高强度厚大断面球墨铸铁花盘的铸造工艺设计过程。采用无冒口铸造工艺技术，数值模拟技术，专用石墨冷铁强制冷却工艺，快速充型技术，特殊制芯工艺，增强补缩效果的浇注系统，中频感应电炉熔炼工艺等关键工艺技术，成功生产出了优质铸件。
　　1．铸件特点和技术要求
　　重型数控4.5m卧式车床是我公司为一重集团自主研发的重点产品，其花盘是机床的关键件，由于铸钢件加工困难，缺陷多，所以选用了高强度球墨铸铁材质，铸件重40t，属厚大断面球墨铸铁件，结构尺寸如附图所示。铸件特点及技术要求如下。

（ａ）

（ｂ）

（ｃ）

　　花盘结构
　?。?）铸件材质QT600—3，机加后硬度要求不低于180HBW?；С煞?、力学性能、金相组织等各项技术指标要求非常严格，要求对附体试块进行各项指标的检验。
　　（2）平均壁厚185mm，铸件模数为7.81cm。要求进行超声波无损检测，内部组织不得有缩孔、缩松、气孔、夹渣和冷隔等缺陷。不得有尺寸、化学成分、力学性能不合格及裂纹缺陷，不能放置芯撑。外观和内腔不得有粘砂、绕曲变形缺陷。但这些缺陷正是厚大断面球墨铸铁件极易出现的。
　?。?）铸件重量大，尺寸大，壁厚大，因而熔炼浇注的技术难度大。
　　（4）在双层壁与单层壁结合处（见附图d），是铸件应力集中处，易导致铸件产生裂纹缺陷，给铸造带来很大难度。
　?。?） 铸件加工后要求做静平衡试验，因而对砂芯的尺寸一致性、分度和定位尺寸要求非常精确。
　　2. 铸造工艺设计
　　根据对铸件特点和技术要求的分析，确保工作台面的质量和铸件尺寸精度，方便下芯及砂芯固定，使各工序操作方便，依据厚大断面球墨铸铁件在凝固过程中石墨化膨胀，可有效自补缩的特点，同时配合使用专用石墨冷铁强制冷却，采用无冒口铸造工艺方案，两箱造型，铸造工艺如附图b所示，并使用华铸模拟软件进行了模拟。
　　（1）防止产生裂纹缺陷的措施  为防止铸件产生裂纹缺陷，在单层壁与双层壁结合处的每一个卡爪槽上端设置了3道防裂工艺拉筋，在砂芯上做出。打箱时铸件温度控制在100oC以下。打箱清砂后，马上进行消除应力退火，其保温时间和冷却时间适当延长，工艺拉筋由机加工切掉。
　?。?）主要工艺参数、砂芯设计、砂种及涂料  制作Ⅰ级木模，芯盒强度好，尺寸精确。缩尺10‰，加工余量：分型面处+25mm，侧面+15mm，主轴孔及卡爪槽+15mm。起模斜度 5mm，砂芯间隙2mm，分型负数－4mm。铸造圆角R15mm。设计了6个卡板，测量砂芯的尺寸精度、分度及定位尺寸。砂箱吃砂量400mm，合箱后用M48螺栓紧固砂箱，并在中间捆一道龙门压梁，以确保砂型刚度。设计了17块砂芯，2#～9#砂芯与下箱把合牢固，10#～17#砂芯与上箱把合牢固，因此不用放置芯撑。采用冷硬呋喃树脂自硬砂造型制芯，砂型24h强度不低于1.1MPa，选用醇基锆英粉快干涂料，型芯舂实，涂料均匀涂刷两遍。砂型强度高，刚度好，保证了无冒口铸造工艺对砂型的要求。根据型内测温，打箱时间为30天。
　　(3) 强制冷却工艺  为平衡壁厚差，控制凝固顺序，达到或接近均衡凝固，并参考数值模拟结果，采用专用石墨冷铁强制冷却工艺，消除因壁厚过大且不均匀带来的热节效应，即可防止厚大断面心部产生缩孔、缩松缺陷，又可使石墨化膨胀提前发生，增强自补缩效果，共设计了12种专用随形石墨冷铁。
