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摘要：支框是电渣车渣罐的重要支撑部件，在渣罐倾翻使用过程中支框要承受较大的扭剪力，况且其工作环境十分恶劣，因此对产品质量的要求较高。本文通过对支框的结构特点、图纸技术要求、使用状况等方面进行分析，通过合理设计工艺工装和钢水熔炼工艺等措施，解决了支框轴头裂纹、粘砂等缺陷，保证铸件的内外在质量，提高了生产效率。此次工艺优化对我公司开拓市场和创造品牌产品具有十分重要的意义。
关键词：支框；工艺；裂纹
1.支框使用状况简述、技术要求及前期生产总结
1.1.使用简况及前期试制生产总结
支框主要安装在火车车架上，起固定和支撑渣罐的作用，材质 ZG270-500，其外形尺寸为5640×3750×785mm，主要壁厚为80mm，毛重为12800kg，本次为小批量生产。在渣罐倾翻时承受较大的扭剪力，使用时容易产生变形和断裂，因此铸件不允许有气孔、砂眼、裂纹、冷隔等铸造缺陷，并且具有较好的耐高温及抗脆性断裂性能（见图1）。
图1 支框使用狀况示意图
1.2.主要技术要求
1.2.1.化学成分要求（见下表1）：
表1 支框化学成分要求
1.2.2.力学性能。抗拉强度≥500Mpa。
1.2.3.金相组织。晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
1.2.4.热处理。支框铸造后需进行整体退火处理，消除铸造内应力改善机械力学性能
1.3.前期生产总结
经过前期的试制生产的4件支框情况发现，主要存在以下几点问题：
1.3.1.冒口下“缩孔”缺陷。主要是冒口的补缩能力不足，导致冒口下存在深度约50mm左右的“缩孔”缺陷。
1.3.2.支框腰部存在裂纹。支框在进行体收缩时的内应力较大，导致最后凝固的内浇道部位产生裂纹缺陷。
1.3.3.轴头裂纹裂纹。工艺设计不合理导致。
2.支框铸造工艺方案及工艺参数的最终确定
2.1.工艺分析
2.1.1.支框的几何尺寸较大，属于椭圆框架结构，在框架连接处的热节位置易产生裂纹，增加了铸造难度。在轴头和腰部是力矩传递和受力部位，其内在质量的好坏将直接影响支框的整体寿命；
2.1.2.支框要与渣罐相配合组装，所以几何尺寸必须严格控制在公差范围内；
2.1.3.设计专用工装，以提高生产效率，节约铸造造型和修复成本；
2.1.4.重量的允许偏差为理论重量的3%～5%，通过使用合理的铸件伸尺和工艺参数设计、精心控制各个重点环节、精确计算钢水浇注量等措施加以控制，生产出几何尺寸、外观质量、技术要求质量的合格铸件。
2.2.生产难点及主要技术攻关——轴头裂纹产生的原因分析及解决措施
2.2.1.裂纹产生原因分析
在生产中遇到了轴孔及腰部产生裂纹缺陷得技术难题，此问题严重影响支框的使用寿命，经讨论分析，主要由于以下原因所造成：
2.2.1.1.支框轴头壁厚，冒口设计太小。支框轴头热节位置集中于冒口下的铸件本体上，成为最后凝固部位，受先凝固部位的拉应力影响，其本身强度不足支撑拉应力而导致铸件凝固过程中开裂；
2.2.1.2.浇注温度太高。金属液在接近凝固温度时，由于收缩量较大，强度较低，塑性较差，铸件不能自由收缩易产生热裂纹；
2.2.1.3. 支框腰部裂纹位于水口下方，主要是由于水口位置温度高，最后凝固，受拉应力而开裂；
2.2.2.裂纹解决措施
