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数控车床床身铸件的铸造工艺改进

2016-9-1 来源：沈阳机床银丰铸造有限公司作者：李鹏明刘源王铸张文军

摘要：介绍了机床床身的铸件结构及技术要求，详细阐述了该件的原生产工艺：分型面选择在地脚面所在平面，铸件收缩率为1％，采用开放底返式浇注系统，直浇道采用4,75 mm耐火管，横浇道截面积为49．5 cm2，内浇道是5根咖30 mm耐火管，内浇道之间的距离为40 mm。生产结果显示：内浇道附近导轨局部表面有砂眼、粘砂等缺陷，清理困难。分析其原因后，通过更改内浇道位置，扩大内浇道与横浇道的距离，并采用双排横浇道，较好地消除了床身铸件导轨产生的砂眼、粘砂等缺陷，使铸件的出品率提高到89％以上。

关键词：灰铸铁；数控车床床身；导轨；工艺改进

随着数字技术的发展、普及和柔性化生产的需要，开始研制具有高精度、高效率、高自动化等优点的数控车床。它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势㈣。总体而言，数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成，床身是其组成部分的基础部件，铸件技术要求严格，不允许有气孔、砂眼、缩孔等铸造缺陷，铸件质量应符合JBn／T 3997标准，严格按照铸件验收技术条件验收㈣。

笔者公司生产的床身铸件形状结构复杂，材料牌号为HT300，最大轮廓尺寸1 745 mmx920minx741 mm，壁厚较厚处25 mm，壁厚较薄处18mln，平均壁厚20 mm，导轨处壁厚达41 mm，铸件质量1 265 kg，铸件结构如图1所示，其化学成分及力学性能如表1所示。

1、工艺难点分析

由于铸件为床身类零件，2条导轨处壁厚41mrfl，长度1 348 mm，宽度168 mm，内腔筋板壁厚较薄，最薄处18 mm，易产生缩孔、裂纹、浇不足等缺陷。导轨表面质量要求严格，不允许有气孔、砂眼、缩孔等铸造缺陷，铸件滑动导轨处硬度为190～255 HBW，铸件内腔筋板交叉处热节形成可能性较大，极易产生粘砂现象。如何设计合理的铸造工艺，减少铸件产生的缺陷，满足铸件内在和外在的技术要求，是床身铸件铸造生产中的难点。

2、铸造工艺设计

2.1分型面和浇注位置的选择

选择呋喃树脂砂手工木底板造型方法，考虑到铸件的使用要求和技术要求，铸件遵循顺序凝固的原则，确定选用上、下2箱造型方法，床身的导轨面是关键表面，不允许有砂眼、气孔、渣孔、裂纹和缩松等缺陷，而且要求组织致密、均匀，以保证硬度值在规定的范围内。床身导轨截面比较厚大，最佳浇注位置是导轨面朝下，分型面选择在地脚面所在平面，如图2所示。

2．2工艺参数的选择

分型负数选择2 mm，均放在下箱，其余未注间隙为1 mm，未注拔模斜度+2 mm，内腔筋板拔模斜度单侧+3 mm。

2．3浇注系统的设计

考虑到铸件壁厚较薄，为防止铸件浇不足和导轨表面出现砂眼等缺陷，设计成开放、底返式浇注系统，直浇道采用西75 mm耐火管，横浇道截面积为49．5 cm2，内浇道选用4,30 mm耐火管(5根)，浇注系统设计如图3所示。

3、生产质量的控制

3．1 模具制备

模具采用红松和多层板制作，保证铸件模具的整体强度和刚度，在吊运、起模过程中不得有任何变形，模具两侧做出起模装置，保证吊运起模的安全性，模具表面光洁度达到1级，表面刷油漆[61，铸造圆角从外模和芯盒做出，模具采用上、下2箱，分型负数2 mm，均在下箱。

3．2造型和制芯

造型时要注意上箱排气定位，保证型腔内排气顺畅，浇注系统采用专用陶瓷耐火管，摆放浇道要认真仔细，防止散砂进入浇注系统内。制芯过程中芯盒和附件要放置准确，以防起芯困难，出气棒放在出气定位凹槽内，共6处，芯头下部要放出气棒，防止浇注时排气不顺，导致铸件产生缺陷。

3．3铸型装配

铸型装配前要检查芯头、外型排气眼是否通畅，砂型是否清理干净，是否有漏涂涂料，下完芯后，芯吊要用新制树脂砂填补，并刷2遍锆英粉涂料，点火烘干后，再次检查尺寸形状是否符合图纸，浇冒口系统内和型腔内是否干净，芯头间隙是否填严，防止铁液钻入或者跑火。在下箱箱口处围一圈石棉绳和一圈耐火泥，压上纸条检查尺寸，确定合格后再合箱，箱口用型砂塞紧，防止浇注跑火，然后放好浇口盆准备浇注15]。

4、生产结果

经过实际生产首件验证，使用原工艺生产的铸件，铸件导轨大部分表面质量良好，铸件组织致密，力学性能和化学成分均达到技术要求。但在内浇道附近导轨局部表面有砂眼、粘砂等缺陷，清理困难，使后续加工环节困难增大。5工艺改进及效果

5．1 工艺改进

导轨表面粘砂的主要原因是内浇道分布比较集中，容易引起过热，造成铸件粘砂，为此将内浇道之间的距离从原来的40 mm改为150 mm、170 mm。改进后的新工艺如图4所示，内浇道开设位置和数量按照顺序凝固和补缩原则来确定，因此将内浇道开设在厚壁处(导轨端面处)，使铸件厚大部分得到较充分地补缩，避免出现缩孔、缩松等铸造缺陷。

内浇道适当远离横浇道可减小铸件的铸造应力和变形，为此，新工艺采用双横浇道，目的是控制金属液充填铸型的速度及充满铸型所需的时间，使金属液平稳均匀、连续地充满型腔，阻止熔渣、气体以及砂粒、金属氧化物等随金属液进入型腔，使金属液有合适的上升速度，使铸件进行顺序凝固。

据资料分析㈣，铁液中对应直径1 mm的渣团，其悬浮速度为0．37 m／s，相当于0．25 kg／cmz·S的比流量，该值比实际应用的最小比流量0．35kg／cm2·S还小。因此，要在横浇道内捕获更小的渣团，需要更低的流速和更大的横浇道截面积，将横浇道截面积扩大、做高，如F横／F内=2～4，但横浇道太大会浪费金属，故采用双排横浇道，工艺如图5所示。