大型灰铸件是 地面接收装置的重要基础件。其轮廓尺寸为φ5600mmx560mm，壁厚为50~80mm，铸件材质为HT250，重34t。要求平台尺寸稳定性高，铸件弯曲变形量控制在8mm以内，大平面硬度差小于HB20，不允许有缩松、缩孔、夹渣、气孔以及裂纹等铸造缺陷，属于重大型精密铸件。该平台的特点是 轮廓尺寸大，重量大，存在大平面，筋板结构布局不利铸造，容易产生导致裂纹的铸造应力。采用常规的砂箱模型铸造方法生产有利于质量，但其资金投入多，生产周期长。考虑 此件为短线单台份，决定利用现有的生产条件，采用地坑组型的方法生产铸件。

 　　1地坑造型生产大型平台的难点分析

 　　1.1铸件散热

 　　地坑生产大型铸件散热效果不好，尤其地坑中心区域的砂床散热条件差，造成凝固不平衡，各种元素容易形成偏析，石墨组织粗大，产生缩松及硬度不均等缺陷，影响平台尺寸的稳定性，因此对凝固温度场的控制提出了高的要求。

 　　1.2地坑造型合箱

 　　地坑造型合箱操作难度大，毛坯尺寸公差要求为CT12级，如此大型件采取地坑手工造型工艺，尺寸精度困难较大。平台共有50块砂芯，合箱过程中严格控制50块砂芯的形与位关系，否则将导致平台合箱出现尺寸偏差。

 　　其铸件不但要有良好的内在质量和准确的尺寸精度，而且要求有光洁的铸造表面，要求铸件所有毛坯面进行磁粉探伤，操作难度非 常大，受浇注速度限制，金属液在极短时间内充满铸型，势必造成对型芯的冲刷力的增大，容易使铸件产生涂料脱落、夹杂等缺陷。铸件需铸出φ60mmx2500mm长条通孔4个，且孔内不允许存在任何铸造缺陷。铸件轮廓尺寸大，地坑排气带来困难，地坑砂床设置好排气沟，稍有不慎就会产生呛火，造成废品。

 　　1.3合金熔炼控制

 　　平台合金熔炼控制难度非 常大。平台需要准备铁液40t，现有熔化设备的能力不足，容易出现铁液成分及温度方面差异，影响铸件显微组织的均匀性，特别是 表面硬度的差异。

 　　1.4芯撑的耐热强度

 　　充分考虑 芯撑的耐热强度和金属液浇注过程中对芯撑产生的冲击，以避免芯撑提前软化导致型腔移位致使尺寸变化。

 　　2地坑造型生产平台控制要点

 　　2.1铸造工艺方案及工艺参数的确定

 　　1）型、芯工艺。为了使型、芯的尺寸精度、表面粗糙度达到要求，全部采用冷硬吠喃树脂砂造型、制芯。型砂配比为：树脂加入量为原砂的1.2%~1.4%，固化剂加入量为树脂加入量的40%，24h抗拉强度大于0.8MPa。平台的大平面是 其重要工作面，质量要求严格，铸造工艺方案应该优先考虑 将大平面放置在浇注位置的下方，避免产生砂眼、气孔等铸造缺陷。

 　　平台的结构为圆形规则体，适合采用组芯成型，平台大平面由刮板形成，此工艺将节省可观的模型制作费用，其余由盖芯和中间芯形成，缩尺取8/1000。

 　　为了铸型表面粗糙度符合要求，对铸型要做打磨处理，铁液凝固时间长，铁液与型、芯相触的时间较长，为了防止铸件产生粘砂、夹砂、砂眼等缺陷，在型、芯转角 处及平台下部平面部位使用错英粉醇基快干涂料，其他部位使用自制的水基涂料，涂料层厚度取0.6~1.5mm。机械加工余量：上部为+20mm，下部+20、侧部均为+15mm。