2.2.2.1.轴孔上部腰圆冒口尺寸设置为Db300×500×550㎜，以利于补缩；
2.2.2.2.中间芯铁全部绑2层草袋，以增加砂型退让性；
2.2.2.3.轴孔孔芯中间内空，制芯时在芯内加入φ45㎜的蛇口棒作为芯铁；
2.2.2.4.提高浇注速度，把φ55㎜孔径的钢水包铸口砖加工到φ65㎜后使用；
2.2.2.5.浇注温度高是支框产生裂纹的主要原因之一，因此要严格控制浇注温度，漏包浇注温度控制在1520～1530℃。
2.3.铸造工艺方案确定
2.3.1.铸造方法选择
通过对支框的结构进行分析，决定采用专用砂箱+专用金属模的铸造造型工艺。
2.3.1.1.设计专用砂箱
专用砂箱的设计思路：
2.3.1.1.1.砂箱随型，保证四周吃砂量至少150mm以上；
2.3.1.1.2.内浇道在砂箱上设计出，分两道从中间部位返向铸件；
2.3.1.1.3. 砂箱要有足够的强度，底箱封死，防止铸件跑火。
2.3.2.设计金属模：金属模伸尺选用25‰，轴头部位铸造圆角相应的增大，为保证起模斜度设计正拔模斜度，轴头两侧15mm，端部20mm，腰部15mm，另在模具上设置活块固定槽，槽深10mm。
2.3.3.型砂选用CO2硬化水玻璃砂。型砂配比为：石英砂100%+水玻璃12～14%。
2.3.4.涂料选用醇基锆英粉涂料，造型后至少涂刷2遍以上，保证涂料层厚度不低于2㎜。
2.4.铸造工艺参数设定
2.4.1.凝固原则：凝固方式采用顺序凝固。
2.4.2.分型面确定（其中分型负数为10mm）
2.4.3.浇注系统计算及参数设定
①、浇注时间确定
2.4.4.冒口设计
2.4.5.冷铁的放置
在铸件的热节位置放置内冷铁可加快铸件冷却速度，取得组织致密铸件；在轴头和热节外部放置外冷铁可以消除热节处的缩孔和缩松，减少裂纹的产生。
3.重点过程的控制要点
3.1.模样制作
3.1.1.按25‰的伸尺制作金属模型；按照12‰伸尺制作EPS实样及活块，按照工艺保证尺寸精度和拔模斜度。
3.1.2.在外皮实样处刻活块2的位置槽深10mm，轴头随型掏空保证壁厚80mm；
3.2.造型
3.2.1.中间芯铁绑两层草袋，提高砂芯退让性；
3.2.2.为保证起模及支框两头端面加工余量，造型时两头端面贴15～20㎜的泡沫；
3.2.4.冒口位置准确、大小合适，保证铸件补缩通道畅通；
3.2.5.砂型的紧实度和透气性合适，涂料涂刷均，且厚度至少1.5mm。
3.3.钢液的冶炼及浇注
3.4.铸件的清整
浇注完毕3小时后打盖箱与中圈之间的卡子，然后吊盖箱，使盖箱松动，以防铸件收缩受阻，48小时后热打箱。高温退火后切割冒口。
3.5. 热处理
支框毛坯的组织晶粒粗大并不均匀，且存在残余内应力，因此需整体退火，获得晶粒均匀细小的铁素体和珠光体组织以达到细化晶粒，消除内应力，改善机加工性能。。
组织说明：铸钢件加热到Ac3以上50～70℃温度，完全奥氏体化后，炉冷分解成细小的铁素体和珠光体，白色为等轴的铁素体和黑色为珠光体，珠光体呈网状分布。
4.总结
4.1.造型时采用金属型模具有效的保证了支框轮廓尺寸的稳定性，筋板，法兰采用EPS活块简化了造型工艺。采用专用砂箱造型，提高了生产效率，同时节约型砂，有效降低生产成本；
4.2.通过控制浇注温度，放置内外冷铁，及松箱、打箱时间的控制，有效的解决了轴头裂纹问题；