　?。?）制芯工艺  全部砂芯采用特殊制芯工艺，焊制了专用芯骨，在专用石墨冷铁上做出M12螺孔，拧上螺丝杆，在芯盒中固定好位置后与芯骨焊接牢固，再填上砂子舂实，以保证石墨冷铁位置准确和砂芯的尺寸精度。石墨冷铁覆盖面积达铸件散热面积的95%以上。石墨冷铁可以重复使用4次。
　　3．浇注系统和冒口的设计
　　根据铸件特点，采用大孔出流理论，铁液大流量快速平稳充型，铸型温度场均匀，设置3层阶梯式内浇道，环形横浇道，避免铁液在型内发生旋转、扰动，使铁液尽快静止，以便尽早发生石墨化膨胀，提高自补缩效果，两台浇包浇注，最上层内浇道距分型面50mm，以便补浇时能很好地补充铁液的液态收缩，浇注重量 。
　?。?） 浇注时间 的计算  取系数 ，最小壁厚δ＝60mm
　　（2）平均压力头Hp的计算  以直浇道下口为阻流截面。
　　Hp＝H0－(p2/2C)＝60－(02/2×735)＝60cm
　　式中：H0 — 阻流截面以上的压力头（cm）；
　　p —  阻流截面以上的型腔高度（cm）；
　　C —  铸件型腔总高度（cm ）。
　　（3）计算阻流截面积   取流量系数 。μ＝0.5
　　ΣF阻＝G/(0.31μt Hp )＝44000/(0.31×0.5×159×60)＝230.5(cm2)
　　（4）计算各组元截面积  采用半封闭式浇注系统，确定各组元截面积比为ΣF直：ΣF横：ΣF方直：ΣF内 =1：2.5：2.2：2，浇注系统可充满，充型快速平稳，阻渣效果好。
　　ΣF横＝2.5×230.5＝576.25cm2
　　ΣF分直＝2.2×230.5＝507.1cm2
　　ΣF内＝2×230.5＝461cm2
　　共设置50个25mm 50mm直形明出气冒口，使用两个铁液容量为2t并设有阻渣闸板、浇口塞及定量瞬时孕育漏斗的浇口杯。
　　确定各参数后，经过再次数值模拟分析，确定了整个工艺方案是可行的。
　　4. 熔炼及浇注工艺
　?。?）根据铸件特点和技术要求，采取了加铜的合金化措施，操作简单方便，效果好，目标化学成分：wC=3.5%～3.6%、wSi=2.3%～2.5%、wMn=0.6%～0.7%、wP≤0.05%、wS<0.02%、wCu=0.6%～0.7%、wRE=0.04%、wMg=0.05%。
　?。?）使用两台20t中频感应电炉溶炼铁液，配有撒布浪斯NSP—6000型炉前快速成分分析仪，NSP—305MTX快速测温仪，OCS—XS(F3)无线传输电子吊秤，德国M20型直读光谱成分分析仪。
　　（3）强化原材料质量，原材料要求及加入量如附表所示。

　　球化剂、孕育剂使用前要烘干，严格控制化学成分。过热精炼温度1500oC，脱硫处理温度1420oC，球化处理温度1450oC。
　?。?）两台电炉同时球化处理，球化处理结束至浇注时间间隔不得超过6min，要扒净渣。开始浇注后打开瞬时孕育漏斗进行定量孕育，待浇口杯充满时拨开浇口塞，开始快速充型，在规定时间内充满，浇满后再补浇两次。 浇注温度（1330 10）℃。
　　结语
　　由于工艺上采取了关键得当的工艺措施，解决了各项技术难题，首件铸件铸造成功。经对附体试块的检验，化学成分、力学性能、金相组织都达到了技术要求，经超声波无损检测，内部组织致密无缺陷，说明工艺方案是合理的。截至目前先后为一重集团、中信重工、沈阳黎明集团、江阴真良机械、东电集团生产了5件，合格率达100%，铸件品质达到同类产品国际先进水平，使我公司生产此类厚大断面球墨铸铁件的技术水平得到了很大提高。