大型铸钢齿轮敷砂外冷铁工艺设计与应用

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1、大型铸钢齿轮敷砂外冷铁工艺设计与应用夏汝滨1,张德生1,姜鸿军2,姜绍海2(1山东省冶金科学研究院，山东济南250014；2济南钢铁集团总公司机械设备制造厂，山东济南250101)摘　要：通过理论计算设计了大型铸钢齿轮用敷砂外冷铁工艺，以取代传统的冒口加补贴工艺。生产试用表明，新工艺操作方便，与传统工艺相比，产品一次成品率由50%提高到100%。关键词：铸钢齿轮；砂型铸造；敷砂外冷铁；挂砂槽中图分类号：TG269   　　文献标识码：B　　文章编号：1004-4620(2003)04-0019-02TechnologicalDe

2、signandApplicationofSand-linedColdIron onLargeCastSteelGearXIARu-bin1,ZHANGDe-sheng1,JIANGHong-jun2,JIANGShao-hai2(1ShandongMetallurgicalResearchInstitute,Jinan250014;  2TheMechanicalManufactoryofJinanIronandSteelGroup,Jinan250101，China)Abstract：Sand-linedcoldironproce

3、ssusedonlargecaststeelgearisdesignedbytheorycalculation,insteadofthetraditionalrisercontract.Experimentandproductionresultshowthatthenewprocessoperatesconvenientlyandcomparingwiththetraditionalprocess,theprimaryproductionyieldisincreasedfrom50%to100%.Keywords：caststeel

4、gear;sandcasting;sand-linedcoldiron;sand-hanginggroove   目前国内大型铸钢齿轮生产一般采用冒口加补贴的传统铸造工艺。其优点是造型方便，操作技术难度低，仅对铸造工序而言，属于相对成熟的工艺。但是，去除大尺寸补贴，一般采用氧气-乙炔、电弧等燃烧熔融的方法，使局部温度骤升，又在基体传导吸热和空气的作用下快速冷却，容易产生很大的热应力、马氏体脆性组织和裂纹，导致返修和判废率居高不下，造成了较大的经济损失。为解决这一问题，选择典型齿轮设计了敷砂外冷铁铸造工艺。经过生产应用，效果显著。1工

5、艺设计1.1选择材料、设备和方法　　选择典型齿轮，其零件简图见图1，材质为ZG310-570，重约5t。理论计算冷铁工艺参数，结合零件和操作实际修正，设计外冷铁和敷砂层。生产试验采用10t电弧炉熔炼，水玻璃表干造型，底注包浇注，氧气-乙炔焰切割冒口，重油反射炉去应力退火，A型显示脉冲反射式超声波仪探伤检验。图1试产齿轮零件简图1.2敷砂外冷铁工艺理论计算与修正设计   以图1所示齿轮的外径、轮缘厚度和轮缘高度对敷砂外冷铁进行理论计算和修正设计。考虑冒口的补缩效果及铸件的顺序凝固，敷砂外冷铁的形状选定下厚上薄的“凸”字形。根据《日本铸

6、钢件制造标准》，敷砂外冷铁的吃砂量为8～10mm，但考虑到吃砂太薄易脱落，不容易紧实，增加操作难度，故把吃砂量增加到10～12mm，相应增加敷砂外冷铁的厚度来弥补吃砂量增厚引起的导热速度损失。为便于敷砂外冷铁的吊装、拆除及重复使用，将其分为6段，组合使用，间隙为10～15mm。为进一步降低敷砂操作的技术难度，在外冷铁上设置挂砂槽若干条，槽宽20mm，深10mm，槽间距30mm。为使型内气体在受到钢水激热膨胀时能够顺利排出，在每个挂砂槽内设置2～3个φ10mm出气孔。最终确定的敷砂外冷铁及敷砂层主要技术参数见表1及图2。表1敷砂外冷铁

7、主要技术参数 mm参数名称计算式或数据备 注外冷铁内径dd=D+加工余量×2+吃砂厚度×2+缩尺D为轮缘外径外冷铁厚度t1         t2t1=1.2T.st2=2.2Tt1为上部厚度;t2为下部厚度;T为轮缘厚度；s为修正系数,取1.5外冷铁高度HH=H0H0为轮缘高度敷砂层厚度10～12　外冷铁弧长1385　图2 单个敷砂外冷铁简图2生产试验及探伤检测结果　　打好平地后，埋入浇道砖，固定好敷砂外冷铁及内胎。在外冷铁的挂砂槽面上刷一层水玻璃以增加敷砂结合强度。填入自配型砂，用特制舂砂工具舂实，去掉内胎，用刮板把铸型刮出。整

8、个造型工作过程均由一般熟练程度的造型工完成，与补贴式造型相比，并未增加操作技术难度。然后烘干，按常规下芯、合箱、浇注，型内凝固冷却。开箱清砂，用氧气—乙炔焰切割冒口，入炉退火处理。采用双头通电磁化法进行检验，齿轮内辐板与内外缘交接处无