一种大型斗唇的铸造方法

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，具体涉及一种大型斗唇的铸造方法。

背景技术

已知的，铲车主要分为大、中、小三种，其中中、小型铲车主要通过液压机构装卸物料，铲斗容量大多在10m

以电铲为例，钢丝绳电铲拥有庞大的身躯以及惊人的挖掘能力，其挖斗最大负载量上限能够达到120吨，自身重量更是达到1369吨，被人称之为“矿山巨无霸”。而在钢丝绳电铲中斗唇是电铲铲斗中的核心部件，现有斗唇产品成品重量约为9吨，由于孔洞较多，毛坯重量为12吨。最大外形尺寸为5200mm×1400mm×1200mm，成品壁厚在158～171mm左右，属于大型铸钢件。在使用时，斗唇与齿尖和齿座通过销子紧密连接，将物料铲起来。受力环境比较恶劣，主要受冲击载荷，使用温度范围在±40℃左右，因此，对低温的冲击韧性有很高的要求。

电铲铲斗的大小与电铲的工作效率直接相关，铲斗越大，工作的效率也越高，电铲的价格也会随着增加，但是吨开采的成本会下降。目前国内与国外在电铲产品的差距主要体现在以下两个方面：

第一，受质量因素的影响，电铲的寿命周期较短，电铲的失效形式主要为铲斗的斗唇断裂失效、铲斗的底板的断裂失效等；

第二，缺乏大型电铲的设计和制造能力。

因此，如何提供一种大型斗唇的铸造方法就显得尤为重要。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种大型斗唇的铸造方法，本发明在热处理的过程中，采取了设置两条拉筋来防止变形引起裂纹，在调质后，凡是发现大于3mm的缺陷，都优先进行打磨去除等，有效的防止斗唇发生断裂失效。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种大型斗唇的铸造方法，所述铸造方法具体包括如下步骤：

第一步、造型：

A、首先将铸造模具放置在地面上，放置中空的钢管和钢筋来加强砂型的强度，防止砂型掉落；

B、将发热冒口套、冒口易割片和浇注陶瓷管摆放好，并固定牢固，在摆放冒口易割片时，冒口易割片位于发热冒口套的下面，通过冒口易割片的设置使冒口形成易割冒口；

C、填充型砂，在填充的同时，要保证型砂的紧实度；

D、砂型完成后，静置1～3个小时，待砂型硬化后，进行起模操作；

E、刷涂涂料，烘烤至砂型变色，干燥处理；

F、制作砂芯时，要注意排气通道的顺畅；

G、下芯后，检查壁厚是否符合设计要求，确认符合设计要求后进行合箱操作；

H、在浇注前1～3小时，对热风，90～110℃，保持30～60min；

第二步、熔炼与浇注：

将铸造原料在电弧炉内熔炼熔化后获得钢熔液，为防止钢熔液与空气中的氧发生反应，在浇注前1～3h，往铸造模具的型腔中通入90～110℃的热风，通热风的时间为30～60min，以去除型腔及型砂表面的水分，然后再往铸造模具的型腔内通入氩气，由于氩气的密度大于空气，氩气从型腔的底部进入；

然后对钢熔液的成分和温度进行检测，当钢熔液的成分符合内控要求，温度在1560±5℃时，将钢熔液浇注到铸造模具的型腔内，浇注时，首先要控制钢熔液的流速为140～160kg/S，总的浇注时间控制在160～180s，当浇注到工艺要求高度时，停止浇注，浇注完成后添加发热覆盖剂，待钢熔液冷却后获得铸件；

