HT250灰口铸铁在电子工业专用设备中的应用[1]

结构设计力求形状简单。铸件基本形状为长 方体，突出部位便于磨消加工，安装直线导轨和轴 承座。为了便于导轨调试定位，设计了定位凸台； 底部设计了凹坑，既减少了铸造金属和大面积的 精加工面积，又有利于减小壁厚，获得厚度较一致 的截面。为了提高零件定位凸台的承载能力，零件 的结构增加设计了加强筋。结构设计中设计了结 构圆角。见图 ４、图 ５、图 ６。
精密工作台的直线导轨安装座导轨安装面 和定位面形位公差精度要求高，在使用中不允许 较大的变形，形状复杂，而 ＨＴ２５０ 灰 口 铸 铁 具 有 较好的机械性能和铸造性能，因此选择这种材料 铸造加工直线导轨安装座。设计导轨安装面和定 位面为精加工面，丝杠的轴承支撑座安装面为精 加工面，安装基准面为精加工面，导轨调试压板安 装面为粗加工面，其余表面不加工。这样的结构能 够满足直线导轨的安装调试，并且最大限度减少 加工面。
铸件内腔的设计力争形状简单，少用型芯。型 芯 制 作 困 难 ，浇 铸 容 易 损 坏 ，从 而 影 响 铸 造 质 量 ， 多会在铸件壁内形成气孔。另外为了提高铸造工 艺性，可以在型芯处增加铸造工艺孔［４］。
3.2 铸造材料对铸件结构设计的要求 铸 件 的 许 多 缺 陷 ，如 缩 孔 、变 形 、裂 纹 、浇 不
2.2 HT250 灰 口 铸 铁 热 处 理 工 艺 铸件热处理后不但可以获得较好的切削加工
性，更重要的是可以根据需要获得较好的机械性 能 ，消 除 切 削 应 力 ，均 化 组 织 ，在 后 期 的 使 用 中 不 会出现较大的由应力产生的变形。
铸件完成后首先应退火，消除铸造应力，细化 组织，使成分均化。铸件加热至 ７０５～７６０ ℃后保 温，缓慢冷却。
EPE 电 子 工 业 专 用 设 备 Equipment for Electronic Products Manufacturing
专用设备研制
ＨＴ２５０ 灰口铸铁在电子工业专用 设备中的应用
杨树文，秦 江，胡章坤，涂佃柳
（北京中电科电子装备有限公司，北京 １００１７６）
摘 要： 介绍了 ＨＴ２５０ 灰口铸铁的机械性能、热处理工艺和铸造结构，阐述了铸造零件的结构优
和稳定的加工质量。零件表面不需要较高的硬度 和强度，因此不需要进行正火处理或者表面渗碳、 淬火等热处理。热处理过程中第二次热稳定化处 理对于零件精度的保证最为关键。表 １ 中的数据 组验证了这中热处理工艺。这类零件的材料选择 结构设计及热处理工艺在经过实践验证可行。
4 应用实例
4.1 典型零件应用实例 ４．１．１ 材料、结构设计及热处理
（ＣＥＴＣ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＣＯ．，ＬＴＤ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６ ，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｅｃｈｎｉｃｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｇｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ＨＴ２５０． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ， ｇｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ＨＴ２５０ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｉｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ． Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｅｘｐａｔｉａｔｅｓ ｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｌｔｅｎ ｐａｒｔ． Ｃｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ＨＴ２５０ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｓｏ ｗｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｇｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ＨＴ２５０，ａｎｄ ｈａｖｅ ｉｔ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｂｒｏａｄｌｙ． Keywords: Ｃｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ＨＴ２５０；Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ； Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．
足、气孔等，它的形成是结构设计没有充分考虑材 料铸造性能，因此，在结构设计时必须考虑以下几 个方面。
