1、大型球鐵件HDBT410核電行星架的鑄造工藝劉文川1向敬成21. 西南內燃機配件總廠（四川南充 637100） 2. 四川省南充市技工學校(四川南充 637000）摘要:簡述了大型球鐵件核電調速器HDBT410行星架鑄造生產過程中出現的縮孔(松)缺陷的原鑄造工藝生產狀態，分析了其兩種原鑄造工藝形成縮孔縮松缺陷的成因；介紹了壓邊澆冒口鑄造工藝消除該類縮孔縮松缺陷所采用的主要工藝措施和方法：澆注系統的優化設計、冒口系統的改進、冷鐵的優化設置、澆注工藝的改進等措施；使所生產的該大型球鐵件核電調速器行星架有效地消除了縮孔縮松缺陷。關鍵詞：大型球鐵件 行星架 鑄造 縮孔 縮松 工藝措施眾所周知，大型球鐵

2、件砂型鑄造易出現縮孔(松)缺陷是行業共知技術難題，也是鑄造工作者長期研究的重要型課題之一。本文討論的圖1所示大型球鐵件HDBT410核電調速器行星架，是國外內近十多年來生產量較大的核電行星架的一個典型代表件，也是鑄造技術難度較大的核電行星架之一。其主要結構特點為：鑄件輪廓尺寸為：1240X660mm、主要壁厚110118mm、材質為QT700-2、鑄件重量G件2300Kg。目前國內外已有較多工廠生產該類行星架，但據我們知道的情況看，尚有較多的公司或工廠鑄造該類球鐵件易出現縮孔縮松類鑄造缺陷的不良狀態。在生產實踐中，我們經過對該行星架原鑄造工藝縮孔(松)缺陷的成因分析，和在新工藝中采用一些有效的

3、消除其縮(松)孔缺陷的措施后，克服了該類大型球墨鑄鐵件的縮孔(松)缺陷，獲得了良好技術經濟效果，在此對其主要新舊工藝主要特點方面作一簡單總結和介紹，供同行參考。 圖1HDBT410核電調速器行星架結構簡圖1 原鑄造工藝生產狀態圖1所示核電行星架的鑄造生產方式主要是：水玻璃砂造型、制芯，鉻鐵礦砂制作特異小型砂芯，一型一件，大量設置冷鐵、工頻爐熔煉鐵液的生產方式。在其用圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案鑄造生產的階段，共澆鑄了近十件，其在鑄件澆注位置頂面的圖2所示的A、B、C、D、E、F、G、H八個熱節處間或出現縮孔縮松缺陷。其AH處出現縮孔(松)缺陷分為兩種情況：其第一種情況是，前期的圖2所示原鑄

4、造工藝在其AH處未設置圖3中所示的8個160X400mm的“補縮”冒口屬于無冒口鑄造工藝方案，其縮孔缺陷則在AH處的表面下3090mm處產生嚴重的縮孔、縮松缺陷；其第二種情況是，于圖2所示工藝方案的基礎上在其AH處設置了圖3中所示的8個160X400mm的“補縮”冒口，即形成了圖3所示的大冒口鑄造工藝方案，該工藝則在AH八個的冒口頸處間或產生縮孔缺陷。圖2 HDBT410核電行星架的無冒口鑄造工藝簡圖圖3 HDBT410核電行星架的大冒口鑄造工藝簡圖2 原工藝方案縮孔缺陷的成因分析分析研究圖2、圖3所示的兩種原鑄造工藝方案，該核電行星架相應熱節處易產生或間或產生縮孔、縮松缺陷，其缺陷的成因主要

5、表現在以下兩個方面。2.1 無冒口鑄造方案缺陷成因分析圖2所示的無冒口鑄造工藝方案易(在其AH處)產生縮孔(松)缺陷，經過我們分析研究后認為，其主要原因是圖2所示的無冒口工藝方案：一方面、其無冒口(即無適宜的高溫鐵液)便難以對圖1所示行星架類大型球鐵件的鐵液冷卻收縮進行“有效”補縮；其二、圖2所示原鑄造工藝方案的階梯式澆注系統進液位置狀態是：其上層內澆道僅布置在該鑄件上法蘭1240mm圓周上的三分之一周長上、其下層內澆道也僅布置在該鑄件下法蘭1240mm圓周上的三分之一周長上，該進液狀態使得其鐵液在其型腔內的鐵液溫度分布很不“均勻”、難以達到其有“規律”地有利于對下層鐵液冷凝補縮的上高下低之良