第三步、冷却、落砂、清理：

A、浇注完成后，铸件在砂型中自然冷却，冷却时间为144～200小时，冷却完成后的温度为300～500℃；

B、冷却时间到后，将铸件从砂型里取出，清理过程中，要防止对铸件表面有损害；

C、清理铸件表面的浮沙，使之露出金属表面；

D、采取撞击的形式去除铸件上的易割冒口；

第四步、毛坯检测：

检测毛坯的尺寸和外观，毛坯的尺寸和外观应符合设计要求；

第五步、粗加工：

A、首先将工件立放，按侧面非加工面找垂直，参照弧顶高度座标尺寸左右对称调平工件，画出工件底面X基准加工尺寸线；以内腔两侧非加工面为基准画出基准中心线，画左右外侧端加工尺寸线；

B、以非加工圆弧面为基准划Y基准面加工尺寸线；

C、在非加工面处分别用四块钢板断续焊接作为装卡工艺块；

D、将工件按线调平拉正，Y基准面朝向主轴；粗铣Y基准面，单边留余量12～18mm；

E、调装，Y基准面向下装卡，X基准面朝向主轴，按线找正，按Y基准面找平，紧固；粗铣X基准面，单边留余量12～18mm；安装铣头，粗铣平面，单边留余量12～18mm；

第六步、对工件进行UT、MT和RT探伤：

首先对粗加工后的工件进行UT探伤，探伤等级为工件的坡口处1级，其余部位2级；

在对粗加工后的工件进行UT探伤后对工件进行MT探伤，进行MT探伤时不允许有超过2mm的线性显示；

然后对工件进行RT探伤，RT探伤标准为ASTM E446/E280/E186，不允许有D、E、F类缺陷；

第七步、对铸件进行热处理：

对铸件进行预备热处理和性能热处理，预备热处理在粗加工前进行，预备热处理为正火加回火，目的是均匀铸件内的成分，稳定组织，消除应力，为后续工序做准备；性能热处理为调质处理，目的是为了使铸件达到斗唇的使用性能；

第八步、对工件进行精加工：

A、将工件立放，按侧面非加工面找垂直，参照弧顶高度座标尺寸左右对称调平工件，画出工件底面X基准加工尺寸线；以内腔两侧非加工面为基准画出基准中心线，画左右外侧端加工尺寸线；

B、以非加工圆弧面为基准划Y基准面加工尺寸线；

C、将工件按线调平拉正，X基准面朝向主轴；精铣X基准面；编程精铣内腔处倒角及圆角；

D、调装，将工件Y基准面朝向床身，以已加工X基准面为定位基准找水平，按线左右调平拉正，紧固；精铣Y基准面；

E、编程精铣内腔尺寸、一侧端面及相邻台面、圆角；

F、安装铣头，精铣右侧斜面；兼顾斜面角度尺寸及相关尺寸；

G、调铣头，精铣倒角；

H、调铣头，精铣斜面及相邻台阶面，圆角，兼顾相关尺寸，编程精铣该面腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔内该面垂直；

I、编程精铣内腔处腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔内腔面垂直；

J、调装，工件旋转180°，精铣尺寸一侧轮廓面及相邻台面、圆角；编程接刀精铣内腔处腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔内腔面垂直调装，工件旋转90°，精铣左侧端面及相邻台阶面、圆角，编程接刀精铣该面处腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔该面垂直调装，工件旋转180°，精铣右侧端面及相邻台阶面、圆角，编程接刀精铣该面处腰孔及孔口圆角，保证腰形孔该面垂直；

K、调装，X基准面向下装卡，顶部弧面对床身，按Y基准面打表找正，紧固；

L、编程精铣顶部圆弧面及各凸台面、圆角；

M、按照图纸及质量信息单要求检验；

N、按照图纸及质量信息单要求涂漆及包装后入库。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第一步中铸造模具在制造时，由于斗唇的结构较大，对铸造模具的芯盒进行分段，以免砂芯尺寸过大，难以生产，模具材质为压实胶合板，交错布置在型板上，型板为钢结构，有效防止翘曲变形，由于产品尺寸大，型板采用分体结构，型板经数控加工，然后将加工后的型板与芯盒组装在一起获得所需的铸造模具。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第二步中钢熔液按重量份包括如下组分：

