卷揚筒鑄件工藝優(yōu)化

蔣春霞

（廣東省韶鑄集團有限公司，廣東韶關(guān) 512031）

美國第一大卷揚機公司是我公司卷揚筒產(chǎn)品的出口地，是一家致力于改善提升牽引傳動技術(shù)及設計生產(chǎn)全系列絞車產(chǎn)品的專業(yè)公司。該公司在絞車設計生產(chǎn)方面達到世界領(lǐng)先水平。卷揚筒用于卡車，裝載車等卷揚裝置的裝配，產(chǎn)品組裝照片如圖1所示。鑄件的3D產(chǎn)品如圖2所示。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

（1）從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可以看出，鑄造過程容易產(chǎn)生變形，一般的鑄造工藝是鑄出光筒，通過復雜而昂貴的設備完成加工纜繩槽這個關(guān)鍵部位。我們的工藝是通過直接鑄出纜繩槽的方式進行生產(chǎn)。筒內(nèi)部全部加工，中部位置需要插齒，要求無缺陷。

圖2 卷揚筒3D示意圖

（2）該產(chǎn)品由我公司與客戶一起進行開發(fā)，由客戶進行精加工，要求加工好的產(chǎn)品不允許出現(xiàn)裂紋和孔洞類缺陷。但由于產(chǎn)品的法蘭盤薄壁處直徑575mm，厚度只有12mm，筒身壁厚達到60mm，因此法蘭盤很容易產(chǎn)生變形，而且兩個法蘭盤的相對角度必須不能大于1.5°，這樣的尺寸需要反復試驗摸索變形量。

（3）產(chǎn)品的筒身全部加工，因此需要設計補縮的位置很多，但首樣UT檢查和試加工后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有缺陷。

（4）該產(chǎn)品纜繩槽位置為關(guān)鍵部位，整個纜繩槽呈螺旋線外型，工作時要經(jīng)過鋼絲繩纏繞，所以尺寸精度要求高，同時產(chǎn)品的表面要求光滑無凸起，無裂紋。試驗生產(chǎn)時鑄件的表面總是或多或少的存在局部粘砂，纜繩槽部位有時會出現(xiàn)縮凹現(xiàn)象。

（5）該產(chǎn)品安裝的配合面較多，產(chǎn)品裝夾和定位面要求穩(wěn)定性好，因此對產(chǎn)品尺寸的一致性要求很高，也對鑄造工藝模具的設計及手工造型操作過程的質(zhì)量控制帶來很大難度。

2 前期工藝存在的不足

我們對首批試驗的卷揚筒產(chǎn)品進行全面檢查分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（1）兩個法蘭盤的尺寸總是存在變形，調(diào)整后仍然無法達到客戶圖紙要求的尺寸。

（2）纜繩槽位置砂芯組裝后存在錯移現(xiàn)象，導致纜繩槽對接處存在錯位。

（3）纜繩槽位置表面有局部粘砂問題，而且很難處理，如圖3所示。

（4）法蘭一側(cè)的冒口之間底部會有表面縮陷問題，如圖4所示。

3 原因分析

圖3 纜繩槽位置的局部粘砂

圖4 表面縮陷

（1）根據(jù)圖5所示，纜繩槽螺旋形筒身長度尺寸為：20個節(jié)距尺寸加上兩側(cè)螺距0.538×20+0.542+0.271=11.573inch，再減去側(cè)面1.5°斜度尺寸為：11.537-2×tg1.5°×（（22-11）/2-1）≈11.34 inch，從而得出圖示3位置11.34是經(jīng)過計算后的理論值。如果每個纜繩槽節(jié)距的尺寸按照公差上限及下限，再疊加1.5°單邊的斜度，計算結(jié)果應為11.03～11.69inch之間，而非圖紙括號中標明的理論尺寸11.34。另一方面，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)法蘭盤本來就容易產(chǎn)生變形導致此尺寸超大。

（2）由于鑄造工藝設計，采用兩半纜繩槽覆膜砂芯與外面寶珠砂芯分別組裝的方式，待組裝好后采用螺桿固定連接，翻轉(zhuǎn)90°下芯時，只依靠螺桿的緊固不足以保證整個砂芯不發(fā)生一些錯位，進而導致整個纜繩槽砂芯錯位，雖然中部砂芯采取粘結(jié)組裝的方式，也會發(fā)生走位和拉裂中間纜繩槽砂芯的現(xiàn)象。

圖5 卷揚筒設計圖紙

（3）中間纜繩槽砂芯為普通硅砂的覆膜砂芯，其本身的耐火度會偏低，而且容易在高溫中膨脹過大導致砂芯開裂，使產(chǎn)品表面產(chǎn)生缺陷。因此，需要提高砂芯表面的耐火度，防止粘砂的同時，也能防止砂芯膨脹產(chǎn)生披鋒。

