优化大型齿轮铸造工艺设计：80t启闭机齿轮训练

1.生产性质、结构特点和技术要求

（1）生产性质 单件生产。

（2）材质 ZG340-640铸造碳钢。

（3）结构特点 该大型齿轮外圆直径为1334.4mm，单辐板，靠近轮毂部位的辐板较薄，厚度只有40mm，一侧分布有六条厚度为25mm的肋条。辐板外圆较厚，为70mm。若再考虑加工余量，则铸件轮缘及中央轮毂处较厚大，在轮缘和辐板交接处会形成热节，热节圆直径可达140mm。另外，轮毂和辐板交接处也形成热节（直径为80mm）。因此，其结构可分为三个层次：厚实的中央轮毂、薄的辐板和厚大的轮缘。

该铸钢大齿轮在机器中主要用来传送转矩。该铸件重量为1330kg。

（4）主要技术要求 铸件应满足ZG340-640钢所要求的化学成分（质量分数），即w（C）=0.50%～0.60%，w（Mn）≤0.90%，w（Si）≤0.60%，w（S）≤0.035%，w（P）≤0.035%。抗拉强度R_m≥640MPa，断后伸长率A≥10%。铸件加工前应经正火+回火处理，硬度为160～210HBW。由于该铸件用来传送转矩，因此要求铸件不得有缩孔、缩松，内外表面无气孔、夹砂、渣气孔、粘砂等缺陷。

2.铸造工艺方案

从上面分析看，对该铸件的质量要求是比较高的，因此，应优选铸造工艺方案。

（1）凝固顺序的选择 铸钢的收缩率大，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，宜采用顺序凝固原则，在轮缘、轮毂处分别设置冒口。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，用来补给轮缘和轮毂凝固时所需要的钢液，以便消除铸件的缩孔、缩松缺陷。

（2）浇注位置及分型面的确定 该大齿轮的铸件简图及浇注位置方案如图1-21所示。方案1和方案2都可行。由于厚度为70mm的辐板及6条肋各偏向一侧，故方案2优于方案1。这样，在轮毂上方设置冒口，6条肋都可以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。轮缘冒口对厚度为70mm的辐板处补缩，因补缩距离较近而更有效。因此，决定采用方案2。

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图1-21 ZG340-640钢大齿轮工艺方案图

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、个别小搭子及冒口需制作模样。

3.浇注系统和冒口的设计

根据某重机厂生产条件，该铸件采用5t电弧炉炼钢，7t漏包浇注。

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7t漏包的包孔直径为60mm，浇注时间为15s。再根据包孔截面积选择浇注系统各截面。该铸件铸造工艺图如图1-22所示。

选定直浇道直径为100mm，高度为400mm，重量为23.6kg；横浇道为双向，梯形截面尺寸为50mm/45mm×55mm，总长度为1500mm，重量为32kg；内浇道2道，截面也为梯形，尺寸为60mm/50mm×50mm，总长度为1000mm，重量为22kg。浇注系统总重量为77.6kg。

经计算确定在轮缘处采用1^#腰圆形（240mm×480mm×310mm）冒口4只，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1-22。

4.主要工艺参数

铸件线收缩率取2%；轮缘的工艺补正量，以齿轮的生产经验，取e=4mm；机械加工余量，考虑是刮板造型，精度较差，适当放大一些。上面加工余量为15mm，底面取为10mm，齿轮外圆取18mm，中央轮毂内孔取12mm。

采用水玻璃砂烘干型，型砂成分（重量比）：分组代号为30的硅砂∶白泥∶水玻璃（模数为2.2%）=100∶5∶7。