KW静压造型线条件下行星齿轮支架铸造缺陷分析与改进

摘要：我国液压件市场需求巨大，约占世界市场的20%，位居美国之后排名第二位。目前国内液压产品只能满足中低档配套产品需求，高端产品依赖进口且价格昂贵。

关键词：KW静压造型线、行星齿轮支架铸造、缺陷

1造型线工艺流程

造型线由四大部分组成，分别是造型下芯段、浇注段、冷却区域以及捅箱落砂段。造型下芯段包含造型主机、换模机构、移箱机、铣浇口机、扎气眼机、翻转机、合箱机等设备；浇注段包含浇注线、浇注机和换包机构，这与其他线基本一致，不再详述；比较有特色的是冷却区域以及捅箱落砂段。

1.1冷却

本次造型线采用双层冷却方式：一层为砂箱冷却区，二层为套箱冷却区。砂箱冷却区共有59×4列=236个冷却砂箱，冷却时间约为2h，砂箱内铸件温度可冷却至350～400℃，转入二层套箱内冷却。套箱冷却区域共有59×4列=236个冷却套箱，一个套箱可存放两个砂型，冷却时间约为4h，套箱内铸件可冷却至约200℃。部分厚大件在生产时，其冷却时间要求长，可在一条套箱线内长时间缓存冷却，待达到冷却时间后再进行落砂。

1.2捅箱落砂

造型线采用两级捅箱机。左侧为一级捅箱机，从铸型输送轨道上取出冷却好的砂型或套箱并送至捅出工位，由液压结构将砂型内的砂胎由下至上（上捅箱）捅出到套箱内实现砂型由砂箱转移至套箱内的动作，因套箱长度方向尺寸为砂箱尺寸的两倍，因此一个套箱内可容纳两个砂胎。右侧为二级捅箱机，从二层套箱线上将套箱移动到捅出工位，套箱内的两个砂胎依次进入捅出位，捅头将砂胎捅入落砂机构。设置两级捅箱机，可有效提高捅箱和落砂效率，降低单一捅箱机运转的节拍和负荷，避免影响造型线效率。

2静压铸造生产行星齿轮支架工艺

行星齿轮支架，是行星齿轮传动装置的主要构件之一，承受外力矩大，对其力学性能要求较高，材质要求为QT600-3。铸件加工面不得有任何的铸造缺陷，非加工表面不得有明显的夹渣、凹陷。基于铸件的生产批量、铸件材料、尺寸、精度及技术要求等综合考虑，结合工厂现有设备条件，采用粘土湿型砂KW静压线机器造型。为保证较高的工艺出品率和砂箱的合理利用，结合单个铸件轮廓尺寸和现有KW造型线砂箱内档尺寸，经计算确定每箱放4件，初步选择采用底注式浇注系统。由于铸造过程中铁液经球化、孕育处理后，有温度下降、氧化等情况，要求浇注系统既能大流量输送铁液，又具有较强的挡渣能力，所以选择阻流截面在内浇道上的半封闭式浇注系统，其比例取为∑A直∶∑A横∶∑A内=1.1∶1.45∶1。金属液总质量G为每箱的4件铸件质量加浇注系统所占40%的总和，即G=135kg；选择浇注系统流量损耗因素u为0.4；浇注时间按灰铸铁浇注时间减少1/3计算确定，取为t=20s；由奥赞公式得阻流截面积为A内=17.6cm2；内浇道截面积为∑A内=17.6cm2，取梯形截面42mm/38mm×11mm；横浇道截面积为24cm2，取梯形截面26mm/34mm×40mm；直浇道截面积为16.6cm2，取圆形截面Φ46mm。根据冒口液态补缩量及冒口颈模数，选取压边冒口，经计算取冒口尺寸90mm×90mm×160mm，拔模斜度为1.5°。

