60/70MN快锻立柱铸钢工艺
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摘 要：2012年中国第一重型机械股份公司铸钢分厂成功浇注了液重为219T的立柱。立柱是60/70mn快锻机的两个支撑臂，活动横梁需要在其中间上下滑动，是快锻的关键部件。结合铸件的结构特点和探伤要求，分析了其铸造难点并进行了铸造工艺设计。在铸造工艺设计时利用模拟软件进行数值模拟，保证立柱补缩通畅，组织致密，不变形。
关键词：立柱；补缩；工艺设计；性能；变形
1 铸件概况
1.1 铸件结构
立柱的基本参数如下：60/70MN快锻立柱材质：GS-20Mn5，化学成分C（%）：0.18-0.23，Si（%）：0.30-0.50，Mn（%）：1.0-1.50，P（%）、S（%）：≤0.010。性能指标：屈服强度≥280N/mm2，抗拉强度≥500N/mm2，断裂伸长率≥500N/mm2，V型冲击功≥40J，立柱性能必须满足设计要求。
1.2 探伤要求
UT探伤要求起始灵敏度为Ф3，表面进行磁粉探伤。UT探伤的位置是立柱的两个端面及滑板表面，但在实际探伤过程中，铸件所有的表面（包括内表面）都进行了超声探伤。
2 铸造难点
立柱外观结构虽然简单，但是尺寸非常大，长度9980mm，编制工艺时缩尺及加工量都很难确定，以往也没有生产这样的铸件经验；铸件中间的砂芯长度几乎和铸件长度一样，芯盒的制作难度非常大，芯盒强度很难保证；制作砂芯时受生产条件所限，混砂机无法一次提供全部所需砂子，需要混制两次，这样势必造成砂子分层，增加钻钢及芯子损坏的风险，砂芯强度也无法保证。
3 铸造工艺设计
为保证铸件表面质量，防止出现粘砂等铸造缺陷，立柱造型材料采用先进的呋喃树脂砂。为保证铸件的完整性，设计了从铸件的四个面进行浇注。为保证中间型腔尺寸准确及芯子下沉，工艺采用整体芯子，下部用硬顶子支撑，上部用钢轨顶到压铁上。为保证铸件的内部质量，建立三维模型（见图1），包括铸件、冷铁、冒口，采用数值模拟技术对铸件进行了模拟（见图2）。
图1 立柱铸造三维模型
图2 立柱铸造数值模拟（缩孔）
3.1 浇注系统
浇注系统共分两层，每一层都设置在长度方向的两侧，内水口均为Ф80mm，每层各20道。直浇道、横浇道为Ф140mm的陶瓷管。浇注系统的截面比：Σ直：Σ横：Σ内=1：1：2.1。浇注时采用四个Ф90包孔进行全流浇注，不点浇也不补浇，浇注过程一次完成，浇注时间：312s。
3.2 冒口放置
如图2所示：铸件共计12个冒口，同时在每个冒口下方放置补贴以对立柱下部补缩。冒口延续度达到了59%，充分满足铸件的补缩和排气要求。
3.3 造型生产
由于产品的尺寸太大，没有合适的砂箱，所以采用地坑组芯造型。整个铸型由21块芯子组成，完成内形和外形的构造（内水口是预埋在芯子里的），其中中间砂芯采用整体芯盒撞制，制作砂芯时控制好树脂与酸的配比，使其反应时间延长，保证两次混好的树脂砂不分层。横水口和直水口是后卧放的。每层芯子之间排气是通畅的，造芯过程中将气道做好，保证排气通畅，确保浇注的顺利进行，有效防止安全事故的发生。浇注结束后为防止铸件变形，开裂，毛坯在坑中保温15天后打箱。
3.4 浇注工艺
浇注温度为：1561℃，共两个浇包，由于两包先后过跨，所以控制两包钢水温差在10℃范围内。
3.5 性能检测（见表1）
表1 性能检测结果
从上表中可以看出，各项性能指标均符合设计要求。
3.6 探伤结果
如图1所示：设计要求立柱的两个端面UT探伤，探伤采用直探头，起始灵敏度为Ф3。立柱壁厚为200mm-300mm，探伤结果没有超标缺陷。随后中国一重对生产的两个立柱进行了100%UT探伤，探伤结果非常理想，均无任何超标缺陷。探伤结果也再次证明了数值模拟结果的准确性以及工艺设计的合理性。
4 结束语
4.1 一对立柱均已经生产完毕，打箱后外形完整，没有粘砂，冒口割除之后无缩孔缩松。
4.2 经过精整后，毛坯的尺寸经测量为10070mm，和工艺所给的加工量完全符合，这说明铸造时给的缩尺是准确无误的。内部UT探伤零缺陷，一次合格。
4.3 钢水要严格控制其温度，含氧量，含氢量，有条件时可以采用VD精炼来保证钢水的纯净度。
4.4 对于大型的厚壁铸件，工艺设计时要充分考虑到壁厚，使壁厚的部位位于铸件上部；合理安排好冒口的数量、位置及尺寸；水口要保证充分开放；排气及疏松层要合理布置，使砂芯不但有足够的强度，而且还要有相应的退让性；利用数值模拟技术进行模拟，保证产品质量的同时能够极大的节约钢水，提高收得率。
参考文献
[1]中国第一重型机械股份公司技术中心.铸钢件工艺设计规范[S].
[2]铸造工艺学[M].北京：机械工业出版社.
[3]铸造合金及其熔炼[M].北京：机械工业出版社.