解决3.11.4铸钢大型齿轮铸造工艺问题

1.80t启闭机大齿轮的结构特点及技术要求

80t启闭机大齿轮如图3-50所示。铸件重量为1330kg，单件生产。

结构特点：大齿轮齿顶圆直径为φ1334mm，单辐板，靠近轮毂部分辐板较薄（40mm），一侧分布有6条厚度为25mm的肋条。辐板的外围稍厚（70mm）。考虑加工余量后，铸件的轮缘及中央轮毂处较厚，在轮缘与辐板交接处形成热节，热节圆直径达φ140mm。轮毂和辐板交接处形成热节，热节圆直径为φ80mm。因此，其结构特点是厚实的中央轮毂、薄壁的辐板、厚大的轮缘。

技术要求：材质为ZG340-640。ZG340-640钢的化学成分（质量分数，%）要求：C 0.52～0.62、Mn 0.50～0.80、Si 0.2～0.45、S≤0.04、P≤0.04。力学性能要求：σ_b≥650MPa、δ≥10%。铸件加工前，应经正火+回火处理，硬度为160～210HBW。

该铸钢大齿轮在机器中主要用来传送扭矩。因此，要求铸件不得有缩孔、缩松，内外表面无气孔、夹砂结疤、砂眼、渣气孔、粘砂等缺陷，以保证强度。

由于该铸件的质量要求较高，因此，应优选铸造工艺方案。

图3-50 ZG340-640大齿轮铸造工艺方案

2.铸造工艺方案

（1）浇注位置和分型面的选择方案 该大齿轮的铸件简图及浇注位置方案，如图3-50所示。方案1和方案2都可行。由于70mm的厚辐板及6条肋都偏向一侧，故方案2优于方案1。这样，在轮毅上方设置冒口，6条肋都可起到增大补缩通道的作用，能更有效地对40mm辐板处进行补缩。轮缘冒口对70mm厚辐板处补缩，由于补缩距离较近而更有效，因此，决定采用方案2。

分型面通过轮缘上表面。浇注位置为：使6条肋呈向上位置，轮毂中央设置砂芯，采用旋转刮板造型，6条肋、个别小搭子及冒口须制作模样。

（2）凝固顺序分析及冒口设计

1）顺序凝固分析。铸钢的体收缩率大，且齿轮的轮缘和轮毂部分厚大，与辐板的交接处形成热节区，很容易形成缩孔、缩松缺陷，因此，宜采用定向凝固原则。在轮缘、轮毂分别设置冒口。在浇注后，薄壁的辐板先凝固，其液态和凝固收缩分别由厚壁的轮缘和轮毂处的钢液补给，冒口最后凝固，用来补给轮缘及轮毂处凝固时所需要的钢液，以便消除缩孔和缩松。

2）冒口设计。经计算，确定在轮缘处采用1#腰圆形冒口4个，冒口尺寸为240mm×480mm×310mm，冒口总重量为2060kg，轮毂处采用一个2#半球形冒口，冒口重量为77.6kg，具体尺寸和安放位置参见图3-51的铸造工艺图。(www.xing528.com)

（3）浇注系统设计 某重工机械公司采用5t电弧炉炼钢，7t漏包进行浇注。根据工厂经验，对于大齿轮要求型内液体金属的上升速度不小于15mm/s，以此来计算确定7t漏包的包孔直径为φ60mm，浇注时间为15s。再以包孔截面积来选择浇注系统各截面。因铸件高度小，内浇道可由分型面经冒口引入，见图3-51。

图3-51 ZG340-640大齿轮铸造工艺图

直浇道直径为φ100mm，高400mm，重量23.6kg；

横浇道为双向，梯形截面55mm/45mm×55mm，总长1500mm，重量32kg；

内浇道2道，截面也为梯形60mm/50mm×55mm，总长1000mm，重量22kg。

浇注系统总重量77.6kg。

（4）主要工艺参数

1）铸件线收缩率2%。

2）轮缘的工艺补正量，以齿轮的生产经验，取e=4mm。

3）机械加工余量，考虑到是刮板造型，精度较差，适当放大些。上面加工余量15mm，底面取10mm，齿轮顶外圆取18mm，中央轮毂内孔取12mm。

4）采用水玻璃砂造型，干型浇注。

5）型砂成分（质量分数，%）：硅砂（分组代号30号）100，白泥5，水玻璃（模数2.2）7。