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第二步中熔炼钢熔液时，由于对斗唇的冲击要求较高，导致对内部的延迟裂纹比较敏感，须将铸件中的H含量降到5PPM以下，所以在熔炼时，所有合金须进行烘烤，尤其是Ni，Ni的占比最高，且Ni的含氢量较大，须进行7～9小时的高温烘烤，烘烤的温度为600～800℃，以达到最大程度消除原材料中带来的氢气危害。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第二步中熔炼钢熔液时，通过电弧炉采用三期法进行熔炼，所述三期法包括熔化期、氧化期和还原期。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第六步中进行MT探伤时，使用型号为CEE-1磁粉探伤仪，灵敏度试片30/100Al，黑磁粉，煤油媒介，磁化方法为通电，绕线/磁轭；检验方法为湿连续法；工作照明：≥500Lx；磁化电流为＞44N；磁悬液浓度为15g/L；退磁要求为5G。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第六步中进行RT探伤时，设备型号为DZ-9/3000，管电压为KV9Mev；曝光时间为80-1200rad；透照方式为单壁单影底片；黑度为1.8-4.0；F(mm)：1630-1770；f(mm)：1500；b(mm)130-270。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第七步中预备热处理的操作要点为，在进行预备热处理前，要确定产品的结构和尺寸必须符合图纸要求，需去除的割筋、补块和冒口须清楚干净，严禁过割，尺寸须符合图纸公差要求，特别是内外档的尺寸，若不合适，需要在热处理时进行矫正；

在预备热处理时，正火的升温速度为≤80℃/h，中间保温550±10℃，保温两个小时，正火温度为920±10℃，保温10小时；

回火时，升温速度为≤80℃/h，回火温度580±10℃，保温8小时；

正火和回火，均采用空冷的方式，进行冷却。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第七步中性能热处理的操作要点为，在性能热处理前须确认铸件的外观、尺寸、探伤合格，由于在调质过程中应力较大，须焊制两条Φ120～Φ160mm拉筋，防止变形，调质时，包括升温、保温和冷却三部分，升温速度控制在≤80℃/小时，并且设置550～650℃中间保温1～3小时，保温温度控制在870±10℃，冷却采用水淬，从炉门打开到入水，控制时间在50s之内，水温为30～35℃，调质结束时，温度上升在5℃之内，铸件冷却至50～100℃，方可出水。

所述的大型斗唇的铸造方法，所述第七步中斗唇的使用性能包含拉伸性能、低温冲击性能、硬度检测和金相检测，所述拉伸性能在检测时使用拉伸试验机对铸件的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面伸缩率进行检测，铸件的抗拉强度≥724Mpa，屈服强度≥896Mpa，伸长率≥12％，断面伸缩率≥25％，所述低温冲击性能在检测时，检测铸件在-18℃下的冲击值，铸件的冲击值≥27J，所述硬度检测时，采用便携式手提硬度计锤击测试，硬度＝277～331HB，所述金相检测时，检测铸件的回火马氏体含量，来验证调质效果。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明为了防止斗唇断裂失效，通过在大型发热冒口上结合易割片使用，采取撞击形式去除冒口，在满足了基本补缩的前提下，从根源上尽可能的减少表面微裂纹的产生，进一步，客户标准要求表面裂纹不得小于7mm，本发明在调质前，凡是发现的裂纹，都采取了焊补或者打磨的方式去除，在热处理的过程中，还采取了设置两条Φ120～Φ160mm的拉筋来防止变形引起裂纹，在调质后，凡是发现大于3mm的缺陷，均需优先进行打磨去除等，适合大范围的推广和应用。

附图说明

图1是本发明实施例中易割冒口的设置位置示意图；

图2是本发明实施例中两条Φ120～Φ160mm的拉筋设置位置示意图；

图3是本发明实施例中利用本发明制备出的大型斗唇的实物照片；

图4是本发明实施例中冒口易割片的主视结构示意图；

图5是图4的A-A剖视结构示意图；

图6是本发明实施例中冒口易割片的实物照片；

图7是本发明实施例中冒口易割片制作时的砂芯照片；

图8是本发明实施例中冒口易割片制作时的芯盒照片。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～8，本发明所述的一种大型斗唇的铸造方法，所述铸造方法具体包括如下步骤：

