摘 要：針對軸承座鑄件冒口間的縮松缺陷， 采用集中補縮的工藝措施將分散小冒口改為單獨大冒口， 并利用MAGMA軟件進行凝固模擬分析，生產了優質的軸承座鑄件。經生產驗證，改進后的冒口工藝不僅消除了鑄件的縮松缺 陷，而且鑄件質量穩定。
支撐輥軸承座是軋機的關鍵零件之一，服役條件惡劣，長期處在高溫、高強度沖擊力的環境下工作，要求鑄件具備良好的綜合力學性能[1]。軸承座在鑄造過程中容易出現縮孔、疏松、裂紋、氣孔等缺陷，從而影響鑄件的使用性能。同時，由于受設備能力、工藝裝備、作業環境等諸多因素的影響，厚大鑄件在制造過程中經常因為夾雜物、縮松、晶粒粗大等缺陷導致探傷不合格[2]。因此，通過鑄造工藝的改進減少厚大鑄件的鑄造缺陷，減少鑄件的返修，提高鑄件的質量具有十分重要的意義。
1、軸承座的技術要求
軋機支撐輥軸承座鑄件，其輪廓尺寸為1850mm×1708mm×854mm，壁厚為136mm，壁厚為617mm，鑄件重15500kg。鑄件質量的要求主要包括化學成分、力學性能、無損檢驗等。鑄件材料執行德國標準DIN17182中GS-20Mn5+N，其化學成分和力學性能如表1、表2。鑄件要求整體進行超聲波探傷和磁粉探傷，其超聲波探傷按照標準EN12680-level2執行，磁粉探傷按照標準EN1369-LM2/AM2/SM2執行。
2、鑄造工藝設計及改進
2.1分型面
根據軸承座的結構特點，采用上、中、下三箱造型。下箱采用實樣造型，中箱采用抽芯實樣和組芯的復合造型，上箱采用蓋箱造型。下箱與中箱采用定位銷的方法，中箱與上箱采用定位線的方法合箱，保證型腔的尺寸精度。
2.2造型材料
鑄鋼件的澆注溫度高，而且軸承座的壁厚為617mm,壁厚為136mm，所以采用耐火度較高的鉻鐵礦砂作為面砂,防止鑄件在凝固過程中發生粘砂缺陷。在鑄型表面涂刷3~5遍醇基鋯英粉涂料，每次刷完后用砂紙打磨光滑再涂刷下一遍，保證涂料的厚度到達約2mm。選擇鉻鐵礦砂和鋯英粉涂料的使用，不但有效地減少鑄件表面粘砂，而且鑄件的表面質量顯著提高。
2.3澆注系統
鋼液的澆注溫度高、流動性差、易氧化，因此要求快速、平穩充型。鑄造工藝設計中選取澆注系統為開放式澆注系統，使用鋼液上升速度計算法計算該鑄件澆注系統各單元的尺寸，其中鋼包孔、直澆道、橫澆道、內澆道的截面積比例A水口∶A直∶A橫∶A內=1.0∶2.25∶2.5∶3.0。采用底注式+切線式的澆注方式，底注式可以使內澆道從鑄件底面引入，保證鋼液在型腔內平穩上升；同時切線式內澆道使鋼液在型腔內旋轉，有利于浮砂、氣體、夾雜物等進入冒口，減少鑄件缺陷的產生。整個澆注系統均采用高鋁耐火磚管連接，采用底注包澆注，澆注溫度控制在1550~1560℃。
2.4冒口設計
2.4.1原冒口工藝
由于軸承座屬于厚大鑄件，在4個角的位置都存在分散的熱節，在鑄件凝固過程中容易出現縮孔、縮松缺陷。在鑄造工藝設計時依據模數法、熱節圓法設計冒口大小，在熱節處分別設置明冒口，在兩個大熱節處設置一個的腰圓式冒口，冒口尺寸大小Y750mm×950mm、澆高1000mm；在兩個小熱節處分別設置圓形冒口，冒口直徑大小準700mm、澆高1000mm。原冒口工藝方案見圖1。
分散冒口的工藝方案首批生產 4 件軸承座，超 聲波探傷合格率低，其中 3 件軸承座在兩個冒口之 間發現缺陷，距離分型面100～150 mm范圍內。經分析缺陷為縮松， 生產時采用焊接的方式進行修 復，但是縮松缺陷的焊接難度大，大大增加了生產成本，同時也面臨著鑄件報廢的風險。
2.4.2冒口工藝的改進
為了消除冒口間的縮松缺陷，提高鑄件的探傷合格率，減少鑄件的焊補返修，改進了軸承座的冒口工藝方案。在軸承座的內孔上方設置一個單獨的圓形冒口，冒口尺寸準1100mm、澆高900mm，并將內孔局部鑄實作為補貼。采用集中補縮代替分散補縮的工藝思路改進了冒口工藝方案，即為1個大冒口取代3個小冒口，同時改進前和改進后的冒口重相當不會造成成本增加，改進后的冒口工藝方案見圖2。
2.5凝固模擬
凝固模擬可以預測鑄件的縮孔、縮松的位置，有利于鑄造工藝驗證和優化，對降低生產成本和提高鑄件質量方面起著很大的作?。針對軸?座改進前和改進后的冒口工藝方案，利用MAGMA凝固模擬軟件分別進行模擬分析，其模擬結果見圖3、圖4。通過模擬結果的對比分析：改進冒口的方案更有利于冒口的集中補縮，冒口中的鋼液更能長時間地保持在高溫狀態，使冒口與鑄件之間形成了明顯的溫度梯度，實現鑄件的順序凝固，提高了冒口的補縮效果。
2.6改進效果
采用改進冒口的工藝共生產了4批24件軸承座，鑄件在砂型內保溫結束后打箱清砂，熱處理消除鑄造應力后切割?口，冒口根部組織致密。軸承座粗加工后進行超聲波探傷檢驗，鑄件內部組織致密均沒有發現縮孔、縮松缺陷，而且鑄件質量穩定。
3、結論
針對批量生產的軸承座，通過對鑄造工藝的研究，并運用 MAGMA 模擬軟件對軸承座進行凝固過程模擬，采用大冒口集中補縮代替小冒口分散補縮的工藝優化，使冒口與鑄件形成了明顯的溫度梯度， 實現鑄件的順序凝固。經生產驗證，改進冒口的工藝方案消除了鑄件的縮孔、縮松缺陷，提高了鑄件的質 量， 為今后生產類似鑄件的鑄造工藝方案具有一定的指導意義。
來源：鑄造技術
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