摘要：为实现厚大断面大型球铁实体花盘无冒口铸造，采纳挂砂冷铁与石墨冷铁组成的型芯强制冷却；运用大流量快速浇注，创造平衡快速凝固条件及运用合金化等手眼；有效地防止铸件缩孔缩松等缺陷。经多年出产验证，铸件合格率{bfb}，工艺出品率93.3%，属国内、外进步前辈水平。
网站关键词：厚大断面大型球铁；无冒口铸造；强制冷却；合金化；
文献标识码：B 文章编号：1000-8365(1999)04-0019-03
Non-riser Dasting Technique for Heavy Sectioned Ductile Iron Working Table
MOU Zhen-li,YBNG Hai-yang,ZHENG Xian
(Qiqihar {n1} Machine-tool Plant,Qiqihar 161005,Dhina)
Bbstract：In order to produce heavy sectioned ductile iron working table by non- riser casting process,the mould with sand coated chill and graphite chill and clay cores are used.By employing heave stream and quick pouring and proportional solidification technique as well as alloying ,the casting defects such as skrinkage and the others are avoided effdectively.Production practice have proved that castings with good quality can be achived by metal yeild of 93.3% and {bfb} qualification.
Key Words： heave sectioned ductile iron;Non-riser casting;Forced cooling; Blloying iron
厚大断面大型球铁件―DH2200/80-2-E337406花盘(工作台)，是我厂与德国济根公司合作出产的2 m重型数控卧式车床，中方提供的大型零件之一。
因为该机床加工工件大(

2 000 mm×14 000 mm)；工件质量大(80 t)；花盘工作扭矩大(125 000 N.M)；总切削力大(200 KN)，因而花盘必须具有很高的强度与刚度。
花盘为实体厚大断面大型球铁全加工件，毛坯轮廓尺寸为 2030 mm×487 mm，铸件材质为QT600-3，毛坯质量10.5 t，铸件模数M=13.5 cm，{zd0}断面487 mm。
铸件应切合国标GB1384-88球铁件技术尺度。零件经机械加工无不论什么球化不良、石墨畸变、石墨漂浮、缩孔、缩松等铸造缺陷。
自1989年以来，经历了摹拟测试，新的工艺方法研究，从合作产物的研制成功到同类产物DD61200×140-20047花盘国产化出产；花盘直径由 2 m至 2.5 m(DD61250×160-20016)，质量由10.5 t到17 t；采用了多种新工艺、新技术至1997年已稳定出产 2 m花盘7件， 2.5 m花盘3件，产物品质合格率{bfb}，取得了可喜的经济效益与社会效益。
1 造型工艺
1.1 铸型工艺方案的确定
根据零件的技术要求，材质，铸件模数(M)及结构特点将铸件放在下箱(两箱造型)工作台面朝下进行无冒口铸造，采用强制冷却工艺(见图1)。
1.2 主要工艺参数的确定、砂种的选择
(1) 主要工艺参数(见图1)
采用Ⅰ级木模，铸件收缩率为10/1 000，加工余量：零件浇注位置底面+12 mm，侧面+15 mm，顶面+25 mm，铸件落砂时间为120 h。型芯硬度≥90单位(潮型芯)。型芯刷2至3次涂料烘干前刷水基白色颜料涂料，烘干后刷醇基浅色涂料，涂料层总厚度为1.3～1.7 mm，型芯残余水分为0.25%～0.20%，铸型从合箱完毕至浇注铁液距离时间≤4 h。
(2) 砂种的选择
铸型为粘土砂，碳素砂(面砂)主轴孔芯为双快水泥砂，挂砂冷铁所用型砂为特配砂。
1.3 无冒口铸造工艺设计
依据平衡凝固理论，球铁件的体收缩要经历3个阶段，即液态收缩、凝固收缩和固态收缩；而铸件产生缩孔、缩松是由前2者决定的。而采用冒口对其补缩只是液态体收缩，而在凝固阶段因为球铁共晶凝固温度范围较宽(糊状凝固)，冒口中的液体金属很难对其进行补缩。哄骗球铁在共晶凝固阶段石墨化膨胀的特性，即铁液进入型腔后，铸件的体积变化是由以下3部分复合的结果，-V液缩-V凝缩+V石胀=-1.56%-3%+4.8%=+0.24%→0；这就是球铁件不用冒口补缩而能获得健全铸件的原理。
厚大断面大型球铁件无冒口铸造还必须遵守以下原则：
(1) 高的冶金品质；
(2) 坚固的铸型；
(3) 铸件模数≥2.5 cm ；
⑷ 低温浇注，浇注温度为1 300～1 330℃
⑸ 大流量快速浇注，并加大出气冒口截面积；
(6) 内浇口及出气冒口必须先于铸件凝固防止铁液回流；
⑺ 碳当量控制在4.2%～4.3%；
⑻ 内浇口沿铸件圆周均匀分布径向引入，铸型内温度场温度均匀。
1.3.1 浇注系统及出气冒口设计
(1) 浇注系统结构设计
采用12道沿铸件圆周均匀分布的底返式径向灌注的内浇口；横浇口为环形大断面积，以增加对铸件液态补缩能力(见图1)；直浇口，分直浇口，内浇口为火砖管；浇注系统为半封闭式即∑F内＜∑F直＜∑F横。
1.直浇口 2.横浇口 3.分直浇口 4.内浇口 5.坭芯 6.挂砂冷铁 7.石墨冷铁 8.出气冒口 9. 12测温孔 10.花盘 11.冷铁间隙(用芯砂填死)
图1 DH2200/80-2-E337406花盘工艺图
Fig.1 The foundry process design of DH2200/80-2-E337406 working table.