第一步、造型：

A、首先将铸造模具放置在地面上，放置中空的钢管和钢筋来加强砂型的强度，防止砂型掉落；

B、将发热冒口套、冒口易割片和浇注陶瓷管摆放好，并固定牢固，在摆放冒口易割片时，冒口易割片位于发热冒口套的下面，通过冒口易割片的设置使冒口形成易割冒口；

C、填充型砂，在填充的同时，要保证型砂的紧实度；

D、砂型完成后，静置1～3个小时，待砂型硬化后，进行起模操作；

E、刷涂涂料，烘烤至砂型变色，干燥处理；

F、制作砂芯时，要注意排气通道的顺畅；

G、下芯后，检查壁厚是否符合设计要求，确认符合设计要求后进行合箱操作；

H、在浇注前1～3小时，对热风，90～110℃，保持30～60min；

具体实施时，如图1所示，所述铸造模具在制造时，由于斗唇的结构较大，对铸造模具的芯盒进行分段，以免砂芯尺寸过大，难以生产，模具材质为压实胶合板，交错布置在型板上，型板为钢结构，有效防止翘曲变形，由于产品尺寸较大，产品的外模也需要分成两块，分别进行数控加工。加工完成后，通过长杆螺栓连接，将其固定在同一块型板上，实现两个模型的拼接。然后将加工后的型板与芯盒组装在一起获得所需的铸造模具；

进一步，产品内档难以起模的部位，长度为4832mm，做成一个砂芯的话，尺寸太大，难以翻转和吊运。工艺设计为对称的两个砂芯，每个砂芯长度为2416mm。采用框式结构和螺栓紧固连接，能保证紧固和可拆卸的两个作用，是模型制作中最为常用的一种形式。

进一步，铸造模具上的冒口采用易割冒口，易割冒口的形状与设置位置详见附图1所示，易割冒口的形状结构如图4、5、6所示，易割冒口制作时的砂芯与芯盒结构如图7、8所示，本发明通过易割冒口的使用，可以起到减少冒口切割时产生冷裂纹的风险。一般的易割冒口都是在最大Φ140mm冒口使用，易割片进口仅有Φ70mm。本发明中使用的冒口为Φ325mm，采用易割形式，用铬矿砂结合水玻璃粘结剂制造而成，易割片中心为90°的应力集中点，厚度为30mm，圆角R2以防止掉砂。

一般认为，在钢水的包围下，易割片长时间处于高温状态，可以使冒口颈的钢水保持在液态，不影响铸件的补缩效果。这点在模拟和后续的实际生产中，已得到充分的验证。

在落砂后，可以采用撞击的方式去除冒口。减少了平时一般采用的火焰切割的缺点，可以最大程度减少在切割冒口时候，引起的冷裂纹。需要说明的是，常规冒口一般采用气割枪热割冒口，容易使合金受热，产生裂纹。在切割时，往往因为温度控制不好，产生许多表面微裂纹。一般易割片只使用在小型冒口上，本发明，创新性的在大型发热冒口上结合易割片使用，采取撞击形式去除冒口。在满足了基本补缩的前提下，从根源上，尽可能的减少了表面微裂纹的产生。

进一步，由于铸造模具的结构为本领域常规的结构，在此发明人不做过多累述。

第二步、熔炼与浇注：

将铸造原料在电弧炉内熔炼熔化后获得钢熔液，为防止钢熔液与空气中的氧发生反应，在浇注前1～3h，往铸造模具的型腔中通入90～110℃的热风，通热风的时间为30～60min，以去除型腔及型砂表面的水分，然后再往铸造模具的型腔内通入氩气，由于氩气的密度大于空气，氩气从型腔的底部进入；

