雷鵬飛，高俊峰

（太原重型機械集團有限公司特鑄分公司，山西太原 030024）

隨著國內露天礦山生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，挖掘機、推土機等礦用設備的需求量也隨之增加，其配、備件市場空間也越來越大，尤其是一些易磨、易損件。該產(chǎn)品履帶板作為液壓挖掘機行走裝置的重要部分，不僅要承受挖掘機上百噸的自重載荷，其與驅動輪的嚙合剪切力以及高低起伏的路面形成的復雜應力，使得挖掘機履帶板常因強度不夠而產(chǎn)生變形、磨損，甚至報廢，影響鑄件使用壽命，延長礦場采掘工時，增加了礦山的生產(chǎn)成本。因此如何生產(chǎn)出低成本、高品質的履帶板產(chǎn)品，成了擺在我們面前的關鍵問題。

1 技術難點與關鍵點

選用低合金高強度耐磨鋼材質生產(chǎn)的履帶板具有初始強度高，耐磨性能好的優(yōu)點，其合金含量低則降低了生產(chǎn)成本，在處理砂土、小塊巖石等非強烈沖擊碰撞工況條件下，使用效果佳。履帶板毛坯如圖1所示，該履帶板的生產(chǎn)制造存在以下難點：

1）鑄件結構復雜，薄壁、弧面、凹槽較多，鑄造工藝性差，易出現(xiàn)粘砂、砂眼、變形、裂紋等缺陷，同時產(chǎn)品一致性較難保證；

圖1 履帶板毛坯

2）材質綜合機械性能要求高，抗拉強度、屈服強度要求均在1100 MPa以上，且對塑性、韌性、硬度指標要求較高；

3）探傷要求嚴格：試制件100%進行UT、MT探傷，批量生產(chǎn)100%進行磁粉探傷（MT）；

4）鑄造尺寸公差要求較嚴格，執(zhí)行JB/T 5939-91 CT11級精度，允許偏差在±4 mm內，直線度不大于8 mm/m；

5）熱處理時圓弧薄邊易變形，需做工裝支墊；

6）裝配精度要求高，裝配部位為多個相切的圓弧，在不機加工的條件下保證圓弧接觸面是面接觸；

7）根據(jù)其使用工況條件及性能指標，應選擇低合金高強度鋼，而利用此類鋼種生產(chǎn)履帶板在我分公司還屬首次。

2 鑄造工藝設計

2.1 澆注系統(tǒng)及冒口設計

該履帶板材質選用公司自行研發(fā)的TZBL-1材料，根據(jù)其材質及結構特點，采用開放式澆注系統(tǒng)，在鑄件單側分布兩道內水口，內水口呈扁平式，同時在遠離澆道的一側放置3道 30 mm的出氣孔，保證鑄件在澆注時充型順暢。根據(jù)現(xiàn)場跟蹤，鋼液充型比較平穩(wěn)，鑄件毛坯未發(fā)現(xiàn)渣、氣孔及冷隔缺陷。

在鑄件熱節(jié)處同時也是筋板十字交匯處放置了2個 180 mm的縮頸保溫發(fā)熱冒口，鑄件收得率在60%以上。在保證鑄件質量的情況下，提高了收得率，縮頸冒口的使用降低了冒口的后續(xù)處理難度。澆注系統(tǒng)布置示意如圖2.

圖2 履帶板澆注系統(tǒng)示意圖

2.2 主要工藝參數(shù)的選取

2.2.1 鑄造收縮率

鑄件要求的鑄造尺寸公差為JB/T 5939-91 CT11級精度，對于以樹脂自硬砂造型工藝生產(chǎn)的鑄件來說，屬于公差等級要求較高的。另一方面，在裝配時圓弧面的配合要求面接觸，因此縮尺的合理選取將對鑄件尺寸精度起到直接作用。根據(jù)鑄件結構特點及公司生產(chǎn)使用原輔材料情況，結合公司該種材質的特點，選取長、寬方向縮尺為2.0%～2.2%，高度方向縮尺為1.8%～2.0%.

