高強度厚大斷面球墨鑄鐵花盤的鑄造工藝設計過程。采用無冒口鑄造工藝技術，數值模擬技術，專用石墨冷鐵強制冷卻工藝，快速充型技術，特殊制芯工藝，增強補縮效果的澆注系統，中頻感應電爐熔煉工藝等關鍵工藝技術，成功生產出了優質鑄件。
　　1．鑄件特點和技術要求
　　重型數控4.5m臥式車床是我公司為一重集團自主研發的重點產品，其花盤是機床的關鍵件，由于鑄鋼件加工困難，缺陷多，所以選用了高強度球墨鑄鐵材質，鑄件重40t，屬厚大斷面球墨鑄鐵件，結構尺寸如附圖所示。鑄件特點及技術要求如下。

（ａ）

（ｂ）

（ｃ）

　　花盤結構
　　（1）鑄件材質QT600—3，機加后硬度要求不低于180HBW。化學成分、力學性能、金相組織等各項技術指標要求非常嚴格，要求對附體試塊進行各項指標的檢驗。
　　（2）平均壁厚185mm，鑄件模數為7.81cm。要求進行超聲波無損檢測，內部組織不得有縮孔、縮松、氣孔、夾渣和冷隔等缺陷。不得有尺寸、化學成分、力學性能不合格及裂紋缺陷，不能放置芯撐。外觀和內腔不得有粘砂、繞曲變形缺陷。但這些缺陷正是厚大斷面球墨鑄鐵件極易出現的。
　　（3）鑄件重量大，尺寸大，壁厚大，因而熔煉澆注的技術難度大。
　　（4）在雙層壁與單層壁結合處（見附圖d），是鑄件應力集中處，易導致鑄件產生裂紋缺陷，給鑄造帶來很大難度。
　　（5） 鑄件加工后要求做靜平衡試驗，因而對砂芯的尺寸一致性、分度和定位尺寸要求非常精確。
　　2. 鑄造工藝設計
　　根據對鑄件特點和技術要求的分析，確保工作臺面的質量和鑄件尺寸精度，方便下芯及砂芯固定，使各工序操作方便，依據厚大斷面球墨鑄鐵件在凝固過程中石墨化膨脹，可有效自補縮的特點，同時配合使用專用石墨冷鐵強制冷卻，采用無冒口鑄造工藝方案，兩箱造型，鑄造工藝如附圖b所示，并使用華鑄模擬軟件進行了模擬。
　　（1）防止產生裂紋缺陷的措施  為防止鑄件產生裂紋缺陷，在單層壁與雙層壁結合處的每一個卡爪槽上端設置了3道防裂工藝拉筋，在砂芯上做出。打箱時鑄件溫度控制在100oC以下。打箱清砂后，馬上進行消除應力退火，其保溫時間和冷卻時間適當延長，工藝拉筋由機加工切掉。
　　（2）主要工藝參數、砂芯設計、砂種及涂料  制作Ⅰ級木模，芯盒強度好，尺寸精確。縮尺10‰，加工余量：分型面處+25mm，側面+15mm，主軸孔及卡爪槽+15mm。起模斜度 5mm，砂芯間隙2mm，分型負數－4mm。鑄造圓角R15mm。設計了6個卡板，測量砂芯的尺寸精度、分度及定位尺寸。砂箱吃砂量400mm，合箱后用M48螺栓緊固砂箱，并在中間捆一道龍門壓梁，以確保砂型剛度。設計了17塊砂芯，2#～9#砂芯與下箱把合牢固，10#～17#砂芯與上箱把合牢固，因此不用放置芯撐。采用冷硬呋喃樹脂自硬砂造型制芯，砂型24h強度不低于1.1MPa，選用醇基鋯英粉快干涂料，型芯舂實，涂料均勻涂刷兩遍。砂型強度高，剛度好，保證了無冒口鑄造工藝對砂型的要求。根據型內測溫，打箱時間為30天。
　　(3) 強制冷卻工藝  為平衡壁厚差，控制凝固順序，達到或接近均衡凝固，并參考數值模擬結果，采用專用石墨冷鐵強制冷卻工藝，消除因壁厚過大且不均勻帶來的熱節效應，即可防止厚大斷面心部產生縮孔、縮松缺陷，又可使石墨化膨脹提前發生，增強自補縮效果，共設計了12種專用隨形石墨冷鐵。
