鐵鑄件

對數控機床球鐵立柱件的結構及鑄造關鍵工藝進行綜合分析，針對其壁厚不均，厚大部位外部和中心部位的凝固次序差異大，易產生縮松、縮孔和內在質量要求高等一系列問題，採用半封閉的底注式系統，並增加冷鐵、溢流等工藝措施，有效地防止了鑄件縮孔、縮松等缺陷的產生。生產出合格的球鐵鑄件，為生產高質量機床球鐵鑄件產品積累了豐富經驗。

數控機床部分零件，其最大輪廓尺寸為2296mm×1598。5mm×672mm，導軌共3條，壁厚較厚，平均壁厚 35mm，最厚處達78mm，材質為球墨鑄鐵QT600-3，化學成分及力學性能要求。

鑄件的質量要求很高，不僅要求力學性能，而且對鑄造缺陷和外觀質量都有嚴格規定。鑄件需要超聲波探傷和磁粉探傷，不允許焊補鑄造缺陷；導軌表面的平面度、直線度與平行度在5mm以內；鑄件尺寸公差必須符合標準ISO 8062-CT11等級；鑄件最大毛坯重量3266kg；澆注后，鑄件必須在砂型中保留直至鑄件溫度低於280℃，並且在鑄件冷卻直至室溫前，不允許對鑄件進行任何處理。

1、鑄件結構設計為A形結構，兩端均有地腳，地腳處為了把螺栓緊固，外皮尺寸較厚，易產生縮松、澆不足的可能。

2、鑄件材質為球墨鑄鐵，球鐵的凝固方式為糊狀凝固，共晶凝固時間長，厚大部位外部和中心部位的凝固次序差異大，工藝設計上的解決辦法是并行放置冷鐵，可以調節厚大熱節處的凝固速度和鑄件的溫度梯度，對鑄件的補縮有一定作用。

3、通過鑄件結構、材質等，工藝採用半封閉的底注式澆注系統，由於鑄件壁厚不均，導軌尺寸較長，故設計了明冷鐵和溢流相結合的補縮系統，確保鑄件關鍵部位不存在縮孔、縮松等缺陷。在鑄件冷卻直至室溫前，不允許對鑄件進行任何處理。

經過研究分析，考慮鑄件的使用要求和技術要求，並結合實際生產情況，鑄件遵循順序凝固的原則，選用平澆方法，上下兩箱造型方法，立柱的導軌面是關鍵表面，不允許有砂眼、氣孔、渣孔、裂紋和縮松等缺陷，而且要求組織緻密、均勻，以保證硬度值在規定的範圍內。儘管導軌面比較肥厚，對於球墨鑄鐵件而言，立柱的最佳澆注位置是導軌面朝下，分型面選擇在較大平面上。

1、鑄造收縮率：其受很多因素的影響，如合金的成分及種類、鑄件冷卻、收縮時受到的阻力大小、冷卻條件的差異等，因此，十分準確地算出鑄造收縮率是很困難的。通過對大量生產的鑄件進行多次劃線，測定鑄件各部分的實際收縮率，反覆驗證和總結數據，最終選擇鑄件收縮率為 1%。

2、機械加工余量：鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應有加工余量，影響其因素有：鑄造材質種類、鑄造工藝方法、生產批量、設備及工裝的水平等，由於鑄件立柱輪廓尺寸較大，尺寸要求比較嚴格，鑄件尺寸公差符合標準ISO 8062-CT11等級的規定，導軌關鍵面加工余量10mm，其餘各尺寸加工量採用ISO 8062-CT11等級尺寸公差。

3、分型負數：選擇2mm，均放在下箱，其餘未注間隙為2mm，未注拔模斜0/+2mm，內腔筋板斜稍單側-2/+3mm，導軌兩端端面相應增加工藝補正量+3 mm。

某些球鐵鑄件產品加工后，發現冒口下方變色。對其進行金相檢驗、力學性能測試、化學成分分析等，以確定球鐵鑄件變色原因。結果表明：球鐵鑄件冒口下方發生變色，主要有球化不良、絮狀石墨和石墨球聚集、成串 分佈的形態；球化不良、絮狀石墨主要是由球化元素少或已被消耗、石墨球數量少等造成，而石墨球聚集、成串分佈是由碳當量偏高造成的石墨漂浮現象。

觀察鑄件冒口下方變色部位，發現變色部位有灰墨色斑點。從變色部位取樣，使用圖像分析儀對變色部位進 行檢測拍照，發現有球化不良及少量絮狀石墨。從變色部位取樣，經金相檢驗顯示該處石墨呈絮狀。

對鑄件表面拋磨后，使用攜帶型金相顯微鏡進行檢驗，發現有因球化不良、絮狀石墨造成的變色件。對兩個變色報廢件及其附鑄試塊取樣進行力學性能測試，可見變色件的力學性能偏低，尤其是斷後伸長率明顯下降，而附鑄試塊沒有變色，力學性能合格。

石墨聚集、成串分佈的變色件，在保證產品尺寸加工余量內往下加工，之後進行金相檢驗，變色現象均有好轉而沒有廢件，因此沒有鑽取試件進行力學性能測試。

從1號變色報廢件球化不良、絮狀石墨變色部位鑽取試件，進行化學成分分析並與附鑄試件的化學成分進行 比較試件的主要元素成分，其他元素如硫、磷、鈦等也進行了成分分析，因變色試件與附鑄試件的差異較小，變 色部位球化元素鎂含量明顯低於附鑄試件的鎂含量，說明變色部位球化元素鎂消耗較大。

對以上加工面呈現球化不良、絮狀石墨和石墨聚集、成串分佈的冒口，分別測試主要化學成分、附鑄試件力學性能和顯微組織中的石墨數量，並將其與某段時間所有鑄件的平均值進行對比。

對各類石墨形態鑄件附鑄試件的主要力學性能及顯微組織中的石墨數量進行對比，結果表明附鑄試件的力學性能差異不大，但球化不良件的石墨數量低於平均值，石墨聚集件的石墨數量則較高。