2.2.2 起模斜度

該履帶板屬于薄壁較多的平板類鑄件，為避免砂型在起模時出現(xiàn)破損、變形，木模的起模斜度選取±0.5，同時在模型的拐角、凹槽處覆蓋適量的特種砂來保證起模效果及砂型的完整、光滑，從而確保鑄件表面質量要求。

2.2.3 澆注溫度

根據(jù)鑄件壁薄、凹槽較多的結構特點，選取澆注溫度時考慮防止鑄件產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷，適當提高澆注溫度，但澆注溫度太高，鑄件又會產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂等缺陷，最終選擇將澆注溫度控制在1560℃～1580℃.

2.3 鑄造工藝數(shù)值模擬

該履帶板結構比較復雜，薄壁、圓弧面多，鑄造工藝性較差，為盡可能地避免鑄造缺陷的產(chǎn)生，對鑄造工藝進行了CAE數(shù)值模擬，圖3為履帶板鑄造工藝模擬末期的結果照片。

圖3 鑄造工藝CAE模擬

在CAE模擬過程中，鑄件遵循從下到上、從四周到冒口中心的凝固順序，冒口為最后凝固區(qū)域。鑄件上無明顯縮孔、縮松等缺陷，縮孔全部留在冒口中。

3 熱處理工藝與工裝的設計

根據(jù)以往的經(jīng)驗，結合履帶板的特點，對鑄件進行980℃正火+927℃淬火+204℃低溫回火熱處理。為防止履帶板圓弧面在熱處理時下垂變形，做了熱處理的專用工裝，示意圖見圖4.

履帶板的圓弧面與專用工裝是充分的面接觸，在熱處理冷卻過程中，二者始終保持合二為一的關系，直到鑄件冷卻。熱處理后鑄件圓弧面無明顯變形，整鏈裝配效果良好，達到了預期效果。

圖4 熱處理工裝示意圖

4 試制結果及使用情況

試制兩件后發(fā)現(xiàn)在圓弧薄壁的拐角處有裂紋，分析后認為是此處的尖砂阻礙圓弧面的收縮，由于應力太大發(fā)生縮裂。于是對工藝進行了改進，在此拐角處增設了割筋。后期生產(chǎn)的產(chǎn)品基本解決了前期的裂紋問題。

批量生產(chǎn)的該履帶板產(chǎn)品表面質量優(yōu)良，尺寸一致性好，性能參數(shù)較高，各項力學性能指標全部合格，通過了JB/T5000.14超聲波3級探傷，磁粉2級探傷檢測。經(jīng)過跟蹤現(xiàn)場使用情況，該批次履帶板為同類產(chǎn)品中的優(yōu)質品。前期已生產(chǎn)了整套該種履帶板共100塊，現(xiàn)場使用已有半年多，使用效果良好。表1為產(chǎn)品力學性能理論值與實測值的對比。

表1 產(chǎn)品力學性能理論值與實測值的對比

5 結論

低合金高強度鑄件以其良好綜合力學性能、優(yōu)良的耐磨性、低廉的合金成本以及較好地彌補了高錳鋼在使用中存在的不足，正受到越來越多的重視，低合金鋼鑄件的需求量也越來越大。本次研究開發(fā)的液壓挖掘機履帶板，尺寸公差、力學性能、無損探傷等均屬高標準、高要求，通過CAE模擬及小批量試制，確定了合理的鑄造工藝及熱處理工藝、工裝，最終得到了滿足要求的高質量鑄件。

［1］王文清.鑄造工藝學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］柳百成，黃天佑.鑄造成形手冊上［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2009.

［3］崔忠圻.金屬學與熱處理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［4］牟成海.大型鑄鋼件的數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化［D］.重慶：重慶大學，2007.