。内浇口沿着外圆切向引入，分散开设，尽量避开铸件厚大部位，尽量避免铁液冲击砂芯，从而使铁液能够顺利地进入型腔并平稳地充满型腔，同时也便于清理，直浇口底部设置耐火砖保护，有效防止冲砂现象的发生。1.4工艺参数设计（1）铸件收缩率：铸件收缩过程受到阻碍不大，收缩率选取：长度方向1%，高度方向1%,宽度方向1%。（2）加工余量：底面取10mm，孔径取12mm，顶面取12mm。（3）分型负数为1mm，芯头配合间隙1mm。1.5冒口的设计及计算根据均衡凝固理论，利用球墨铸铁石墨化膨胀，抵消一部分收缩，设置冒口补缩铸件初期凝固产生的收缩，采取参数如下：根据铸件壁厚T=60mm，选取D=2T，H=1.5D，B=0.6D，h=0.3-0.35DD=120；H=180；B=70；h=40。1.6砂芯的设置采用呋喃树脂自硬砂造型、制芯。根据铸件结构特点，内腔结构不太复杂，为了减少砂芯，采用中间设置一整体砂芯，需要在下芯合型前放置在底模上部，使用下芯吊具整体下芯。这样既保证了尺寸精度，又减少了因使用芯撑而带来的渗漏。
2铸造生产控制
2.1模样制作做1个实样外模、1个实样芯盒、1个卡板、外模上做出冒口定位。缩尺1.0%。2.2造型生产控制造型：采用天然硅砂，粒度30/50目，含泥量小于0.45%，水分小于0.5%，SiO2含量大于97%。混砂设备采用25t/h移动式混砂机。箱体铸件的合箱过程，是控制铸件尺寸的关键过程，下芯后，采取演箱的方式，调整局部测量不到的壁厚；可以测量的部位，用专用卡板测量尺寸，采取这两种方式检验砂芯的定位，控制铸件尺寸精度。为了防止铸件表面产生粘砂，在砂型表面和芯子表面涂刷耐火度高的石墨涂料两层，分层点燃干燥固化，以增加型砂表面强度，避免表面落砂，提高铸件质量，并吹干净浇口管内的砂子。下芯后，用卡板检查壁厚并测量尺寸，中间芯与上箱压石棉绳。2.3化学成分控制C含量（质量分数，下同）控制在3.2%-3.9%范围内，Si含量控制在2.6%-2.8%范围内。Mn降低塑性和韧性；同时锰易产生偏析，铸态下在共晶团边界极易形成碳化物，降低铸件力学性能，所以锰含量控制在0.5%以下。为了防止磷共晶、MgS等杂质产生，磷含量必须小于0.06%，硫含量必须小于0.03%。要求熔炼设备为中频感应电炉，铸件毛坯包括浇冒口总重为4800kg，采用底注式摇包浇注铁液，浇注温度1345℃，浇注时间85s，注意点火排气。2.4铸件清理清理工作前，先检查铸件表面有无严重缺陷。清理时，应注意不得损伤铸件的边缘、棱角。禁止重锤敲击以免出现裂纹。铸件翻转时应注意人身安全，并应垫软胎或木块以防碰坏。对铸件进行了抛丸处理，去除铸件表面粘砂、氧化皮等附着物，显露出金属表面。2.5生产验证实际生产严格执行铸造工艺，最终成功生产了6个JF90-1箱体，化学试验报告、金相试验报告、力学性能试验报告、局部探伤报告均满足客户要求及相关标准。铸件内部无缩孔、缩松、裂纹、气孔等缺陷。通过以上工艺生产出的首件产品具体性能指标：
3结束语
JF90-1箱体利用实样造型方法，操作简单，保证了铸件无裂纹、变形、缩孔、缩松等铸造缺陷。取得了客观的技术效果和经济效益。本产品无论是内在质量还是外在质量都得到了用户的认可，为大批量生产减速器箱体做好了准备工作。
参考文献
[1]张春明.球墨铸铁飞轮壳的无冒口铸造工艺实践[J].铸造，2013，62（2）：170-172.
[2]中国机械工程学会铸造专业学会.铸造手册（第5卷）[M].北京：机械工业出版社，1994.
作者：刘宏伟 苏文生 白丽梅 单位：沈阳铸锻工业有限公司
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