HT300机床铸件生产工艺改进.pdf
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1、322023 年第 S2 期工艺试验与应用HT300 机床铸件生产工艺改进机床铸件(如:床身、立柱、滑鞍、工作台等)是机床的基体,占机床自身体重的 80%以上,其稳定性、耐磨性、减震性以及刚度等性能指标,对机床整体性能有着直接的影响。目前机床铸件主要有两种材质,即灰铁铸件和球墨铸铁铸件,球墨铸铁铸件应用较少,仅在个别机型上使用,大多数还是使用灰铸铁材质作为机床铸件的材质进行生产。高端机床铸件应有较高的抗压和抗拉强度,高的弹性模量即高刚度,低应力、不变形,良好的耐磨性和减震性,较高的尺寸精度和表面光洁度等。高强度、高刚度和低应力是相互制约的,前者通常需要低的 CE,后者则需要高的 CE,矛盾需要
2、统一,即如何在高碳当量下获得高强度和高刚度,是生产中要解决和控制的问题。1原铸造工艺1.1化学成分为满足机床铸件的高强度,通常的做法是选择较低CE 进行生产,低 CE 可以扩大奥氏体生长区间,促进奥氏体增长和枝晶细化,提高强度。HT300 铸件 CE 控制在 3.60%3.70%,为满足铸件本体硬度,有时添加微量的 Sn 和 Sb 进行合金化处理、有效地增加和细化珠光体,表 1 是化学成分要求。表 1 铁液的化学成分(质量分数,)Tab.1 Chemical composition of liquid iron(mass fraction,%)CECSiMn3.63.73.03.11.61.7
3、0.81.0PSSbSn 0.050.060.10.020.030.020.031.2熔炼工艺采用 2 t 中频感应电炉熔炼,为降低生铁遗传因素对铸件材质的影响,控制生铁加入量,利用废钢增碳、增硅工艺进行合成铸铁熔炼。原材料及炉料配比如下:废钢采用优质普通碳素钢,加入量 60%70%;同材质回炉料:加入量 20%30%;为便于现场管理生产现场全部采用 Q10 生铁,加入量 10%。采用碳化硅作为增硅增碳材料,加入量为 1.0%1.5%,碳化硅含量选择在90%以上,粒度控制在 29 mm。采用中温石墨化增碳剂增碳,增碳剂中(S)控制在 0.25%,(N)控制在 1 000 ppm,加入量 1.5
4、%2.0%。碳化硅与增碳剂分批次随炉料加入到熔炉中,铁液温度达到 1 450 时取样做碳硅分析仪与光谱成分检测,成分调整至原铁液合格成分后进行升温,温度升至1 4801 500 时断电,在炉内高温静置 35 min 后出铁孕育,孕育剂选择硅钙钡长效孕育剂,孕育方式采用两次孕育处理。一次出炉孕育采用漏斗随液流流入方式,加入量 0.4%,粒度 38 mm;二次浇注随流孕育采用漏斗随液流流入,加入量 0.05%0.1%,粒度 0.20.7 mm,孕育工艺见下图 1 所示。徐清军,靳存文,邢贝贝,张新霞,张学魁(河南省金太阳精密铸业股份有限公司,河南 新乡 453000)摘要:介绍了 HT300 机床
5、铸件的铸造工艺,针对铸件存在的裂纹、缩松等缺陷,通过提高铸件的CE、加入适量的合金元素 Cu、Sn 进行微合金化,以达到改善基体组织,细化晶粒,提高铸件的强度、硬度组织均匀性以及尺寸精度稳定性的目的,并获得合格铸件。关键词:HT300;机床铸件;微合金化中图分类号:TG251文献标识码:B文章编号:1673 3320(2023)S2 0032 04收稿日期:2023-08-28修定日期:2023-09-11作者简介:徐清军(1985-),男,河南新乡人,毕业于河南机电高等专科学校,工程师,主要从事铸铁件材质研究、铸造工艺设计等工作,E-mail:。2023 年第 S2 期工艺试验与应用33 (
6、a)一次出炉孕育 (b)二次浇注随流孕育图 1 孕育处理Fig.1 Inoculation treatment采用硅钙钡长效孕育剂孕育,主要是利用 Ba 元素较强的促进石墨形核的能力,抗衰退能力强,用于灰铸铁可以改善石墨形态,减小白口倾向,保证所需的组织和力学性能。浇注时做二次随流孕育,主要是保证在高的铁液纯净度下有足够的石墨形核质点,孕育滞后,可以有效防止孕育衰退,这样才能保证材质性能和组织满足产品的技术要求。2铸件性能与存在的问题2.1铸件性能通过对单一型号床身铸件的 100 组数据进行统计分析,浇注的产品 CE 基本控制在 3.6%3.7%,平均值为3.635%;(C)3.05%3.10
7、%,平均值为 3.077%;(Si)1.60%1.70%,平均值为 1.652%,图 2 为各元素含量的控制图。(a)CE 控制图(b)(C)控制图(c)(Si)控制图图 2 主要元素含量控制图Fig.2 Main element content control chart单铸试棒的抗拉强度都在要求的 300 MPa 以上,最大值达到 400 MPa,平均值为 364 MPa,图 3 为实测试棒的抗拉强度控制图。图 3 试棒的抗拉强度控制图Fig.3 Tensile strength control chart of test rod通过对试棒金相的检测,A 型石墨达到 90%以上,珠光体含量
8、在 98%以上,石墨长度为 34 级,如图 4金相组织所示。(a)石墨形态(100)(b)基体组织(100)图 4 金相组织Fig.4 Metallographic structure2.2存在的质量问题(1)床身铸件线收缩率大,内腔筋板裂纹通过对铸件本体跟踪检查,发现铸件粗抛后在内腔筋板连接处有多处裂纹缺陷,特别是在靠近导轨的内腔位置,裂纹缺陷比较明显,裂纹缺陷占比达到10%左右。如图 5 所示,根据铸件裂纹缺陷的判断可能是铸件结构不均匀,凝固速度快慢不一,筋板位置较薄,凝固速度快,导轨部位厚大,凝固速度慢,后期凝固时产生内应力过大,导致出现裂纹缺陷。测量铸件线收缩率,达到1.4%,远远高于
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