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(太原重工铸锻件分公司，山西 太原 030024)
船用铸件是我公司铸造类的重点产品，包括挂舵臂、艉球、上铸件、下铸件、后尾轴架、锚唇等。对于船用铸件，挂舵臂是轮船舵轴系船尾动力部分的重要部件,是支撑、吊挂舵结构的关键件，挂舵臂的性能和质量在船舶航运中起着非常重要的作用[1]。
挂舵臂铸件材料为G20Mn5，化学成分如表1 所示，机械性能如表2 所示。
（1）铸件最终热处理要求：正火+回火。挂舵臂本体试验料要求：240 mm×80 mm×40/50 mm 数量14个；以便满足自检及船级社共检需求。
（2）无损探伤：应符合德国劳士船级社GL 规范（2007 版）的要求；超声波探伤标准采用碳钢、低合金钢和马氏体不锈钢铸件超声波检验标准（ASTM A609）、船用铸钢件无损检测指南（IACS No69 ）和船级社规范。磁粉探伤标准采用磁粉检测标准（ASTM E709）、船用铸钢件无损检测指南（IACS No69 ）和船级社规范。
产品自检合格后，通知LG 船级社进行共检，共检内容：产品性能及探伤。
根据铸件结构特点分析铸造难点主要有以下几点:
（1）材质：GS20Mn5，化学成份、机械性能要求严格。其中尤其是S、P 含量要求很低，所以无论炼钢和热处理操作都难于控制。
（2）无损探伤检查，应符合德国劳士船级社GL 规范（2007 版）的要求。铸件表面要100%精整打磨，进行磁探，按GB 9444-88 标准三级验收。轴孔等重要部位要求超探分别达GB 7233-87 标准的二级和三级。最终由德国劳士船级社进行检测验收。
分型面是指两半铸型相互接触的表面[2]，主要是为了取出模样而设置的，从图1 的立体图可以看到，挂舵臂为左右对称结构，选择产品中分面为分型面，符合分型面选择的原则，也有利于保证铸件整体的质量。铸造工艺如图2 所示。
地坑造型通常适合生产单件小批量和轮廓尺寸较大、工艺毛重较重的铸件。加固型硬砂床有较高的承载能力和刚度，而且排气性也好，一般用于生产比较高、对底部压力大的特大型铸件[3]。挂舵臂铸件属于大型铸件，决定采用加固型硬砂床，模型种类：采用地坑组芯；芯盒种类：采用实样芯盒，进行生产，以保证产品的质量。
为了保证铸件整体轮廓的外形尺寸和表面质量，造型前确保芯盒表面质量良好，无破损缺失、活块定位准确等情况；并检测模型尺寸，防止产生形变。控制模型制作质量，且严格校验，务必完全满足工艺要求。
挂舵臂总共设计了11 个砂芯芯盒，外皮芯NO.1，NO.2，NO.4-9，孔芯NO.3 和NO.10、内腔芯NO.11。
冒口数量要根据铸件质量要求的等级及零件结构决定。一般厚壁铸件采用集中补缩，薄壁铸件采用分散补缩的原则来设计冒口。冒口的形状和尺寸要适应铸件的补缩要求，即尽量采用模数大、重量小，具有足够补缩钢液的冒口。优先采用补缩效率高的保温冒口，由于保温冒口材料的隔热效果比普通冒口好，延长冒口的凝固时间，提高补缩效率。根据铸件模数和凝固时间的关系，同一重量的普通冒口，球形冒口的模数最大，是最理想的冒口形状[4]。
本件根据其热节分散、壁厚较均匀情况，采用两轴孔上方1#圆冒口1 个（φ1 300×1 800）（mm），2#圆冒口1 个（φ1 200×1 800）（mm）,其余舵身部位3#圆冒口2 个（φ700×1 000）（mm），4#圆冒口1 个（φ600×1 000）（mm）,5#圆冒口4 个（φ500和4#冒口等高）（mm）分散补缩方案，冒口均采用保温冒口。（图3 挂舵臂铸造工艺图)
（1）铸钢件的线收缩率主要受到材质、结构、尺寸、造型材料、工艺，砂型紧实度及浇注温度等因素的影响，而且与铸件各部位在冷却过程中所产生的阻碍情况有密切关系[5]。根据实际检验，此件缩尺确定为：纵向2.0%，横向2.0%，高度方向2.0%，孔径为1.8%.
（2）铸件机械加工余量的选取参考JB/T 5000.6-2007 标准。此件的加工余量确定为：上端面35 mm，
侧端面30 mm，底端面30 mm，孔径35 mm。
（3）挂舵臂开档之间4 580 mm 尺寸难以控制，故设置断面尺寸：120 mm×120 mm 拉筋1 条。
为防止缩孔、缩松产生，满足探伤要求，对船件冒口不易补缩的下部热节处，均采用内、外冷铁进行调节，但尽量少用内冷铁。挂舵臂1#外冷铁150×150×高120（mm），两耳间排列共25 块，间距30，内冷铁只在两轴孔下部设置，促使铸件完成顺序凝固。
浇注系统是砂型中引导液体金属进入型腔的通道[6]。根据浇注系统应遵循的原则，本产品采用开放型、阶梯式浇注系统，4 道直浇道4-Φ120 mm ，2 层Φ120 mm 横浇道，内浇道每层布置了16 道Φ90mm 的浇道，保证钢水平稳、快速上升。（图4 挂舵臂铸造工艺图)
（1）木模芯盒要按图纸要求做出，尺寸准确、形状规则、结构合理、牢固可靠、圆角做出、油漆刷好，以优质模型来保证获得优质铸件。
（2）按技术协议要求，此件除轴孔和轴孔端面留加工余量外，其余尺寸均不留余量，但要进行磁探和超探；也就是说表面要进行打磨，故此件表面均加3 ㎜打磨余量。
（3）NO.3，NO.10 轴孔芯盒，一半做整体，另一半分2 段。
（4）芯盒内模型上用油漆标出所有活块、冒口、吊把位置。
（1）砂芯NO.1-11 全用石英砂，圆弧拐角处贴30～40 mm 厚铬铁矿砂，表面刷涂料2 遍。
（2）NO.11 芯的芯骨必须保证足够的钢度和强度。芯盒内绑好排子，吊在主芯骨上，中段顶芯卡处，要放外冷铁块，直接焊在芯骨上。
（3）所有芯盒在打芯前都要作认真检查，对好、锁紧以防止外涨、吊角。
（4）打芯时，要注意两层内浇口的高度和位置。
（5）固定芯子时，原则上不允许使用芯卡，若非用不可时，则必须使用专用螺纹芯卡。NO.11 芯的固定必须用，故要准备H=160 mm，柱粗φ80 mm 的专用螺纹芯卡4 个。
（6）扣好箱、埋压好后，在浇注前，用热风机在200～220 ℃温度范围对型腔烘烤8～10 小时，方可进行浇注。
（1）炼钢必须保证钢水的质量和重量。
（2）浇前要进行测温，浇注温度1 555～1 565 ℃,各包间温度差不得>30 ℃。
（1）冒口按规定热割，冒口根可留100 ㎜余量，待后再修整、打磨。
（2）热处理装炉要注意支垫，以防止变形。拉筋要在退火后再割去。
（3）铸件非加工表面要全部进行打磨，MT、UT 检验按质量检验要求执行。
[6] 中国机械工程学会铸造分会. 铸造手册（第五卷）铸造工艺（第2 版.）[M].北京: 机械工业出版社, 2003.