6、性狀態的溫度場。由此，該兩個原因便易使其在該鑄件的AH熱節處的表皮下3090mm處產生縮孔、縮松缺陷。2.2 大冒口鑄造方案缺陷成因分析圖3所示的大冒口鑄造工藝方案在AH處的8個160X400mm的冒口頸處“間或”產生縮孔缺陷。經過我們研究分析后認為，其主要原因是圖3所示的大冒口鑄造工藝方案：一方面、其“大冒口”使該行星架的AH結構熱節變成了更大的接觸熱節(工藝熱節) 1；其二、圖3所示原鑄造工藝方案的階梯式澆注系統進液位置狀態沿用了圖2所示工藝的進液方案,其鐵液在其型腔內的鐵液溫度分布仍是很不“均衡”的溫度場，即難以達到其有規律的（均衡的）利于對下層鐵液冷卻補縮的上高下低之良性溫度場狀態。由

7、此，該兩個主要原因便會使該行星架鑄件在AH八處熱節的冒口頸處“間或”地產生較為嚴重的縮孔缺陷。3 壓邊澆冒口鑄造工藝的特點 經過對圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案的縮孔(松)缺陷成因分析研究后，我們采用了圖4所示的澆口冒口合一的壓邊澆冒口鑄造工藝方案，經生產實踐表明，圖4所示的鑄造工藝有效地克服了該行星架缺陷（AH處）的縮孔(松)缺陷。經過我們總結分析后、認為圖4所示的鑄造工藝方案比之于圖2、圖3所示的原兩種鑄造工藝方案的優化和改進的措施主要有以下幾個方面。3.1澆注系統的優化設計3.1.1 頂注式進液方式圖4所示的澆口及冒口合一的壓邊澆冒口鑄造工藝方案，其澆注系統進液方式的主要特點是：采用了

8、頂注式進液澆注系統、以及在鐵液澆滿整個鑄件最高面后鐵液再從該主澆口對側的冒口澆注，以實現其分層進液的澆注方式2.3 。該進液方式,能使鐵液在其型腔內形成均衡的鐵液溫度分布場，即能達到其有規律的、均衡的有利于對下層鐵液冷凝補縮的上高下低之良性溫度場。圖4 HDBT410核電行星架的壓邊澆冒口鑄造工藝簡圖3.1.2有效澆注時間的合理確定圖4所示的大型球鐵件核電行星架鑄造工藝方案，采用了有效澆注時間4的新理論指導設計其澆注系統過程中的澆注時間重要工藝參數。其鑄件的有效澆注時間指的是金屬液開始進入型腔至充滿鑄件最高輪廓為止的時間（而金屬液完成有效澆注時間后至充滿整個型腔的過程所用的時間則稱為吊補澆注時

9、間）4 。圖4所示的大型球墨鑄鐵件風電行星架的有效澆注時間按式（1）確定。 （1）(1)式中，t為鑄件的有效澆注時間，s（秒） f-材質系數，球鐵件f=0.60.8（灰鑄鐵件f1.0）G件為鑄件凈重總量，（不包括澆冒口重），kg為鑄件的主要壁厚（一般指最薄壁厚），mmn為澆注系統的組數(或澆包個數）、平板類件及拔塞澆口等相當于使其增加一個自然數。 將該行星架相關自身參數G件和及材質系數f（取0.8）等帶入式（1），確定該鑄件的有效澆注時間為68秒。3.1.3 澆注系統最小截面積的合理確定圖4所示的大型球鐵件核電行星架的鑄造工藝，采用了式（2）5來指導其澆注系統最小截面積F阻的設計計算。F阻=

10、（2）式中,F阻 非拔塞式澆注系統最小截面積，2 鑄件材質密度，/3，球墨鑄鐵通常取0.0073/3g 重力加速度，980/s2 材質指數，球墨鑄鐵為0.23（灰鑄鐵為0.24） 鑄件有效澆注時間，s， 按式（1）求得m拔塞澆口修正指數，澆注系統為拔塞（柱）澆口方式者m=1，為非拔塞澆口方式者m=0.將該行星架相關自身參數G件和及材質指數（取0.23）等帶入式（2），確定該鑄件的澆注系統最小截面積F阻為35.852。3.1.4 澆注系統的擋渣結構的優化 圖4所示的大型球鐵件核電行星架的鑄造工藝方案，其澆注系統結構比之于圖2、圖3所示的兩種原鑄造工藝方案，還改進和優化了其澆注系統的擋渣結構。其主