4.3.通过电渣车支框的铸造生产，为后续重大异型铸件的生产积累了丰富的经验，为我公司开拓市场和创造品牌产品具有十分重要的意义。
作者简介：陈军 （1982—），男，汉族，四川攀枝花人，兰州理工大学材料成型及控制工程专业铸造方向，助理工程师，主要从事铸造工艺设计及质量控制工作。
关键词：支框；工艺；裂纹
1.支框使用状况简述、技术要求及前期生产总结
1.1.使用简况及前期试制生产总结
支框主要安装在火车车架上，起固定和支撑渣罐的作用，材质 ZG270-500，其外形尺寸为5640×3750×785mm，主要壁厚为80mm，毛重为12800kg，本次为小批量生产。在渣罐倾翻时承受较大的扭剪力，使用时容易产生变形和断裂，因此铸件不允许有气孔、砂眼、裂纹、冷隔等铸造缺陷，并且具有较好的耐高温及抗脆性断裂性能（见图1）。
图1 支框使用狀况示意图
1.2.主要技术要求
1.2.1.化学成分要求（见下表1）：
表1 支框化学成分要求
1.2.2.力学性能。抗拉强度≥500Mpa。
1.2.3.金相组织。晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
1.2.4.热处理。支框铸造后需进行整体退火处理，消除铸造内应力改善机械力学性能
1.3.前期生产总结
经过前期的试制生产的4件支框情况发现，主要存在以下几点问题：
1.3.1.冒口下“缩孔”缺陷。主要是冒口的补缩能力不足，导致冒口下存在深度约50mm左右的“缩孔”缺陷。
1.3.2.支框腰部存在裂纹。支框在进行体收缩时的内应力较大，导致最后凝固的内浇道部位产生裂纹缺陷。
1.3.3.轴头裂纹裂纹。工艺设计不合理导致。
2.支框铸造工艺方案及工艺参数的最终确定
2.1.工艺分析
2.1.1.支框的几何尺寸较大，属于椭圆框架结构，在框架连接处的热节位置易产生裂纹，增加了铸造难度。在轴头和腰部是力矩传递和受力部位，其内在质量的好坏将直接影响支框的整体寿命；
2.1.2.支框要与渣罐相配合组装，所以几何尺寸必须严格控制在公差范围内；
2.1.3.设计专用工装，以提高生产效率，节约铸造造型和修复成本；
2.1.4.重量的允许偏差为理论重量的3%～5%，通过使用合理的铸件伸尺和工艺参数设计、精心控制各个重点环节、精确计算钢水浇注量等措施加以控制，生产出几何尺寸、外观质量、技术要求质量的合格铸件。
2.2.生产难点及主要技术攻关——轴头裂纹产生的原因分析及解决措施
2.2.1.裂纹产生原因分析
在生产中遇到了轴孔及腰部产生裂纹缺陷得技术难题，此问题严重影响支框的使用寿命，经讨论分析，主要由于以下原因所造成：
2.2.1.1.支框轴头壁厚，冒口设计太小。支框轴头热节位置集中于冒口下的铸件本体上，成为最后凝固部位，受先凝固部位的拉应力影响，其本身强度不足支撑拉应力而导致铸件凝固过程中开裂；
2.2.1.2.浇注温度太高。金属液在接近凝固温度时，由于收缩量较大，强度较低，塑性较差，铸件不能自由收缩易产生热裂纹；
2.2.1.3. 支框腰部裂纹位于水口下方，主要是由于水口位置温度高，最后凝固，受拉应力而开裂；
2.2.2.裂纹解决措施
2.2.2.1.轴孔上部腰圆冒口尺寸设置为Db300×500×550㎜，以利于补缩；
2.2.2.2.中间芯铁全部绑2层草袋，以增加砂型退让性；
2.2.2.3.轴孔孔芯中间内空，制芯时在芯内加入φ45㎜的蛇口棒作为芯铁；