3行星齿轮支架生产工序

静压造型生产线均以粘土湿型砂作为其造型用砂。型砂加料顺序是先将回用砂和新砂、粘土粉、煤粉等干料混匀，再加水混至性能要求合格。造好的砂型不经烘干，直接浇注高温金属液。直接影响铸件质量和造型工艺的湿型性能有紧实率、湿压强度、水分、透气性、粒度、吸蓝量等。根据实验室近百份型砂样品的检测得合格型砂性能为：3.0%～4.2%水分，33%～43%紧实率，180%～210%透气性，0.16～0.20MPa湿压强度，2.0%～2.5旧砂水分。静压造型线上砂箱的砂型硬度需要连续抽查检测，在生产线使用湿型砂表面硬度计测定砂型分型面、侧面、自带砂胎等的硬度。砂型的总体的硬度应在HB85～95，分型面硬度在HB90～95，侧面硬度在HB87～92，砂箱边缘型砂硬度在HB95～100。熔炼炉料配方采用15%的生铁、70%的废钢和15%的球铁回炉料，每吨铁液添加增碳剂27.1kg以及电解纯铜5.4kg，熔炼设备为中频感应电炉。用稀土镁铁合金做球化剂，其成分主要（质量分数）是3%RE，3%～5%Ca，7%～8%Mg，加入量为铁液质量的1.80%～1.85%。球化剂的加入采用包底覆盖的加入方法，处理包为凹坑式，铁液分两次充满。用75硅铁与高效复合孕育剂做孕育剂，其主要成分是75%Si、3%～5%Ca、2%Ba，加入量占铁液重量的0.15%～0.20%，混合后进行球化和孕育处理。第一次孕育为包底孕育，第二次孕育为随流孕育。加入少量铜，起到增加和稳定珠光体的作用，并能提高铸态强度、硬度、屈服强度，改善铸件疲劳强度和多次冲击韧性。出水后，均匀覆上聚渣剂，铁液扒渣干净，转包、浇注时始终保持浇杯内有铁液。生铁熔炼温度为1520～1540℃，球铁球化后浇注温度控制在1420～1440℃，最后温度不低于1400℃。利用热电偶测定熔炼温度，利用红外探测器测定浇注温度。随流孕育速度4g/s，冷却时间60～90min。采用机械落砂使铸件和型砂、砂箱分开。落砂后分离冒口，然后使用抛丸机从铸件上清除内外表面粘砂、型砂、氧化皮、披缝等，将法兰圆圈周围两个冒口颈打磨至与周围圆角合理过渡。

4铸件缺陷分析及工艺参数调整

试产后，产品缺陷有气孔，法兰边切割下来的试棒部分力学性能（抗拉强度和伸长率）不合格等。气孔缺陷产生的原因有：当浇注温度过低，试验一炉1392℃时，空气易裹挟进入型腔造成气孔；型砂含泥量较高，透气性偏低，不利于排气。改进上述缺陷的措施为严格控制铁液出炉温度在1420～1440℃，做到每炉必测；淘汰部分旧砂，加大新砂使用量，严格控制水分在3.0%～4.2%；增加出气孔数量以增加型砂透气性。砂眼缺陷产生的原因：①砂型表面水分蒸发过快，含水量低造成表面强度降低，浇注时易冲砂；②浇注系统内散落砂未吹净；③型腔紧实度不足；④型砂混制质量不好，湿压强度不合格。改进措施：①尽量造型后30min之内合箱，合箱前用喷壶在砂型表面喷洒少量水，确保砂型表面强度；②合箱前把型腔和浇道内浮砂处理干净，平稳和箱；③提高型砂的紧实度、硬度；④严格控制型砂性能，提高型砂湿压强度；⑤及时清理熔炼炉内炉渣；⑥浇道内使用过滤网。法兰边试棒部分力学性能（抗拉强度和伸长率）不合格，金相分析发现：该处个别区域约1mm2内珠光体含量95%，渗碳体3%。可以看出，中间柱子和法兰边本体均存在渗碳体。分析认为原因是随流孕育量不足，开箱时间太早。故而把随流孕育量由4g/s增大到8g/s，开箱时间控制在60min。

5结论

本设计采用稀土镁合金球化剂，加入量为铁液质量的1.80%～1.85%；孕育剂为75硅铁，加入量为0.15%～0.20%；球铁熔炼温度为1520～1540℃，球铁球化后开始浇注温度控制在1420～1440℃，最后浇注温度不小于1400℃。生产出的行星齿轮支架组织为珠光体和铁素体混合基体的QT600-3牌号球铁，抗拉强度可达到600MPa以上，伸长率高达7%，球化率2～3级，石墨球较圆整且分布较均匀。产品质量符合KW静压线造型条件和行星齿轮支架使用设计要求。

参考文献：

[1]聂小武，鲁世强，王克鲁.QT600-3、QT450-10球墨铸铁件的铸技术[J].铸造工程，2008，32（1）：23-25.

[2]刘绍忠，刘继常.铸态球墨铸铁QT600-3柱塞泵耐磨件的生产[J].铸造，2013，62（2）：164-169.