关键词：辊齿；ProCAST；铸钢件；高硬度
本研究中的产品是为国外客户定制的。客户在与笔者公司合作之前，先找了国内另一家铸造企业，连续试制3 件都因为型芯错位、浇注漏钢液等原因而失败。笔者公司技术团队经过严密的技术质量策划，一次试制成功。以下就棍齿铸件的工艺设计优化、高硬度的满足，以及生产过程中齿形精度保证、尺寸精度保证、浇注防胀防漏等控制经验进行交流。
（1）由于辊身无法实施UT 检查，客户先要通过检查铸造工艺的CAE 模拟结果来为产品内在质量提供保障。此外，对铸件周身进行磁粉探伤，按GB/T 9444-2019《铸钢铸铁件 磁粉检测》的2 级验收。
（2）力学性能要求铸件本体的硬度不低于400 HBW。
（3）尺寸公差按GB/T 6414-2017《铸件尺寸公差、几何公差与机械加工余量》CT12 级执行，用客户提供的样板检验齿位尺寸，要求864 个齿全部能一次性通过样板检查。
（1）铸件结构复杂，见图1，热节分散，补缩困难大。
（2）铸件本体硬度要求高，对成分控制和热处理工艺的设计要有针对性措施。
（1）铸件顶部设置3 个发热冒口，保证补缩效果。
（2）浇注系统采用缓冲式阶梯浇口，横浇道五层，内浇口为变径缝隙砖每层四道，内浇口对应处放置外冷铁进行激冷，见图2，防止内浇口交接处出现缩孔缺陷。
（3）辊齿毛重2 500 kg，浇注质量3 200 kg，工艺出品率为78.1%。
（4）浇满后往每个冒口投入发热覆盖剂2.5 kg 且覆盖均匀。
采用ProCAST 铸造模拟软件进行凝固模拟，从模拟的凝固过程来看，未出现较大的孤立液相，达到了同时凝固的要求。从缩孔缩松的分析情况来看，出现较少小当量直径的缩松，当量直径不大于ϕ5 mm，满足技术要求。凝固模拟结果如图3 所示。
由于辊齿铸钢件的硬度要求高，且工作环境复杂，所以从工艺上对化学成分的范围作了更严格的控制[1]：
（1）Cr 在钢中具有提高钢的强度、硬度和耐磨性、淬透性等作用，因此把Cr 的含量按中上限来控制，在1.6%~2.0%。
（2）Ni 在钢中具有提高钢的强度而不降低其塑性、改善钢的低温韧性、提高钢的淬透性等作用，因此把Ni 的含量按中上限控制，在3.6%~4.0%。
（3）Mo 在钢中具有提高钢的强度和硬度、淬透性等作用，因此把Mo的含量按中上限控制，在0.4%~0.5%。
（4）Mn 在钢中具有提高钢的强度、硬度和耐磨性、淬透性等作用，因此把Mn 的含量按中上限控制，在1.1%~1.2%。
（5）Si 在钢中具有提高钢的强度和硬度、淬透性、耐蚀性、耐热性等作用，因此把Si 的含量按中上限控制，在0.3%~0.4%。
常规正火+ 回火热处理是无法满足产品高硬度的要求的，而调质处理不仅成本高，且这种结构的产品极易产生热处理变形及开裂，质量风险较高。笔者公司采取了正火后快速出炉、吹强风、喷雾的方法，达到了客户要求的力学性能。具体热处理工艺如图4 所示。
（1）芯盒均采用铁架型板，以增加芯盒的刚度和强度，防止泥芯变形。
（2）芯盒内齿位尺寸精准，且要保证齿位拆活活块设置合理，保证起模顺利，不损坏齿型，如图5 所示。
（3）制作模具时，严格按工艺来检验模具的尺寸。
（1）型芯采用宝珠呋喃树脂砂；按照工艺在实样、芯盒上放置成形外冷铁，外冷铁的位置、数量、尺寸应准确。
（2）浇口砖安放要细致；当外围两个半圆泥芯组合在一起后，应将芯骨牢固焊连在一起，这是防胀防漏的关键。
（3）砂型和泥芯刷涂醇基涂料2 遍，刷后进行检查，保证涂刷质量，尤其是齿位的涂料涂刷要均匀、不堆积。
（4）配模控制，砂芯按尺寸放置到位后，在砂芯背部用扁钢顶至箱带防胀。
（5）合箱前检查型腔，抽净浮砂和杂物，浇注前也要检查型腔是否干净。
浇注温度为1 560 ℃，开浇速度适中，以便利于杂质的上浮，齿位能更好地充型，后期要慢浇以防止冒口假满。
辊齿的成功开发，是一个成功的工艺技术创新，对笔者公司拓展出口经营市场起到了积极的作用。在该产品的试制生产过程形成了以下经验积累：
（1）铸造工艺方面：应用同时凝固原则，经过缜密的工艺策划和ProCAST 模拟优化，在不损失工艺出品率的情况下满足了产品苛刻的质量要求。
（2）硬度及特殊力学性能控制：通过对合金Cr、Ni、Mn、Mo 等元素含量的精准控制来保证铸件的机械强度；通过特定热处理工艺如快速出炉、强风、喷雾等的控制来提升铸件硬度。
（3）尺寸控制方面：形成了一套应对复杂影响因素的、全过程控制产品尺寸的有效方法。
