老陆第60期铸造炉工培训，1月10号红酒濮阳举行，报名电话：15893249819
( 天地上海采掘装备科技有限公司，上海201401)
关键词：铸造；采煤机；缺陷；模拟；浇注
若铸造工艺流程不合理，会导致铸件壳体的局部热节增多。为了保证铸件内部组织的致密性，有效防止壳体厚大部位出现疏松、缩孔等铸造缺陷，需要确保由铸件本体向各冒口的凝固顺序，生产出的壳体还需对内腔进行水压试验，防止铸件在使用过程中出现渗漏现象。
由于该型号壳体生产量小，外观质量要求较高,确定采用手工造型、制芯的方法，根据其结构特点，整体采用实样模与组芯结合的砂箱造型铸造方式，树脂砂铸型的退让性较好，可使铸件的收缩率增大，故外模及泥芯全部采用树脂砂,关键部位泥芯、铸件圆角处及易产生粘砂部位采用铬铁矿砂材料。
根据铸件整体为箱体框架结构的特点，决定采用竖浇方式，虽然电机筒泥芯与减速器泥芯易固定、不易产生泥芯上浮,但其余泥芯固定困难，因此这种造型方案难以保证铸件精度，而且分型面增多，会导致砂型高度增加，给造型、浇注操作带来困难。
考虑到铸件厚大部位的补缩，可采用水平浇方式，分型面以电机筒轴孔中心水平方向对称分型，有利于胃口的设置，提高胃口的补缩效率，实现顺序凝固，还可消除缩孔、疏松，保证获得致密的铸件。
(1) 拔模斜度
为了方便起模（或从芯盒内取出泥芯），要把铸模的垂直壁做成向分型面扩大的斜度。铸件要加工的面一般采用增加铸件壁厚的方法。根据铸件的结构和图纸设计要求，设计摇臂壳体的拔模斜度α=1.50°。
(2) 芯头尺寸设计
芯头是支撑和固定泥芯的工艺措施。要使泥芯工作可靠，就需使芯头有合适的尺寸。
① 芯头长度 泥芯要受到重力和金属液的冲击力和浮力作用，为了保证泥芯位置的稳固，避免芯座被压坏，芯头要有足够的长度，但芯头尺寸过大会使砂型尺寸变大，芯头长度一般根据泥芯的长度和截面尺寸来确定。根据铸件结构的特点及生产工艺装备情况，设置摇臂壳体泥芯头长度：行星头部位泥芯头长度尺寸煤壁侧为350 mm、采空侧为300 mm、一轴与三轴泥芯头尺寸为250 mm、煤壁侧四轴至七轴位置泥芯头长度为550 mm、电机筒孔口位置泥芯头尺寸250 mm、采空侧大平面位置泥芯头尺寸为 400 mm。
② 芯头斜度 为了避免下芯和合箱时碰坏砂型，芯头要有斜度，垂直芯头的上芯头应比下芯头的斜度稍大些，以便于合箱，芯头拔模斜度设计为3°。
③ 芯头间隙 芯头和芯座之间要有装配间隙，泥芯在制作、运输、烘干等过程的变形都会影响芯头的间隙。根据摇臂壳体铸件结构特点，结合实际经验，芯头间隙设计为4 mm。
(3) 加工余量的预留
加工余量应当合理选定，加工余量过大,会增加材料费及机械加工成本，有时还会因截面过厚，热节增大，使铸件晶粒粗大，导致缩孔或疏松；而加工余量过小，会导致切削余量不足，需要补焊甚至报废。经过试制试棒，最终确定铸件的加工余量为上、下平面各15 mm,两侧面各15 mm,轴孔18 mm。
由于壳体结构复杂，为了有效避免夹砂、结疤、皱皮、冷隔、浇不足等缺陷的产生，需要有足够的浇注温度和充型速度才能获得轮廓清晰的铸件，为保证浇注系统充型平稳，避免紊流、吸入气体、金属液进人型腔时速度过高等问题，决定采用底注式浇注系统，使金属液充型平稳，有利于铸件的凝固或补缩。为防止出现冲砂，浇注系统全部采用陶瓷管制作。
利用计算机模拟软件对铸件进行热节分析，根据模拟结果，对补缩区域进行初步划分，每个补缩区域对应一个冒口。通过冒口补缩部位的热节大小确定冒口的模数，最后通过模拟软件进行分析，再进一步细化模拟将冒口的尺寸降到最小，胃口位置布置图如图2所示，深色部分为冒口，共设置9个，行星头部及电机筒处选用木制方形明冒口，尺寸为850 mmx500 mmxl 000 mm,摇臂上平面布置2个φ>320 mmx415 mm 暗冒口、1个220 mmx330 mmx285 mm 暗冒口、1个 260 mmx390 mmx340 mm 暗冒口、1个φ260 mmx310 mm 暗冒口、1个280 mmx420 mmx365 mm暗冒口，为了在电机筒内腔延长冒口补缩距离，增加明冒口φ400 mm。
按照上述位置布置冒口后，铸造方案模拟图如图3所示,通过图3可知冒口附近区域的缩孔、疏松缺陷可以得到解决，但壳体轴孔及底部远离冒口部位依然存在疏松缺陷。
单纯依靠冒口补缩会有盲区，这就需要采用外冷铁来提高冒口的补缩距离。
根据铸件结构，为了扩大冒口补缩距离、减少冒口数目、使冒口的补缩通道更畅通、减少补缩盲区，需合理地设置外冷铁，才能防止在冒口难于补缩的部位出现缩孔、疏松缺陷，杜绝在壁厚急剧变化部位产生裂纹及缺陷，改善铸件局部的金相组织和力学性能。
增加冷铁后的铸造工艺方案图如图4所示，深色部分为冷铁。在壳体电机筒下箱平面上设置50 块尺寸为220 mmx100 mmx100 mm外冷铁，以防止电机筒内产生疏松；在壳体一轴端面设置4块尺寸为200 mmx100 mmx100 mm外冷铁，用以提高轴孔内部致密度，防止产生疏松缺陷；在摇臂壳体底部水道附近设置20块200 mmx100 mmx100 mm的外冷铁，防止产生疏松;在摇臂行星头下箱底部设置3块400 mmx200 mmx100 mm外冷铁，防止行星头部产生铸造缺陷。
矿机械，2011,32(10):64-65.