铸件的壁厚：铸件的壁厚不能太小。因为铸造 合金的流动性有一定的限制，铸件太薄，合金溶液 可能浇铸不满型腔而使铸件报废。所以，设计铸造 零件应根据铸造合金和铸造方法，确定铸件的最 小壁厚。但是，铸造壁厚也不能太大。因为厚壁铸 件 的 晶 粒 粗 大 ，组 织 疏 松 ，容 易 产 生 缩 孔 ，厚 壁 的 灰口铸铁结晶组织会出现较多的石墨和铁素体， 强度显著下降。增加壁厚并不能使铸件的承载能 力按比例的增加，所以设计厚壁铸件将会造成金 属的浪费。为了提高零件的承载能力，铸造零件的 结构设计应选择合理的截面形状，必要时可以增 加设计加强筋。
化措施和热处理工艺措施。 通过应用实例的分析和验证，获得 ＨＴ２５０ 灰口铸铁在电子工业专用
设备中的重要用途；ＨＴ２５０ 灰口铸铁是一种重要的材料，深入研究其性能，可使其广泛地应用于
设备制造行业。
关键词： ＨＴ２５０ 灰口铸铁；结构设计；热处理；强度分析；结构优化
中图分类号： ＴＧ２５１
文献标识码： Ｂ
口的敏感性差等特点，而且价格便宜，是机械行业 多年来一直采用的基本金属材料。由于熔炼和铸造 的影响，灰铸铁晶粒粗细不匀，杂质多。低牌号灰铸 铁含杂质较多，较高牌号的灰铸铁则强度高，晶粒 细密，杂质含量少，主要成分（质量分数，％）为 ２．７～ ３．５ Ｃ、１～２．７ Ｓｉ、０．５～１．２Ｍｎ、余量 Ｆｅ。
3 结构设计
3.1 铸造工艺对铸件结构设计的要求 合理的铸件结构设计，在保证零件质量的同
时应该使铸造工艺过程尽量简化，提高生产率，降 低铸件废品率，为生产过程创造良好条件。外形力 求简化，使造型方便。
铸 件 非 加 工 面 的 存 在 既 可 以 减 少 加 工 量 ，又 可以保留铸造特有的零件强度。但是对于非加工 面的设计应注意结构斜度，对于木模造型结构斜 度取 １°～３°，对于特殊的非加工面，可以不留 铸造斜度，但是铸造时仍然会存在铸造斜度（拔模 斜度）。在结构设计时需要考虑设计和施工后的外 形尺寸变化，以避免多个零件装配形成部件系统 时的相互尺寸干涉。
结构圆角。如果铸件没有外圆角，则会在对角线上 形成整齐的分界面，在这里会集中较多的杂质，形 成铸件的薄弱环节，即使通过热处理也不能改变这 里的杂质分布。而结构圆角的存在会消除这个薄弱 环节，同时也能使铸件外观美观，避免碰伤人体。如 果没有内圆角，则尖角处容易开裂，容易形成缩孔。
铸件的不同壁厚连接处的过渡：铸件壁厚不 同部分的连接应平滑过渡，避免截面突变，以减少 应力集中现象，防止铸件产生裂纹。当壁厚相差不 大时可以圆角过渡；如果壁厚之比超过 ２ 倍时，则 应用楔形过渡［４］。
材料属性：弹性模量 E＝１３８ ＧＰａ，切变模量 G＝５９．８ ＧＰａ，泊松比 μ＝０．１５６，密度 ρ＝７．２８ ｇ／ｃｍ３， 抗拉强度 σb＝２５０ ＭＰａ。
灰铸铁因其阻尼比值较钢材高、韧性值低，故
４６（总第 212 期）Sep． 2012
EPE 电 子 工 业 专 用 设 备 Equipment for Electronic Products Manufacturing
热稳定化处理应放在粗加工之后，以便将铸 造应力和粗加工形成的切削应力消除；加工面较 大的平面和孔，在工序安排上应该放在热稳定化 处理之前完成。对于精度要求很高的铸件，在半精 加工之后应该做第二次稳定化处理。稳定化处理 是把铸件加热至 ５５０～６００ ℃后保温 ２ ｈ 以上，缓 慢冷却。天然稳定化处理是把铸件长时间（一般在 １ 年以上）搁置在室外，可以使内应力消除。
为了获得较高的硬度和强度，铸件还可以进 行正火处理，把铸件加热至 ８９０～９３０ ℃后保温， 缓慢冷却［２］。
在 生 产 过 程 中 铸 造 缺 陷 不 可 能 完 全 避 免 ，铸 造缺陷虽然可以通过粉末探伤、涡流探伤、Ｘ 射 线 机 等 检 测 ，但 是 内 部 铸 造 缺 陷 在 没 有 加 工 前 不 易 发 现 ，在 加 工 过 程 中 发 现 铸 造 缺 陷 后 需 要 通 过 焊接的补救措施来弥补，以避免较多的经济损 失。ＨＴ２５０ 灰口铸铁具有这种特性，重要的工艺 措 施 是 合 适 的 热 处 理 。 当 出 现 铸 造 缺 陷 后 ，通 过 采 用 不 同 加 热 温 度 和 保 温 时 间 对 铸 铁（ＨＴ２５０） 进行退火，在 ７５０ ℃加热保温 １ ｈ 后 ，ＨＴ２５０ 灰 口 铸 铁 在 此 时 的 铁 素 体 量 最 多 并 且 硬 度 最 低 ，经 焊 接 补 救 后 不 会 出 现 裂 纹 ，完 全 能 满 足 室 温 焊 接 的要求［３］。
1 零件的性能要求
图 １ 是精密工作台的直线导轨安装座，图 ２ 和图 ３ 是设备的安装基座，这两类零件造型复杂， 其性能要求加工后精度稳定，能够吸收振动，长期 使用后设备性能稳定。
图 １ 直线导轨安装座
图 ３ 设备安装基座
精密工作台的运动平稳。 设备安装基座是设备承重支撑零件，受力特
点是只承受压力，不能出现塑性变形，在设备系统 运动过程中能有效地吸收振动，不能产生共振；在 长期使用中不能变形，能够保持最初设备调试的 安装精度。
2 材料选择
图 ２ 设备安装基座
精密工作台的直线导轨安装座用于安装超精 密级直线导轨，导轨安装面和定位面形位公差精 度要求高，在使用中不允许有较大的变形，才能充 分发挥超精密级直线导轨的精密导向作用，实现
2.1 HT250 灰 口 铸 铁 机 械 性 能[1] ＨＴ２５０ 灰口铸铁具有易成形、吸振、耐磨、对缺
专用设备研制
EPE 电 子 工 业 专 用 设 备
Equipment for Electronic Products Manufacturing