　　（4）制芯工藝  全部砂芯采用特殊制芯工藝，焊制了專用芯骨，在專用石墨冷鐵上做出M12螺孔，擰上螺絲桿，在芯盒中固定好位置后與芯骨焊接牢固，再填上砂子舂實，以保證石墨冷鐵位置準確和砂芯的尺寸精度。石墨冷鐵覆蓋面積達鑄件散熱面積的95%以上。石墨冷鐵可以重復使用4次。
　　3．澆注系統和冒口的設計
　　根據鑄件特點，采用大孔出流理論，鐵液大流量快速平穩充型，鑄型溫度場均勻，設置3層階梯式內澆道，環形橫澆道，避免鐵液在型內發生旋轉、擾動，使鐵液盡快靜止，以便盡早發生石墨化膨脹，提高自補縮效果，兩臺澆包澆注，最上層內澆道距分型面50mm，以便補澆時能很好地補充鐵液的液態收縮，澆注重量 。
　　（1） 澆注時間 的計算  取系數 ，最小壁厚δ＝60mm
　　（2）平均壓力頭Hp的計算  以直澆道下口為阻流截面。
　　Hp＝H0－(p2/2C)＝60－(02/2×735)＝60cm
　　式中：H0 — 阻流截面以上的壓力頭（cm）；
　　p —  阻流截面以上的型腔高度（cm）；
　　C —  鑄件型腔總高度（cm ）。
　　（3）計算阻流截面積   取流量系數 。μ＝0.5
　　ΣF阻＝G/(0.31μt Hp )＝44000/(0.31×0.5×159×60)＝230.5(cm2)
　　（4）計算各組元截面積  采用半封閉式澆注系統，確定各組元截面積比為ΣF直：ΣF橫：ΣF方直：ΣF內 =1：2.5：2.2：2，澆注系統可充滿，充型快速平穩，阻渣效果好。
　　ΣF橫＝2.5×230.5＝576.25cm2
　　ΣF分直＝2.2×230.5＝507.1cm2
　　ΣF內＝2×230.5＝461cm2
　　共設置50個25mm 50mm直形明出氣冒口，使用兩個鐵液容量為2t并設有阻渣閘板、澆口塞及定量瞬時孕育漏斗的澆口杯。
　　確定各參數后，經過再次數值模擬分析，確定了整個工藝方案是可行的。
　　4. 熔煉及澆注工藝
　　（1）根據鑄件特點和技術要求，采取了加銅的合金化措施，操作簡單方便，效果好，目標化學成分：wC=3.5%～3.6%、wSi=2.3%～2.5%、wMn=0.6%～0.7%、wP≤0.05%、wS<0.02%、wCu=0.6%～0.7%、wRE=0.04%、wMg=0.05%。
　　（2）使用兩臺20t中頻感應電爐溶煉鐵液，配有撒布浪斯NSP—6000型爐前快速成分分析儀，NSP—305MTX快速測溫儀，OCS—XS(F3)無線傳輸電子吊秤，德國M20型直讀光譜成分分析儀。
　　（3）強化原材料質量，原材料要求及加入量如附表所示。

　　球化劑、孕育劑使用前要烘干，嚴格控制化學成分。過熱精煉溫度1500oC，脫硫處理溫度1420oC，球化處理溫度1450oC。
　　（4）兩臺電爐同時球化處理，球化處理結束至澆注時間間隔不得超過6min，要扒凈渣。開始澆注后打開瞬時孕育漏斗進行定量孕育，待澆口杯充滿時撥開澆口塞，開始快速充型，在規定時間內充滿，澆滿后再補澆兩次。 澆注溫度（1330 10）℃。
　　結語
　　由于工藝上采取了關鍵得當的工藝措施，解決了各項技術難題，首件鑄件鑄造成功。經對附體試塊的檢驗，化學成分、力學性能、金相組織都達到了技術要求，經超聲波無損檢測，內部組織致密無缺陷，說明工藝方案是合理的。截至目前先后為一重集團、中信重工、沈陽黎明集團、江陰真良機械、東電集團生產了5件，合格率達100%，鑄件品質達到同類產品國際先進水平，使我公司生產此類厚大斷面球墨鑄鐵件的技術水平得到了很大提高。