摘要：球磨机端盖是矿山机械的关键部件之一，通过对球磨机端盖铸造工艺的设计、模拟仿真及实际生产验证，为此类铸件的生产提供了技术基础。
关键词：厚壁球墨铸铁；球磨机端盖；铸造工艺设计
引言
磨机机组主要用于矿山机械行业铁矿、铜矿等坚硬矿石的破碎作业。一般根据磨机端盖的受力状况，端盖的材质主要选用球磨铸铁、低碳铸钢、铆焊件、高强度灰口铸铁等。由于球墨铸铁、高强度灰口铸铁制造成本较低，在发达国家生产的铸铁端盖比例较大，而在国内，由于受生产条件、技术水平、铸件品质和焊接性能等诸多因素的制约，能生产的铸铁端盖尺寸规格和数量较少[1]。图1所示为实拍的磨机机组图。
1磨机端盖铸件技术要求
磨机在矿机机组中主要用于矿石的破碎作业，而磨机端盖作为传动轴的连接部位，需要承受高载荷、高力矩。因此，磨机端盖需要具有高强度、高韧性。所述磨机端盖的轮廓大、铸件毛坯质量和浇注质量大，且为回转体铸件，最大轮廓尺寸达到6978mm×6978mm、质量40.9t，浇注质量达到58t，端盖主体壁厚210mm、最小壁厚134mm、最大壁厚320mm。磨机端盖的结构如图3所示。1.1机械性能所述磨机端盖的材料为EN-GJS-500-7U；化学成份要求w（Ti）＜0.02%、w（Si）＜2.35%；φ220mm圆柱形试块的机械性能指标如表1所示。1.2磁粉检测指标适用标准：ASTME1444。检测方法：干法或湿法。非加工面的接受标准：表面上不能有外露的裂纹、热裂或线性缩松等缺陷。熔渣接受标准：熔渣长度≤2.54cm。1.3超声波检测指标适用标准：12680-3II级。检测部位：所有表面进行UT检测。判定标准：声速>5500m/s。
2磨机端盖铸件工艺设计
本磨机端盖铸件的砂芯、砂型均采用呋喃树脂砂，根据所述磨机端盖铸件单个砂芯和砂型的大小及混砂机的流砂量和砂芯、型的强度要求，相关技术参数为：树脂加入量0.8%~1.2%、固化剂加入量30%~50%、可使用时间8~15min、砂芯/型硬化后的硬度大于90HB、抗压强度大于4.0MPa。砂芯、砂型制作完成后，还需要使用抗粘砂涂料喷涂两遍，第一遍涂料波美度为50~60、第二遍涂料的波美度为40~50。2.1浇注位置的选择根据磨机端盖铸件的结构特点，为了利于补缩和减少夹渣问题，浇注方式选择为大头在上、小头在下。造型分箱按照图4的方式分为四箱。上箱中箱1中箱2下箱中箱2中箱1图4磨机端盖分箱示意图2.2加工量和浇注系统设计根据铸造工艺设计手册与相关标准结合磨机端盖铸件的结构特点及顾客的技术要求，确定此产品主体加工量为+8~20mm，为防止铸件上表面夹渣夹砂缺陷导致铸件报废，上表面的加工量取上限值。磨机端盖铸件尺寸长、质量大、浇注时间长，且无法放置过滤装置。因此本产品的浇注系统设计为全陶瓷浇注系统，从而避免了浇注系统自身冲砂造成金属液的夹砂，同时也提高了浇注系统抵抗金属液冲刷的能力。如图5所示，浇注系统的特点是开放式、低流速、由耐火陶瓷管组成、抗高温金属液冲刷能力强，其中金属液流速可以控制在1m/s以内。2.3冷铁和冒口设计大型厚壁球铁铸件件可使用无冒口铸造和大冒口铸造两种方法[2]，模拟之前先对铸件进行分区计算模数。根据计算的结果设计冒口和冷铁，此产品选择的是类似于铸钢件顺序凝固补缩的方法设计，将冒口放置在靠近铸件热节的部位，保证冒口晚于铸件凝固，补偿液态收缩，此件选择放置6个φ500mm的保温发热冒口。2.4模拟仿真在以上冷铁、冒口布置及浇注系统设计的基础上采用MAGMA软件进行充型凝固模拟，具体模拟结果如图6所示，从左图中可以看出凝固最后都处于冒口中，从右图中可以看出铸件没有发生缩松缺陷，符合设计要求。2.5熔炼浇注参数设计熔炼金属液时采用高纯度生铁、两级孕育和球化处理工艺，可大幅度降低成分偏析，并可预防石墨漂浮和冒口颈铸件组织粗大[3]。结合磨机端盖铸件的实际：P含量小于等于0.03%、石墨形态为Ⅵ型、且要在能代表铸件壁厚的试块的中心部位取样检测，最终采用高纯度生铁、喂线孕育和球化处理的工艺，使得金属液符合顾客技术需要。针对厚大断面铸件，其浇注温度设定为1290±10℃。熔炼时使用中频炉进行多炉同时熔炼，浇注时采用双包双水口合浇的技术方案。
3生产验证
按照以上方案制定的铸造工艺试生产磨机端盖铸件，在对生产的铸件进行检测时，发现在铸件浇注方向的下部有融合不良问题。经过对问题根源的分析，改进了铸造工艺，主要从浇注温度和浇注系统两个方面进行了改进，改进后的浇注温度为1340±10℃；改进后的浇注系统，放大了浇注系统的尺寸，使得浇注可以在120s内完成。利用改进后的铸造工艺再次试生产磨机端盖铸件，铸件的外观、性能、组织、实体密实度均满足标准要求，超声波探伤声速达到5620m/s，大型冒口下方加工后无缺陷，PT检验正常，无石墨漂浮现象，铸件成功交付顾客。之后又连续生产11件，均合格。如图7所示为生产的磨机端盖铸件。
作者：宋亮 单位：共享装备股份有限公司
