樊曉飛
摘 要:2012年中國第一重型機(jī)械股份公司鑄鋼分廠成功澆注了液重為219T的立柱。立柱是60/70MN快鍛機(jī)的兩個支撐臂,活動橫梁需要在其中間上下滑動,是快鍛的關(guān)鍵部件。結(jié)合鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和探傷要求,分析了其鑄造難點(diǎn)并進(jìn)行了鑄造工藝設(shè)計(jì)。在鑄造工藝設(shè)計(jì)時利用模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,保證立柱補(bǔ)縮通暢,組織致密,不變形。
關(guān)鍵詞:立柱;補(bǔ)縮;工藝設(shè)計(jì);性能;變形
1 鑄件概況
1.1 鑄件結(jié)構(gòu)
立柱的基本參數(shù)如下:60/70MN快鍛立柱材質(zhì):GS-20Mn5,化學(xué)成分C(%):0.18-0.23,Si(%):0.30-0.50,Mn(%):1.0-1.50,P(%)、S(%):≤0.010。性能指標(biāo):屈服強(qiáng)度≥280N/mm2,抗拉強(qiáng)度≥500N/mm2,斷裂伸長率≥500N/mm2,V型沖擊功≥40J,立柱性能必須滿足設(shè)計(jì)要求。
1.2 探傷要求
UT探傷要求起始靈敏度為Ф3,表面進(jìn)行磁粉探傷。UT探傷的位置是立柱的兩個端面及滑板表面,但在實(shí)際探傷過程中,鑄件所有的表面(包括內(nèi)表面)都進(jìn)行了超聲探傷。
2 鑄造難點(diǎn)
立柱外觀結(jié)構(gòu)雖然簡單,但是尺寸非常大,長度9980mm,編制工藝時縮尺及加工量都很難確定,以往也沒有生產(chǎn)這樣的鑄件經(jīng)驗(yàn);鑄件中間的砂芯長度幾乎和鑄件長度一樣,芯盒的制作難度非常大,芯盒強(qiáng)度很難保證;制作砂芯時受生產(chǎn)條件所限,混砂機(jī)無法一次提供全部所需砂子,需要混制兩次,這樣勢必造成砂子分層,增加鉆鋼及芯子損壞的風(fēng)險,砂芯強(qiáng)度也無法保證。
3 鑄造工藝設(shè)計(jì)
為保證鑄件表面質(zhì)量,防止出現(xiàn)粘砂等鑄造缺陷,立柱造型材料采用先進(jìn)的呋喃樹脂砂。為保證鑄件的完整性,設(shè)計(jì)了從鑄件的四個面進(jìn)行澆注。為保證中間型腔尺寸準(zhǔn)確及芯子下沉,工藝采用整體芯子,下部用硬頂子支撐,上部用鋼軌頂?shù)綁鸿F上。為保證鑄件的內(nèi)部質(zhì)量,建立三維模型(見圖1),包括鑄件、冷鐵、冒口,采用數(shù)值模擬技術(shù)對鑄件進(jìn)行了模擬(見圖2)。
圖1 立柱鑄造三維模型
圖2 立柱鑄造數(shù)值模擬(縮孔)
3.1 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)共分兩層,每一層都設(shè)置在長度方向的兩側(cè),內(nèi)水口均為Ф80mm,每層各20道。直澆道、橫澆道為Ф140mm的陶瓷管。澆注系統(tǒng)的截面比:Σ直:Σ橫:Σ內(nèi)=1:1:2.1。澆注時采用四個Ф90包孔進(jìn)行全流澆注,不點(diǎn)澆也不補(bǔ)澆,澆注過程一次完成,澆注時間:312s。
3.2 冒口放置
如圖2所示:鑄件共計(jì)12個冒口,同時在每個冒口下方放置補(bǔ)貼以對立柱下部補(bǔ)縮。冒口延續(xù)度達(dá)到了59%,充分滿足鑄件的補(bǔ)縮和排氣要求。
3.3 造型生產(chǎn)
由于產(chǎn)品的尺寸太大,沒有合適的砂箱,所以采用地坑組芯造型。整個鑄型由21塊芯子組成,完成內(nèi)形和外形的構(gòu)造(內(nèi)水口是預(yù)埋在芯子里的),其中中間砂芯采用整體芯盒撞制,制作砂芯時控制好樹脂與酸的配比,使其反應(yīng)時間延長,保證兩次混好的樹脂砂不分層。橫水口和直水口是后臥放的。每層芯子之間排氣是通暢的,造芯過程中將氣道做好,保證排氣通暢,確保澆注的順利進(jìn)行,有效防止安全事故的發(fā)生。澆注結(jié)束后為防止鑄件變形,開裂,毛坯在坑中保溫15天后打箱。
3.4 澆注工藝
澆注溫度為:1561℃,共兩個澆包,由于兩包先后過跨,所以控制兩包鋼水溫差在10℃范圍內(nèi)。
3.5 性能檢測(見表1)
表1 性能檢測結(jié)果
從上表中可以看出,各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。
3.6 探傷結(jié)果
如圖1所示:設(shè)計(jì)要求立柱的兩個端面UT探傷,探傷采用直探頭,起始靈敏度為Ф3。立柱壁厚為200mm-300mm,探傷結(jié)果沒有超標(biāo)缺陷。隨后中國一重對生產(chǎn)的兩個立柱進(jìn)行了100%UT探傷,探傷結(jié)果非常理想,均無任何超標(biāo)缺陷。探傷結(jié)果也再次證明了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性以及工藝設(shè)計(jì)的合理性。
4 結(jié)束語
4.1 一對立柱均已經(jīng)生產(chǎn)完畢,打箱后外形完整,沒有粘砂,冒口割除之后無縮孔縮松。
4.2 經(jīng)過精整后,毛坯的尺寸經(jīng)測量為10070mm,和工藝所給的加工量完全符合,這說明鑄造時給的縮尺是準(zhǔn)確無誤的。內(nèi)部UT探傷零缺陷,一次合格。
4.3 鋼水要嚴(yán)格控制其溫度,含氧量,含氫量,有條件時可以采用VD精煉來保證鋼水的純凈度。
4.4 對于大型的厚壁鑄件,工藝設(shè)計(jì)時要充分考慮到壁厚,使壁厚的部位位于鑄件上部;合理安排好冒口的數(shù)量、位置及尺寸;水口要保證充分開放;排氣及疏松層要合理布置,使砂芯不但有足夠的強(qiáng)度,而且還要有相應(yīng)的退讓性;利用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行模擬,保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時能夠極大的節(jié)約鋼水,提高收得率。
參考文獻(xiàn)
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