 　　2）浇注系统。因平台外轮廓尺寸较大，铁液从平台外周引入，铁液流至中心的行程长，因此要求浇注时铁液要大流量充型，避免出现冷隔、涂料脱落及氧 化夹渣等缺陷。浇注系统设计成底注缓冲阶梯、串联环形半开放式浇注系统，铁液从底部平稳有序地充满型腔，有利于排气、排渣。

 　　浇注系统由浇口箱、2个φ100直浇道、1个φ80环形横浇道，20个φ30分散布置内浇道组成。内浇道尺寸的确定要先于铸件凝固，充分利于石墨化自补缩作用。

 　　③冒口的设计。由于此铸件较大，壁厚比较均匀，因此不放置补缩冒口，只设置28个φ140出气冒口，辅助浇口补充铸件液态收缩量，排除上部有杂质的铁液。主要由浇注系统补充液态收缩不足量，凝固过程利用石墨化膨胀进行自补缩。

 　　2.2关于反变形量

 　　大型铸件传统粘土砂工艺是 在下部平面预留反变形量，抵消由于热应力及相变应力引起的大平面向上弯曲收缩变形。采呋喃树脂砂工艺，由于铸件附近砂型残留强度低，铸件自重及铸件上部型砂的重力作用，能够自我矫正因相变应力产生的变形。通过对去除压铁时间及打箱时间的严格控制，平台铸件可以不留反变形量，获得尺寸正确的铸件。取消反变形量方便了造型操作，简化工艺，其机理分析如下。

 　　呋喃自硬树脂砂在铁液的高温作用下，树脂产生分 解，树脂砂导热性比较差，大型平台的热容量较大，导致铸件四周的砂型几乎烧透，溃散性好，在500℃左右，残留强度几乎为零，这样在铸件自重及上部型砂的重力作用下会产生向下弯曲变形。根据平台结构及轮廓尺寸，采用不同的保温时间和压铁吊走时间，所给定的加工余量能够变形量在较小的范围内，满足平台的尺寸精度要求。

 　　2.3地坑砂床、排气道及散热通道的铺设

 　　排气道设置是 否通畅、合理对地坑造型成败至关重要。铺设排气通道前，要地坑内多余废砂，将地坑底部用重物夯实。将块度为30~50mm的焦炭块铺垫50mmx50mm径向辐射排气通道8条。根据平台轮廓尺寸铺设200mm厚底层树脂砂砂床。砂床下150mm，中心区域φ3000mm范围铺设X40环形散热钢管，砂床中心区域散热条件。

 　　地坑四周用φ100mm铁管与焦炭通道连接，铁管要高出地面，以利型、芯及砂床产生的气体顺畅排出。排气管、散热管又兼有测温通道的功能。

 　　2.4铸件大平面硬度均匀性的控制

 　　为了使铸件组织致密、硬度均匀，对平台底部中心区域预埋风管加速冷却，中心区域散热条件。在平台外周开设内浇道，平衡各部分温差。浇注后根据砂型监测点温度显 示数据的变化，及时对散热管通风调整砂床温度，使中心区域砂型的温度与四周一致。 

 　　1）基准重合。平台的高度方向有一条基准线，也有中心线，这些是 平台的设计基准，也是 平台加工和装配基准，铸型装配时要将铸造基准与加工基准重合，避免因基准变换而引起误差，影响整个铸型的装配精度。

 　　2）画好组型、下芯定位线。合箱之前要先在砂床表面画好定位线，留出下芯标记。先下好46渺芯，46#芯是 其余49块外周砂芯的基准；21#~24#φ60mmx2500mm长条通孔芯采用铬矿砂制作，防止粘砂，为了防止21~24#芯过长而出现弯曲，在芯子的中部与砂床预留的焊点连接固定；严格按照画好的定位线依次下1~20#外型芯，25~45#内腔芯，下芯后要用直尺校验芯子与平台轴向基准面的垂直度。

 　　3)组型芯下好后，在其外部应填充型砂，填砂前要用卡板在砂芯内侧支撑牢固，防止尺寸变化，填砂硬化后再撤掉卡板。上型采用盖芯，分块制作。为防止盖芯涨箱，合箱结束后使用垫铁均匀支撑每块砂芯，每块砂芯要有至少2点垫铁加固。