然后对钢熔液的成分和温度进行检测，当钢熔液的成分符合内控要求，温度在1560±5℃时，将钢熔液浇注到铸造模具的型腔内，浇注时，首先要控制钢熔液的流速为140～160kg/S，总的浇注时间控制在160～180s，当浇注到工艺要求高度时，停止浇注，浇注完成后添加发热覆盖剂，待钢熔液冷却后获得铸件；

具体实施时，所述熔炼钢熔液时，由于对斗唇的冲击要求较高，导致对内部的延迟裂纹比较敏感，须将铸件中的H含量降到5PPM以下，所以在熔炼时，所有合金须进行烘烤，尤其是Ni，Ni的占比最高，且Ni的含氢量较大，须进行7～9小时的高温烘烤，烘烤的温度为600～800℃，以达到最大程度消除原材料中带来的氢气危害。

进一步，所述熔炼钢熔液时，通过电弧炉采用三期法进行熔炼，所述三期法包括熔化期、氧化期和还原期；

进一步，所述钢熔液按重量份包括如下组分：

第三步、冷却、落砂、清理：

A、浇注完成后，铸件在砂型中自然冷却，冷却时间为144～200小时，冷却完成后的温度为300～500℃；

B、冷却时间到后，将铸件从砂型里取出，清理过程中，要防止对铸件表面有损害；

C、清理铸件表面的浮沙，使之露出金属表面；

D、采取撞击的形式去除铸件上的易割冒口；

第四步、毛坯检测：

检测毛坯的尺寸和外观，毛坯的尺寸和外观应符合设计要求；

第五步、粗加工：

A、首先将工件立放，按侧面非加工面找垂直，参照弧顶高度座标尺寸左右对称调平工件，画出工件底面X基准加工尺寸线；以内腔两侧非加工面为基准画出基准中心线，画左右外侧端加工尺寸线；

B、以非加工圆弧面为基准划Y基准面加工尺寸线；

C、在非加工面处分别用四块钢板断续焊接作为装卡工艺块；

D、将工件按线调平拉正，Y基准面朝向主轴；粗铣Y基准面，单边留余量12～18mm；

E、调装，Y基准面向下装卡，X基准面朝向主轴，按线找正，按Y基准面找平，紧固；粗铣X基准面，单边留余量12～18mm；安装铣头，粗铣平面，单边留余量12～18mm；

第六步、对工件进行UT、MT和RT探伤：

首先对粗加工后的工件进行UT探伤，探伤等级为工件的坡口处1级，其余部位2级；

在对粗加工后的工件进行UT探伤后对工件进行MT探伤，进行MT探伤时不允许有超过2mm的线性显示；

然后对工件进行RT探伤，RT探伤标准为ASTM E446/E280/E186，不允许有D、E、F类缺陷；

具体实施时，所述进行MT探伤时，使用型号为CEE-1磁粉探伤仪，灵敏度试片30/100Al，黑磁粉，煤油媒介，磁化方法为通电，绕线/磁轭；检验方法为湿连续法；工作照明：≥500Lx；磁化电流为＞44N；磁悬液浓度为15g/L；退磁要求为5G；

进一步，所述进行RT探伤时，设备型号为DZ-9/3000，管电压为KV9Mev；曝光时间为80-1200rad；透照方式为单壁单影底片；黑度为1.8-4.0；F(mm)：1630-1770；f(mm)：1500；b(mm)130-270。

第七步、对铸件进行热处理：

对铸件进行预备热处理和性能热处理，预备热处理在粗加工前进行，预备热处理为正火加回火，目的是均匀铸件内的成分，稳定组织，消除应力，为后续工序做准备；性能热处理为调质处理，目的是为了使铸件达到斗唇的使用性能；

具体实施时，所述预备热处理的操作要点为，在进行预备热处理前，要确定产品的结构和尺寸必须符合图纸要求，需去除的割筋、补块和冒口须清楚干净，严禁过割，尺寸须符合图纸公差要求，特别是内外档的尺寸，若不合适，需要在热处理时进行矫正；