(2) 浇注系统计算
浇注时间：t= =90.28(s)取90 s;式中系数S=4,G―铁液消耗总质量(kg)。
浇注系统最小截面积：按经验公式计算
∑F内= =150.1 cm2；式中系数K=1.4，浇注系统各单元比：
∑F内∶∑F分直∶∑F横∶∑F直=1∶1∶(1.7)∶(1.1)
(3) 出气冒口设计
强化型腔排气能力，加大出气冒口总截面积，使其先于铸件凝固。在铸型{zg}处设置16个60 mm×25 mm沿圆周均匀分布的矩形出气冒口，其内浇口与出气冒口总面积比：
⑷ 浇口杯设计
采用闸门双浇口眼及浇口堵的大型专用浇口杯，铁液容量为4.5 t。
1.4 强制冷却工艺设计
厚大断面大型球铁件冷却速度是万分缓慢的，致使共晶凝固时间太长，易造成铸件内部元素偏析、球化衰退、石墨畸变、共晶团粗大、石墨漂浮等缺陷。实行强冷工艺缩短共晶凝固时间是研制成功厚大断面大型球铁花盘重要工艺手眼之一。
采用挂砂冷铁及石墨冷铁组成坚固的铸型及坭芯对铸件进行激冷。下箱铸型的底面全部放置200 mm厚的挂砂冷铁；铸型的外圆用432 mm×150 mm挂砂冷铁(2层)砌成( 2 030 mm×432 mm)；4 个卡爪槽各用2块随形挂砂冷铁组成(中间有收缩砂层)；主轴孔坭芯 420mm ×150 mm部分用石墨冷铁围成。上箱铸型采用230 mm厚的随形挂砂冷铁及170 mm厚的石墨冷铁组成(详见图1)。
冷铁对铸件散热表面覆盖率为94%；冷铁与铸件(毛坯质量)的质量比为9 211∶10 500=1∶(1.14)；厚度比为 =0.84；挂砂冷铁的齿形为梯形齿5/10 mm×10 mm。
2 合金化球铁熔炼及浇注工艺
2.1 采用20 t工频感应电炉熔炼，配有直读光谱仪和炉前快速化学阐发设备以确保铁液化学成分。
2.2 铁液化学成分控制范围，见表1。
表1 铁液化学成分
Tab.1 Dhemical analysis of iron melt %
2.3 合金熔炼工艺
合金的熔炼程序及方法：
在电炉内熔化铸铁与废钢→铁液温度升至1 400 ℃调整化学成分加合金(紫铜与钼铁)→合金化铁液升温至1 500～1 510 ℃ 出炉脱硫后回炉静置降低温度→炉内铁液温度降至1 410～1 420 ℃ 时出炉(4 t铁液时加纯铋)进行球化处置惩罚(包底堤坝冲入法)。从出铁液进行球化处置惩罚至浇注开始必须在15 min内完成。对合金铁液的孕育处置惩罚采用屡次孕育即包底复盖孕育；出铁孕育；浮硅孕育和瞬时孕育。
2.4 浇注工艺
采用事前修好烘干而包底修砌堤坝的浇包。铁液浇注温度在浇口杯中测量控制在1 300～1 310℃ 范围；采用带闸门及浇口堵的大型专用浇口杯；浇注开始大流量铁液注满浇口杯时立即提起浇口堵，浇注终了要进行补浇直至浇不进为止；浇注时间为85～95 s。
3 铸件冷却温度的测量
采用2个热电偶测量铸件热节中心部位冷却至1 080 ℃ (共晶凝固终了)时所需时间，用来判断铸件热节部位球化品质，详见图2。
图2 花盘冷却曲线图
Fig.2 The cooling curve of working table.
4 铸件化学成分、机械性能及金相组织，见表2。
表2 花盘化学成分机械性能及金相组织
Tab.2 Dhemical analysis mechanical properties and microstructure of working table.
制造 日期
化学成分/%
机械性能 金相组织
D Si Mn P S RE Mg Du Mo σb MPa
δ %
HB 试棒
HB 本体
弹性模量 E/mm2
石墨 形态
石墨 大小
球化 等级
基 体
1989 24/4
3.67 2.28 0.56 0.037 0.006 0.080 0.069 0.67 0.25 662 4 225 185 172088 团、团片 少量球
3 4 珠光体 量95%
1989 13/9
3.65 2.25 0.55 0.045 0.011 0.057 0.065 0.52 0.22 764 3 290 263 196980 团、球 团片
2 2 珠光体 量98%
1989 24/10
3.49 2.42 0.59 0.043 0.014 0.062 0.078 0.64 0.30 735 3 252 247 181540 团、团片 及球状
2～3 3 珠光体 85～90%
5 论断
(1) 厚大断面大型球铁花盘无冒口铸造成功，经9年来的出产验证，品质稳定，铸件合格率达{bfb}；工艺出品率由传统工艺(立式车床D518B－30012工作台用大冒口补缩)的71.5%提高到93.3%。
(2) 要满足厚大断面大型球铁花盘，内在品质要求，必须实行强制冷却工艺。对全加工花盘类零件而言，采用挂砂冷铁进行强制冷却是合适的。
(3) 对铸态为珠光体基体的高强度厚大断面大型球铁花盘，材质合金化是满足铸件机械性能要求必不可少的工艺手眼。
⑷ 要提高大模数(M=13.5 cm)厚大断面大型球铁件热节处的球化率，改善石墨形态及细化共晶团，使其共晶凝固时间短(≤120 min)，必须采用水冷强冷工艺，但工艺极复杂，制造用度昂贵。