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        鑄造工藝設(shè)計模擬優(yōu)化CASTsoft在核屏蔽箱體鑄鋼件的生產(chǎn)應(yīng)用

        2013-10-09 01:27:26齊齊哈爾北方機器有限責(zé)任公司冶金技術(shù)中心黑龍江161000黑玉龍
        金屬加工(熱加工) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:工藝生產(chǎn)

        齊齊哈爾北方機器有限責(zé)任公司冶金技術(shù)中心 (黑龍江 161000) 黑玉龍

        北京北方恒利科技發(fā)展有限公司 (100089) 宋 彬

        目前,采用石灰石水玻璃砂型進行鑄件生產(chǎn)時,傳統(tǒng)的鑄造工藝要生產(chǎn)出技術(shù)要求較高的產(chǎn)品很不容易,常出現(xiàn)無損檢測不合格甚至報廢現(xiàn)象。在鑄件結(jié)構(gòu)較為簡單和鑄造類似鑄件時,經(jīng)驗可能起到一定的作用,但在澆注大型、復(fù)雜鑄件且無相關(guān)經(jīng)驗時,只能通過反復(fù)生產(chǎn)試驗來確定工藝。

        2010年10月份,我公司生產(chǎn)一批核屏蔽箱體鑄鋼件,在生產(chǎn)過程中應(yīng)用了先進的生產(chǎn)技術(shù)及鑄造工藝模擬,嚴格控制生產(chǎn)過程,鑄造一次成功,鑄件表面粗糙度和內(nèi)部質(zhì)量達到用戶要求。

        1.技術(shù)要求

        此產(chǎn)品用于放射性核屏蔽,技術(shù)要求比較高。

        (1)每件鑄鋼件自帶本體試塊,鑄后應(yīng)退火處理。

        (2)按熔煉爐次分別提供化學(xué)成分分析報告,每爐鑄鋼件至少進行一次力學(xué)性能試驗和密度檢測。

        (3)保證鑄鋼件的最薄弱區(qū)域密度≥7.5g/cm3。

        (4)鑄件機加工后,內(nèi)部缺陷和近表面應(yīng)按GB/T7233進行超聲波檢測,II級合格。

        2.箱體工藝設(shè)計

        采用木模實樣,砂芯實樣,中箱抽芯實樣,6個補貼實樣配套,澆注系統(tǒng)采用耐火管磚,直澆道為φ120mm,橫澆道為φ80mm,內(nèi)澆道為φ60mm共4道,從4個冒口下的補貼處引入。中箱砂芯表面敷鉻鐵礦砂,砂芯大平面敷30mm厚的鉻鐵礦砂。本體試塊和密度試塊尺寸為110mm×110mm×210mm。

        鑄件材質(zhì)為ZG275-485H,毛坯重12t,澆冒口重10.5t,收縮率2.0%。采用分體造型,澆注溫度1530℃,澆注時間60s。壓鐵38t,保溫80h,熱切割冒口并保溫。

        采用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開發(fā)的鑄造工藝設(shè)計及工藝模擬 CASTsoft CAD/CAE技術(shù)對鑄件毛坯模數(shù)、工藝熱節(jié)、澆冒系統(tǒng)、澆注過程、凝固過程及保溫時間進行計算和模擬,對鑄件毛坯進行工藝缺陷分析,并依據(jù)分析結(jié)果對工藝進行改進。在箱體下方兩直角邊共加4排覆砂冷鐵,原工藝的漂珠保溫冒口套大小及高度不變。鑄造工藝設(shè)計模擬及優(yōu)化情況如圖1~圖6所示。

        3.箱體生產(chǎn)質(zhì)量重點工序控制

        (1)型砂配制 石灰石砂100%、白泥1.5%~2%、白渣1.2%~1.5%、水玻璃8%~10%。

        (2)木模制作 模樣按鑄造工藝、木模制作規(guī)程,要求模樣結(jié)構(gòu)合理、尺寸準(zhǔn)確、外表光滑。

        (3)造型 按鑄造工藝及造型技術(shù)操作規(guī)程,造型前檢查模樣,并在模樣上劃出澆口、試樣、鑄號等位置。鉻鐵礦砂的厚度一般不超過30mm,以免造成浪費。由于表面敷砂操作困難,因此要注意緊實度。要求砂型具有足夠的緊實度,排氣要保持暢通,澆注時所有引氣處引明火。合箱前后要及時清除內(nèi)腔及澆注系統(tǒng)中的浮砂等雜物,澆注前采用天然氣對型腔進行烘干,出鋼前鋼包烤紅,并將鋼包內(nèi)渣子清干凈。

