1.工程概述

铸钢大齿轮是矿山、冶金、水泥、建材、煤炭、电力等行业的重要大型铸钢件，齿轮圈材质为ZG42CrMo，凝固温度范围大，其凝固特性决定了铸件易形成显微疏松，磁粉检测后出现超标磁痕显示。随着近年来质量要求越来越高，检验越来越严，生产中铸造缺陷频发，特别是精加工后，齿面部位存在砂眼、气孔、疏松、裂纹等缺陷，造成大量毛坯返修，不仅影响质量，增加成本，还影响交货期，因而大型齿轮圈铸钢件的生产直接关系国家重点工程项目的质量、安全及进度，对于国计民生具有重要的意义。
零件清单

序号	名称	材质	数量	重量（Kg）	轮廓尺寸(mm)
1	铸钢齿圈	ZG42CrMo	1	41000	Φ6604*558.8

2.主要结构特点和技术要求

2.1结构特点

图2-1 齿轮毛坯结构示意图
1/2齿轮（见2-1齿轮毛坯结构示意图），共2件，齿轮外径约6604mm，双辐板结构，重量约为20.5t/件。
2.2技术要求
1)齿轮圈采用1/2方式生产，粗加工前再用螺栓拼接成型。铸造生产时采取拼接整圈造型，防止铸件变形。
2）铸件材质为ZG42CrMo，应满足GB/T37400.6-2019相关技术要求,并进行化学成分和机械性能检验，屈服强度≥510N/mm2,抗拉强度690-830N/mm2 ，伸长率≥11%，冲击功≥15J，硬度（HB）:250-280。
3）铸钢件清砂后，去除氧化皮，在铸件非加工面处进行磁粉探伤，按《铸钢件磁粉检测》（GB/T9444-2007）有关规定进行检查，2级合格。
4）铸钢件的加工面经粗加工后，应进行磁粉探伤，按《铸钢件磁粉检测》（GB/T9444-2007）有关规定进行检查，2级合格。
5）铸钢件加工面经粗加工后，应进行超声波探伤，按《铸钢件超声检测第1部分：一般用途铸钢件》（GB/T 7233.1-2009）有关规定进行检查， 2级为合格。
6）铸件清砂后，按《铸件尺寸公差与机械加工余量》（GB/T6414-1999）进行尺寸与形状检查，尺寸应符合CT13级公差，并保证有足够的加工余量。
7）保证铸件轮缘壁厚均匀，铸件外观应平整，不允许有气孔、裂缝、缩松、缩孔、冷隔等缺陷。
8）铸件毛坯应进行正火+回火的热处理工艺。

3.铸造工艺设计

3.1浇注位置及分型面确定
考虑到铸件的使用要求和技术要求，遵循铸钢件顺序凝固原则，并结合以往生产类似铸件的经验，确定齿面垂直方向为浇注位置由下向上的浇注及凝固顺序，分型面选择在齿轮端面的平面上。造型方法实样+组芯造型。
3.2工艺参数
考虑铸件在凝固收缩过程中，受铸型的机械阻碍和铸件自身结构影响，选择铸件模样收缩率为1.8%。为保证加工面精度和加工余量，齿面选择35mm，其他面选择30mm。
3.3冒口、浇注系统设置
为保证钢液快速平稳充满型腔，避免出现夹砂夹渣等铸造缺陷，设计均采用底注式浇注系统。
根据铸件壁厚及其结构，为保证形成铸件向冒口的顺序凝固，保证铸件内部组织致密，探伤合格，我们依据实践经验，冒口及浇铸系统设置方案如下图3-1所示。

3-1铸造工艺图

3.4计算机凝固模拟结果
为确保产品内在质量，在产品工艺方案形成后，进行Angcasting计算机模拟，进一步优化工艺。铸造工艺方案经计算机模拟如下图3-2。

3-2齿轮angcasting模拟及缺陷预测评估结果
采用Angcasting计算机模拟软件模拟分析显示，铸件内部没有孤立液相区，钢水最后凝固在冒口内，分析显示铸件本体无缩松倾向，表明齿圈铸造工艺设计是合理的。