11、要結構特點是采用了封閉開放封閉的結構型式：F直：F阻：F橫：F內：=(1.251.3) ：1：(1.52.0)：0.9；并在澆注系統中的橫澆道部位，設置了纖維過濾網，橫澆道選用兩側分流鐵液，并各設置了一處纖維過濾網后再分流為上下兩層階梯式進液結構 。該澆注系統結構能有效地控制鐵液進入型腔的速度和其均衡型腔，并能較好地對鐵液進行過濾和凈化。3.2 冒口系統的改進 圖4所示的大型球鐵件核電行星架的鑄造工藝方案，其冒口系統結構比之于圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案，其冒口系統的主要結構特點主要是采用了壓邊冒口及其澆注系統通過壓邊冒口進液的“澆冒合一”結構型式，以及壓邊冒口各適宜的壓邊縫隙設計；再加之

12、其金屬液完成有效澆注時間后，再至充滿整個型腔的過程所用的鐵液則改為高溫鐵液從冒口吊補澆注的澆注方案，從而其壓邊冒口系統有效地發揮了對鐵液冷凝補縮作用。 3.3 冷鐵的優化設置 圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案，其冷鐵設置的主要特點是：其一、對于鑄件上下兩層圓盤型結構、冷鐵基本覆蓋了其下表面，其二、對于連接鑄件上下圓盤的三個腿腳結構其冷鐵基本覆蓋了其外表面；而圖4所示的鑄造工藝方案，其冷鐵的設置比之于圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案，作了如下優化和改進：其一、在上下大法蘭的各三個直徑208mm和238mm (厚度110118mm)軸承座孔處也設置了冷鐵, 其二、取消了在澆注系統的進液口處壓邊澆(

13、冒)口的有效補縮區域的冷鐵。由此，既能充分地發揮冷鐵對厚大球鐵件的快速冷凝作用和又能有效的發揮對冒口的增益作用。3.4 澆注工藝的改進圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案，其澆注工藝的主要特點是：其一、只有一組進液系統，其二、鐵液的澆注溫度偏高（13601390oC），其三、一次性從唯一的一組進液系統完成全部澆注工作全過程。而圖4所示的壓邊澆冒口鑄造工藝方案，其澆注工藝比之于圖2、圖3所示兩種原鑄造工藝方案，作了如下優化和改進：其一、兩組進液系統（結構）；其二、分層澆注第一組為主澆注系統、采用了有效澆注時間理論4指導其鐵液進液至鑄件的最高位置后終至壓邊冒口高度的三分之一至二分之一處而停止澆注；余下

14、冒口部分的鐵液改由主澆口對角處的冒口進行吊補澆注，實現其簡單的分層澆注；其三、鐵液的澆注溫度適宜、主澆注系統的鐵液澆注溫度為13201350oC，吊補澆注鐵液的澆注溫度為13501380oC。由此形成均衡的溫度場及其上高下低的溫度梯度，能使上層的較高溫度的鐵液有效地對下層的較低溫度的鐵液的冷凝進行補縮，而更高溫度的冒口鐵液能有效地補縮型腔上部的鐵液。4 結束語生產實踐表明，我們對該大型球鐵件核電行星架縮孔縮松缺陷的上述成因分析是正確的；采用圖4所示的壓邊澆冒口的鑄造工藝方案，及其上述消除縮孔縮松缺陷的措施也是合理的，其有效地克服了該鑄件所出現的上述縮孔縮松缺陷。使鑄造生產該鑄件的企業獲得了良好技術經濟效果。參考文獻1、魏兵 鑄造術語解釋J.鑄造技術，1984（4）2、崔希文 M224內圓磨床床身鑄件的雙層澆注J.鑄造，2009（9）：9629643、尋孝荃 高大機床鑄鐵件澆注系統的分層處理J.鑄造，1991（7）：34364、劉文川 賴小平 祝舉章等 適用范圍寬的鑄件有效澆注時間計算公式J.鑄造技術,2000(5)：375、劉文川 王興平 向敬成等 適用范圍寬的鑄件澆注系統最小截面積計算公式J.鑄造，2000（10）：作者簡介：劉文川（1963），男（漢族），四川省蓬溪縣