《山东冶金》 2005年第1期
铸钢轮类铸件系列化生产工艺设计
牟相山
（济钢集团 石横特殊钢厂，山东 泰安 271612）
摘 要：介绍了齿轮铸件的结构取值比例以及冒口和浇注系统的设计。轮类铸件采用系列化设计，简化了设计程序，稳定了铸件质量。
关键词：铸钢齿轮；轮类铸件；系列化设计
中图分类号：TG269
文献标识码：B
文章编号：1004-4620（2005）01-0062-01
轮类铸件一般指齿轮、车轮等圆类铸件，这类铸件对毛坯质量要求较高，尤其是铸件再进行调质处理时,由于组织不致密，容易使铸件产生裂纹,导致铸件报废。通过采用系列化设计，可有效地提高铸件实物质量。以齿轮铸件为例，介绍轮类铸钢件系列化设计的过程。
1 铸件结构的审核
齿轮类铸件结构有单辐板、双辐板、多辐板。但无论哪种结构的辐板，轮毂厚度T2(见图1)与轮缘厚度T1应接近，相差过大易产生裂纹。轮辐厚度t太小容易造成轮辐与轮缘交接处产生裂纹，t值太大，铸件容易产生缩松。因此结构审核对确保铸件的质量尤为重要。
图1 齿轮类铸件结构示意图
铸件结构可采用下面的表达式进行验算：
（1）对ZG270-500齿轮的要求：T1≤3t，T2≤4t：t
= r≥15mm，c=t，d≥t
（2）对ZG310-570、ZG340-640及合金齿轮的要求：T1≤2t(齿轮直径大于2000mm时，T1≤25t)；T2≤3t：t=r≥25mm，c=t，d≥t
2 冒口的选取
对于批量生产的铸件，以采用专用冒口为佳；对于单件小批量生产的铸钢件采用标准冒口为佳。专用冒口设计一般以铸件热节圆为基础选取冒口的短轴尺寸，再以补缩距离为依据选取长轴尺寸。在生产中大多数还是使用标准冒口。
2.1 冒口尺寸的确定
生产中为简化设计，对冒口的选取一般根据铸件热节圆的大小来选取冒口的大小，热节圆的大小一般采用下面公式计算：
T=B +(t/2+r)2/(B+2t) （1）
d冒=（1.8～2.0）T（保温冒口） （2）
式中 T—热节圆直径；
B—轮缘、轮毂厚度；
t—轮辐厚度。
也可以用比例法放样确定，如比例合适，放样法较准确，采用CAD绘图放样，确定T值更为准确。
2.2 冒口补贴的确定
为确保铸件顺序凝固以及有效补缩轮辐与轮缘交接处，铸件需要采用补贴（见图2， R1、R2、R3为过
渡连接过渡圆半径。采用如下方法确定补贴值：R1=T=(1.1～1.2 )R，
T1=(1.3～1.5)T。
图2 冒口及补贴示意图
2.3 冒口个数的确定
一般情况下，冒口的数量与铸件的水平补缩距离（冒口在水平方向的有效补缩范围）有关，轮类铸件水平方向的补缩距离L为（4～6）T。生产中冒口一般放在轮辐与轮缘交接热节处，对于直径较大的铸件，补缩距离不足，可以采用外冷铁激冷的方法来提高冒口的补缩效果；对于直径较小的铸件，补缩距离过剩，可以采用隔筋放置冒口的方法，无冒口的热节处采用内冷铁激冷，防止缩松的产生。
2.4 冒口验算
铸件工艺出品率过高，铸件容易产生缩孔、缩松；过低，说明冒口过剩，造成钢水浪费。通过对铸件工艺出品率的验算，可以对冒口高度进行合理调整。齿轮铸钢件工艺出品率一般取67%～70%。
3 浇注系统的设计
齿轮类铸件的浇注系统一般采用切向浇口，对于高度大于200mm的铸件一般采用底返切入，使铸件各个部位热量分布均匀，不至于局部过热而引起裂纹及缩松。图3a为切向浇口的反向切入方向；最好不要采用顺向切入(图3b)，因钢液流速过快，易产生紊流，充型不平稳，对铸件内在质量影响较大。内浇口的数量选取能确保开放式浇注即可。
图3 浇口切入方向示意图
4 齿轮生产中常见裂纹及原因
（1）辐板与轮缘交接处裂纹：辐板结构不合理；热处理升温过快。
（2）冒口中心处裂纹：铸件出现缩孔、缩松；切割工艺不合理（合金钢、高碳钢冒口直径大于300mm时应采取热割工艺）。
（3）内浇口根部裂纹：内浇口处热量过于集中；内浇口比例不合适。
（4）热处理时出现裂纹：钢液不纯净，夹杂物较多；铸件组织不均匀，有缩松存在。
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