2.2.2.4.提高浇注速度，把φ55㎜孔径的钢水包铸口砖加工到φ65㎜后使用；
2.2.2.5.浇注温度高是支框产生裂纹的主要原因之一，因此要严格控制浇注温度，漏包浇注温度控制在1520～1530℃。
2.3.铸造工艺方案确定
2.3.1.铸造方法选择
通过对支框的结构进行分析，决定采用专用砂箱+专用金属模的铸造造型工艺。
2.3.1.1.设计专用砂箱
专用砂箱的设计思路：
2.3.1.1.1.砂箱随型，保证四周吃砂量至少150mm以上；
2.3.1.1.2.内浇道在砂箱上设计出，分两道从中间部位返向铸件；
2.3.1.1.3. 砂箱要有足够的强度，底箱封死，防止铸件跑火。
2.3.2.设计金属模：金属模伸尺选用25‰，轴头部位铸造圆角相应的增大，为保证起模斜度设计正拔模斜度，轴头两侧15mm，端部20mm，腰部15mm，另在模具上设置活块固定槽，槽深10mm。
2.3.3.型砂选用CO2硬化水玻璃砂。型砂配比为：石英砂100%+水玻璃12～14%。
2.3.4.涂料选用醇基锆英粉涂料，造型后至少涂刷2遍以上，保证涂料层厚度不低于2㎜。
2.4.铸造工艺参数设定
2.4.1.凝固原则：凝固方式采用顺序凝固。
2.4.2.分型面确定（其中分型负数为10mm）
2.4.3.浇注系统计算及参数设定
①、浇注时间确定
2.4.4.冒口设计
2.4.5.冷铁的放置
在铸件的热节位置放置内冷铁可加快铸件冷却速度，取得组织致密铸件；在轴头和热节外部放置外冷铁可以消除热节处的缩孔和缩松，减少裂纹的产生。
3.重点过程的控制要点
3.1.模样制作
3.1.1.按25‰的伸尺制作金属模型；按照12‰伸尺制作EPS实样及活块，按照工艺保证尺寸精度和拔模斜度。
3.1.2.在外皮实样处刻活块2的位置槽深10mm，轴头随型掏空保证壁厚80mm；
3.2.造型
3.2.1.中间芯铁绑两层草袋，提高砂芯退让性；
3.2.2.为保证起模及支框两头端面加工余量，造型时两头端面贴15～20㎜的泡沫；
3.2.4.冒口位置准确、大小合适，保证铸件补缩通道畅通；
3.2.5.砂型的紧实度和透气性合适，涂料涂刷均，且厚度至少1.5mm。
3.3.钢液的冶炼及浇注
3.4.铸件的清整
浇注完毕3小时后打盖箱与中圈之间的卡子，然后吊盖箱，使盖箱松动，以防铸件收缩受阻，48小时后热打箱。高温退火后切割冒口。
3.5. 热处理
支框毛坯的组织晶粒粗大并不均匀，且存在残余内应力，因此需整体退火，获得晶粒均匀细小的铁素体和珠光体组织以达到细化晶粒，消除内应力，改善机加工性能。。
组织说明：铸钢件加热到Ac3以上50～70℃温度，完全奥氏体化后，炉冷分解成细小的铁素体和珠光体，白色为等轴的铁素体和黑色为珠光体，珠光体呈网状分布。
4.总结
4.1.造型时采用金属型模具有效的保证了支框轮廓尺寸的稳定性，筋板，法兰采用EPS活块简化了造型工艺。采用专用砂箱造型，提高了生产效率，同时节约型砂，有效降低生产成本；
4.2.通过控制浇注温度，放置内外冷铁，及松箱、打箱时间的控制，有效的解决了轴头裂纹问题；
4.3.通过电渣车支框的铸造生产，为后续重大异型铸件的生产积累了丰富的经验，为我公司开拓市场和创造品牌产品具有十分重要的意义。
作者简介：陈军 （1982—），男，汉族，四川攀枝花人，兰州理工大学材料成型及控制工程专业铸造方向，助理工程师，主要从事铸造工艺设计及质量控制工作。