郑策
摘 要：对轮毂铸钢件的结构及铸造工艺性进行综合分析，针对其壁厚不均匀，易产生缩孔缩松、其砂芯阻碍收缩产生铸造应力易产生裂纹的现象，通过采用加粗加高冒口及加高效覆盖剂、人为增设补缩通道、内浇道切线进入型腔等工艺措施，有效地防止了裂纹和缩孔缩松的产生，所生产的铸件MT、UT探伤合格。
关键词：轮毂；缩孔缩松；裂纹；补贴；凝固模拟
1 铸件简介
轮毂外形及结构如图1所示，铸件净重3.9吨，最大外形尺寸为Φ1460mm×814mm，材质为ZG 270-500。尺寸公差满足GB/T1804-m级要求，UT、MT满足JB/T5000.14-1998的II级要求。
2 铸造工艺
2.1 铸造工艺性分析
如图2所示，该铸件两端厚大，中间窄薄，类似于一个“哑铃”，两个热节区由很窄的补缩通道相连，这样就很容易造成下部补缩不足而出现缩孔缩松，最终导致探伤不合格。因此，如何消除铸件的补缩不足是工艺设计的关键。
2.2 冒口的设计
为保证热节处组织致密，符合探伤要求，首先冒口必须有足够大的补缩能力，其次确保有畅通的补缩通道。选择补缩能力较好的圆形明冒口，根据砂型模数法，M冒≧1.2M件，计算出冒口尺寸为Φ500mm×750mm，周向3个均布，满足最大补缩距离，可实现冒口内钢液对铸件最后凝固部位的补缩。
2.3 冷铁的设置
为最大限度减少热节，在热节二区周围放置明冷铁：1#（长）100×（宽）150×（厚）100，间距100，共22块；2#（长）100×（宽）250×（厚）100，间距100，共10块。如图2所示。
2.4 补贴
由于该铸件结构特殊，热节二区与热节一区仅由很窄的通道相连，而且中间圆筒处的凹槽更是给补缩通道形成“卡脖”，这样一来，造成冒口对热节二区部位的补缩在垂直方向的距离不够，故在热节二区与一区之间设置人为的补缩通道，形成由热节二区、通道、热节一区向冒口方向的顺序凝固。通过热节圆法计算，在冒口下面沿周向加冒口下随形补贴，其尺寸为高200mm，厚134mm，R80圆角过渡，见图4。
2.5 砂芯的设计
1#砂芯（轮毂中间砂芯）为对开两层，以利于出芯及放置冷铁。同时为防止1#轴孔芯在浇注过程中发生漂芯，采取大芯头工艺（芯头直径大于轴孔直径，见图3）。为增强砂芯在吊运过程中的整体强度，在芯子中部加放直径Φ120，厚8mm钢管制作的芯骨，在芯骨钢管上开排气孔，并在芯骨上缠通心绳沿芯头底部引出箱外，在底部将预留焊点与地面整体焊牢，砂芯中心放置干砂草绳，加强砂芯退让性，防止铸件受阻收缩产生裂纹的倾向。
2#、3#砂芯采取外围组芯形式，即把尺寸大且强度差的环形砂芯等分为六分之一的小块砂芯，这样还可节省制作芯盒的木料，降低生产成本。
3 计算机凝固模拟
计算机凝固模拟重点要解决轮毂铸钢件两个热节区易产生缩孔与缩松缺陷的问题。采用PRO-CAST对轮毂凝固过程中的温度场及缩松、缩孔进行模拟分析；对冒口大小与位置，冷铁设置的合理性进行验证。模拟结果显示：按上述的铸造工艺，能保证铸件顺序凝固，不会产生缩孔、缩松，结果参见图5、图6。
4 生产实践控制
4.1 工艺参数
造型采用碱酚醛树脂砂，此种方法生产周期短，效率高，铸件容易获得比较好的表面光洁度和尺寸精度，型砂配比为：（30%新砂+70%再生砂）、树脂占总量的1.6%，固化剂占树脂总量的30%-50%。混砂设备使用悬臂式混砂机。铸造收缩率为2.2%，砂芯间隙2mm，局部加5mm补正量。
4.2 造型
为防止铸件粘砂，在局部厚大部位覆15-20mm厚铬铁矿砂，之后再在砂芯型腔表面均匀喷涂3遍醇基锆英粉涂料，前后三次，分层点燃干燥固化。
在砂芯外围卧放耐火砖管浇注系统，内浇道选择底返切线形式进入型腔，达到排气集渣的最好效果。刮平地势，先放置1#芯，沿底部排气孔将排气绳引出地坑之外，芯缝填塞石棉绳，用涂料膏圆滑型腔所有不平表面，刷涂料。依次下2#、3#芯，检查铸件型腔尺寸，特殊部位使用下芯检查样板。待砂芯外围填充砂固化后，检查型腔内是否有落砂、浮砂。最后盖好盖芯，严防芯子错位，确保砂芯定位准确、各浇道位置对正，保证各冒口对正相应补贴，压好压铁以防止抬箱跑火。
4.3 浇注及清整
钢水使用电弧炉熔炼，钢液脱气要彻底，从熔炼环节防气孔的产生，浇注时待明冒口中钢液在三分之一高度后及时加高效覆盖剂，直置浇满为止，由专人维护冒口3小时不见红。铸件浇注后在地坑中保温时间达到规定时间后才能落砂出坑。
5 结束语
按上述工艺生产的轮毂铸件，经机加工后进行超声波探伤、磁粉探伤检查，铸件内部满足探伤要求，得到客户的好评。