        (4)熔煉 按操作規(guī)程進行熔煉,化學(xué)成分為wC≤0.25%、wSi≤0.50%、wMn≤1.20%、wS≤0.04%、wP≤0.04%,殘留元素總和≤0.8%,采用工頻爐熔煉,爐前采樣分析。

        (5)澆注 按鑄造工藝及操作規(guī)程進行澆注,澆注溫度1510~1540℃,連續(xù)快速澆注,撒發(fā)熱劑1%~1.2%,保溫劑厚≥100mm,嚴禁將鋼渣澆入型腔。

        (6)保溫、打箱 箱體保溫時間約80h,打箱時嚴禁碰撞,鑄件不允許淋水。

        (7)清理 按熱處理工藝規(guī)程進行清理,箱體切割澆冒口溫度200~300℃,切割試塊。

        (8)熱處理 退火工藝如圖7所示。

        4.箱體生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量控制

        (1)木模實樣結(jié)構(gòu)合理,尺寸準(zhǔn)確。

        (2)要求砂型緊實度高,并且均勻一致,砂型表面光潔,符合工藝尺寸。

        (3)合箱時要求砂型干燥,碎砂清理干凈,型腔尺寸控制準(zhǔn)確,冒口、澆口符合工藝尺寸及位置要求,如圖8所示。

        圖8 箱體鑄鋼件合箱檢查

        (4)熔煉用邊角料廢鋼,化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

        (5)澆注做到高溫出爐,出鋼溫度1620℃,提高出鋼溫度,將鋼液內(nèi)渣子、氣體鎮(zhèn)靜掉。低溫澆注,注意控制澆注溫度及澆注速度,澆注時間60s。加快澆注速度,要求澆注時鋼液液面上升速度≥20mm/s。

        (6)嚴格按圖樣技術(shù)要求控制砂型及合箱尺寸。注意補貼對位尺寸,要與冒口位置同心。

        (7)控制冒口澆注高度,澆到冒口高度2/3時改點注冒口至滿,并加保溫劑搗冒口。

        5.生產(chǎn)效果

        按鑄造模擬軟件CASTsoft CAE模擬優(yōu)化工藝后進行生產(chǎn),通過化學(xué)成分、力學(xué)性能檢驗,無損檢測,屏蔽檢測,以及密度、氣密性測試,箱體鑄件符合質(zhì)量要求,表面光潔,進行實際裝配(見圖9),性能優(yōu)異。該批次共生產(chǎn)30套核屏蔽箱體鑄鋼件,其質(zhì)量得到用戶好評。

        6.結(jié)語

        通過石灰石砂型重力鑄造12t核屏蔽箱體鑄鋼件,總結(jié)出以下幾點經(jīng)驗。

        (1)采用CASTsoft CAD/CAE進行鑄造工藝設(shè)計及優(yōu)化,直觀且速度快,有利于新產(chǎn)品開發(fā)和工藝優(yōu)化。

        (2)水玻璃石灰石砂型生產(chǎn)有無損檢測要求的鑄鋼件,要用實樣木模,型腔表面砂型必須致密緊實,砂型要有足夠的抗沖刷能力和承受鋼液靜壓力,提高浸潤能力及強度,減少砂型膨脹。

        (3)采用漂珠保溫冒口套可節(jié)省鋼液,提高冒口補縮效果。

        (4)水玻璃石灰石砂型重力鑄造工藝適合鑄鋼件生產(chǎn),鑄件應(yīng)力小,表面比較光滑,也能生產(chǎn)出技術(shù)要求較高的鑄鋼件。

        (5)應(yīng)用合理的熱處理工藝,使組織轉(zhuǎn)變,晶粒細化,可提高鑄鋼件的力學(xué)性能。

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