在预备热处理时，正火的升温速度为≤80℃/h，中间保温550±10℃，保温两个小时，正火温度为920±10℃，保温10小时；

回火时，升温速度为≤80℃/h，回火温度580±10℃，保温8小时；

正火和回火，均采用空冷的方式，进行冷却；

进一步，如图2所示，所述性能热处理的操作要点为，在性能热处理前须确认铸件的外观、尺寸、探伤合格，由于在调质过程中应力较大，须焊制两条Φ120～Φ160mm拉筋，防止变形，调质时，包括升温、保温和冷却三部分，升温速度控制在≤80℃/小时，并且设置550～650℃中间保温1～3小时，保温温度控制在870±10℃，冷却采用水淬，从炉门打开到入水，控制时间在50s之内，水温为30～35℃，调质结束时，温度上升在5℃之内，铸件冷却至50～100℃，方可出水；

进一步，所述斗唇的使用性能包含拉伸性能、低温冲击性能、硬度检测和金相检测，所述拉伸性能在检测时使用拉伸试验机对铸件的抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面伸缩率进行检测，铸件的抗拉强度≥724Mpa，屈服强度≥896Mpa，伸长率≥12％，断面伸缩率≥25％，所述低温冲击性能在检测时，检测铸件在-18℃下的冲击值，铸件的冲击值≥27J，所述硬度检测时，采用便携式手提硬度计锤击测试，硬度＝277～331HB，所述金相检测时，检测铸件的回火马氏体含量，来验证调质效果；

第八步、对工件进行精加工：

A、将工件立放，按侧面非加工面找垂直，参照弧顶高度座标尺寸左右对称调平工件，画出工件底面X基准加工尺寸线；以内腔两侧非加工面为基准画出基准中心线，画左右外侧端加工尺寸线；

B、以非加工圆弧面为基准划Y基准面加工尺寸线；

C、将工件按线调平拉正，X基准面朝向主轴；精铣X基准面；编程精铣内腔处倒角及圆角；

D、调装，将工件Y基准面朝向床身，以已加工X基准面为定位基准找水平，按线左右调平拉正，紧固；精铣Y基准面；

E、编程精铣内腔尺寸、一侧端面及相邻台面、圆角；

F、安装铣头，精铣右侧斜面；兼顾斜面角度尺寸及相关尺寸；

G、调铣头，精铣倒角；

H、调铣头，精铣斜面及相邻台阶面，圆角，兼顾相关尺寸，编程精铣该面腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔内该面垂直；

I、编程精铣内腔处腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔内腔面垂直；

J、调装，工件旋转180°，精铣尺寸一侧轮廓面及相邻台面、圆角；编程接刀精铣内腔处腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔内腔面垂直调装，工件旋转90°，精铣左侧端面及相邻台阶面、圆角，编程接刀精铣该面处腰形孔及孔口圆角，保证腰形孔该面垂直调装，工件旋转180°，精铣右侧端面及相邻台阶面、圆角，编程接刀精铣该面处腰孔及孔口圆角，保证腰形孔该面垂直；

K、调装，X基准面向下装卡，顶部弧面对床身，按Y基准面打表找正，紧固；

L、编程精铣顶部圆弧面及各凸台面、圆角；

M、按照图纸及质量信息单要求检验；

N、按照图纸及质量信息单要求涂漆及包装后入库。制备好的大型斗唇如图3所示。

利用本发明制备的大型斗唇，通过工艺保证和严格的过程控制，生产的斗唇产品外观光滑、尺寸变形小、内部组织致密，未有超标缺陷。经客户验证，完全达到了所需的内质和外观以及尺寸等方面的质量要求，一次性验证合格。

本发明制备的大型斗唇经装配安装应用，完全达到了使用的效果要求，填补了国内制造此种产品的缺失空白，为国家大型工程机械的零部件制造奠定了夯实了坚实的基础等。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。