4 铸造生产工序控制

4.1木型制作
按铸造工艺要求齿圈采用实样+组芯造型。所有木模均按JB/T7699-1995《铸造用木制模样和芯盒技术条件》“Ⅱ”级要求制作。各个芯盒采用数控加工形成铸件形状、模型要求表面光滑，并保证足够的强度，铸造圆角在芯盒中做出，芯盒中标出浇口和冷铁位置，取模不便处，木模应尽量采用止口形式拉活并定位、木模表面刷漆两遍、在芯盒上标注铸件合同及制号还有芯盒编号。
4.2 造型（制芯）
制芯前，熟悉和研究图纸、工艺、标准、临时变更等有关技术文件，掌握技术工艺要求，准备好造型及制芯用工具、设备。
砂芯涂料选用醇基锆英粉涂料，刷三遍或三遍以上，保证涂层厚度大于1.2mm，涂层厚度应均匀，并且表面不得产生裂纹或脱落。
冷铁应按工艺要求放置。浇注系统采用专用陶瓷浇口管，摆放浇口时要仔细，防止散砂进入浇注系统内。

4.3配芯
下芯前清除型腔、浇注系统和砂芯浮砂及灰尘等杂物，检查砂芯质量，不能使用破损、吸潮、表面质量差、涂料脱落等不合格砂芯。
使用压铁紧固时，要求压铁要放得对称、牢固，压铁放的位置不要妨碍浇注工作，压铁要将垫铁垫在箱带或箱壁上面再将压铁压上。采用热风机烘烤，烘烤时间约为12 小时以上，表面是否烘干应检查确定。如没烘干，均须重新返工至烘干为止。
4.4钢水冶炼、浇注
采用中频炉和精炼炉，选择优质炉料、钢水采取二次精炼提纯，减少非金属夹杂物及有害气体H、O、N含量，严格控制钢水中有害元素的含量，尽量降低钢中S、P含量；合金熔炼出钢时充分脱氧。出钢前钢包进行烘烤
出钢温度控制在1570℃~1580℃。钢包采用Φ80两个滑动水口。钢液出炉后镇静在1555℃~1565℃温度区间内浇注、浇注开始时钢水不能流速过猛，此后全速浇注、浇至冒口后，应适当减小流量，最后按工艺要求点浇冒口。
4.5 打箱、清砂
铸件浇注后在砂模中缓慢冷却，保温一段时间，温度小于300度时开箱，清砂过程中铸件不允许吹风、喷水与撞击；将砂子清除干净并清理浇口、披缝、毛刺，非加工表面精整采用碳弧气刨、砂轮打磨的方法，铸件温度大于350度时热割冒口，按工艺要求留冒口根。
切割本体试样，在试样一端留有10～20mm 余量不割，使试样与产品粘连；清理氧化渣，粗整外形，检查铸件表面质量。
4.6热处理
热处理方式：正火＋回火，热处理工艺如图4-3所示。

4-3正回火工艺图

4.7精整
热处理后对铸件进行打磨、精整，粗糙度满足JB/T5000.6-1998的要求Ra≤100。

4.8检验
选取本体试样进行机械性能试验，并对铸件外观、外形尺寸进行检验；
对铸件进行磁粉探伤，按《铸钢件磁粉检测》(GB/T9444-2007)规定进行检查，2 级合格，并提供磁粉探伤合格证；
对铸件进行划线检查尺寸和加工余量情况。
验收合格后，质量管理部门出合格证明书，该书内容包括：制造厂名称代号、图号或件号、牌号、炉号、化学成分、机械性能及热处理报告、探伤报告。

5结语

在铸造厂提交的工艺方案的基础上，针对齿圈结构特点，结合以往制造经验，通过分析铸造重难点，多次与铸造厂技术人员交流，精心设计既满足铸件设计要求，又符合工厂实际的铸造工艺方案。同时经检验，化学成分、尺寸、UT、MT结果均满足相关标准要求。以上方案经过计算机模拟分析，证明铸造工艺合理可行。

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Introduction to Casting Scheme for 6.6-meter Cast Steel Large Gear

1.工程概述

2.主要结构特点和技术要求

3.铸造工艺设计

4 铸造生产工序控制

5结语

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