 　　4)为防止芯撑在凝固强度不足时软化，采用的芯撑进行支撑。

 　　2.6压箱及打箱

 　　地坑造型，压铁的选择与分布非 常重要，合箱后用加长压箱铁横梁均布贯穿于盖芯上方，每个盖芯要用垫铁与压铁横梁备牢，支撑点要用力均匀，不少于2点，决不能存在虚压点，压箱铁质量是 铸件毛坯质量的5倍以上，浇注时不抬箱跑火。浇注后4~6h松动外周盖芯垫铁，24h后松动中心区域盖芯垫铁。

 　　地坑散热条件不好，要较砂箱生产类似件延长保温时间，过早打箱将造成铸件变形甚至局部开裂，打箱时间长生产周期长，占用的作业面积，打箱时铸件温度控制在400℃以下为宜，达到该温度的保温时间应不少于120h。铸件起坑受力要均匀，出坑后平稳放置于避风干燥处，底部大平面不能存在局部着硬点。

 　　2.7熔炼工艺的控制

 　　1）生产设备。20t中频感应熔化电炉1台，10t/h两排大间距冷风冲天炉1台，20t电动浇包2个。

 　　2）铁液成分控制。炉料配比为40%废钢、40%回炉铁、20%生铁，采用双联熔化经增碳、锰、硅及铬处理得到合格铁液。这种方案的优点是 ，少用生铁，降低了生产成本，可获得含磷量低的铁液，可减少生铁遗传性影响，铸铁石墨形态好，珠光体含量高，力学性能好，铸件断面敏感性小，铸造后残余应力小，尺寸稳定性好。

 　　在灰铸铁件生产中，保持硫含量在0.07%一0.12%对铸件的性能是 有益的。当铁液中的硫含量低于0.07%时，石墨形态差，孕育效果也差。保持硫含量在0.07%一0.12%，具有并细化共晶团，改变石墨的形态，使石墨的长度变短，未端变钝，形态变得弯曲等效果，同时还能显著切削加工性能。但锰含量不能低，因为锰与硫形成硫化锰，适量硫化锰的存在将成为结晶晶核。铁液硫含量低于0.07%，应加硫化铁提高硫含量。

 　　冲天炉前期熔炼要高温，尽可能多加入废钢，废钢不足在中频炉中加入，成分不符在中频炉中进一步调整，铁液于炉内升温1500℃以上，进行短时间精炼(10min左右），以达到净化铁液的目的。通过进行碳硅分析及光谱分析两包铁液成分一致。

 　　3）出铁等待浇注。浇注需要铁液40t，冲天炉先期熔化的20t铁液陆续存放在中频炉中等待、调整成分；后续冲天炉铁液陆续存放在铁液储存包中，当储存到15t时，将电炉中铁液全部存放于20t预热包中，包面盖保温覆盖剂，运至浇注部位处于待浇注状态；将储存包中15t铁液及较后5t铁液全部倒入电炉调整成分及温度，温度不符合浇注温度要求，倒包降温，要求两包的温度差在20℃之内。

 　　4）强化孕育。在出铁液时，随流加入SiFe75孕育剂0.2%，粒度10~14mm，加入时间为出铁时间的80%~90%，铁液处理后，每包铁液加入块度80~100mm的SiFe75孕育剂0.1%，浇注时随流加入粒度为0.5一2mm的含锑硅钡孕育剂0.1%。

 　　2.8浇注

 　　浇注温度高低对平台铸件质量影响很大，铁液浇注温度过高，易产生缩孔、缩松及粘砂缺陷；浇注温度过低，铁液流程长，流动性变差，易产生对口流缺陷，浇注温度确定为1300~1350℃。浇注时，要铁液始终充满浇口箱，避免浇包中的浮渣进入型腔产生夹渣缺陷，要在浇口箱中做挡渣设计。