（4）由于產(chǎn)品內(nèi)腔形狀為兩頭薄，中間厚，將鑄件切開后著色探傷，會發(fā)現(xiàn)有點狀縮松，因為內(nèi)腔中間位置需要插齒安裝齒輪，因此加工中是不允許有缺陷的。外面有時會出現(xiàn)縮陷現(xiàn)象，除了跟內(nèi)腔補縮有卡脖子現(xiàn)象外[1]，覆膜砂芯及寶珠砂芯發(fā)氣量大，冒口采用暗冒口排氣不通暢，澆注工無法很直觀的控制澆注速度及冒口補澆的工作，也會導致產(chǎn)品冒口之間憋氣而產(chǎn)生表面縮陷。

4 工藝優(yōu)化

（1）通過與客戶溝通，修改圖紙。增加大法蘭盤的8條均布拉筋，在鑄件高溫收縮的過程中能拉住兩側(cè)法蘭盤，使其尺寸符合新的圖紙要求。

（2）砂芯通過組裝的方式完成，主要依靠操作者自己精心測量及自己檢查，有時會因為操作者不同而導致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，所以對現(xiàn)場操作者的責任心要求極高。為提升質(zhì)量，簡化操作過程，我們對工藝及模具的設計進行修改[2]，同時結(jié)合現(xiàn)場操作，并保證質(zhì)量穩(wěn)定。因此改用預埋中間纜繩槽覆膜砂芯的方法進行制芯，這樣主要依靠模具確保產(chǎn)品尺寸，減少人為因素，提升質(zhì)量。

（3）纜繩槽砂芯表面刷鋯英粉涂料，確保鑄件表面光潔[3]，而且防止砂芯膨脹變形。

（4）通過解剖鑄件發(fā)現(xiàn)內(nèi)腔插齒位置著色探傷后有缺陷，通過模擬分析，此位置有縮松的傾向，將頂部通道拉直，模擬后發(fā)現(xiàn)縮松消失。修改結(jié)構(gòu)，消除“卡脖子”現(xiàn)象，使補縮通道順暢從而有效解決內(nèi)腔插齒位置縮松。將冒口由暗冒口改為明冒口＋發(fā)熱劑的方式，促進砂芯及型腔的排氣，解決縮陷的問題。

5 改進工藝后實驗過程

（1）通過增設拉筋及增加反變形量的方法，驗證一爐產(chǎn)品從第一件與最后一件澆注溫度相差40℃的情況下，產(chǎn)品收縮凝固后，對大法蘭尺寸間距進行測量，發(fā)現(xiàn)20件產(chǎn)品尺寸的偏差不會超過1.5mm，符合產(chǎn)品圖紙公差要求。很好的控制產(chǎn)品的變形。

（2）殼芯模具的拆活部分沒有互換性，殼芯模具不會放反，粘芯過程配合良好，操作容易完成。預埋的覆膜砂芯與外圍呋喃樹脂寶珠砂芯不會存在錯位現(xiàn)象，現(xiàn)場測量砂芯尺寸，符合工藝設計要求。工作效率提高，由原來每小時2個砂芯提高至每小時6個。

（3）覆膜砂芯卷揚槽位置表面刷鋯英粉涂料，澆注后的產(chǎn)品外觀，同一爐的兩件產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)刷涂料的產(chǎn)品外觀明顯表面光潔很多。

（4）修改補縮通道，改為明冒口后對產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量檢查，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部質(zhì)量缺陷和表面縮陷的現(xiàn)象，得到表面及內(nèi)部質(zhì)量良好的產(chǎn)品。

6 總結(jié)

（1）經(jīng)過采取以上的各項措施，大幅降低了卷揚筒系列產(chǎn)品各工序的處理成本，提高了生產(chǎn)效率，解決了一系列產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。同時對車間管理人員及現(xiàn)場的操作者進行專題培訓，提高大家的技術(shù)水平，并制定各關(guān)鍵工序作業(yè)指導書。

（2）通過此次產(chǎn)品開發(fā)及優(yōu)化的過程，總結(jié)經(jīng)驗，在今后的產(chǎn)品開發(fā)的前期策劃中要將工藝設計和現(xiàn)場操作相結(jié)合，集思廣益，做好產(chǎn)品質(zhì)量的前期預防，而不是事后糾正，為產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高夯實基礎(chǔ)。

[1] 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊：第5卷.鑄造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 于時進,王小彥.鑄造工業(yè)各項技術(shù)標準與國際標準[M].吉林：吉林電子出版社，2003.

[3] 李昂,吳密.鑄造工藝設計技術(shù)與生產(chǎn)質(zhì)量控制實用手冊[M].北京：金版電子出版公司，2003.