于洪巖

(天津市天重江天重工有限公司，天津300408)

150 MN鋁型材擠壓機(jī)后梁的制造工藝

于洪巖

(天津市天重江天重工有限公司，天津300408)

介紹了150 MN鋁型材擠壓機(jī)后梁的制造工藝過程，詳細(xì)說明了后梁的技術(shù)要求，并進(jìn)行了工藝性分析。通過制定合理的工藝方案，成功地生產(chǎn)出符合要求的后梁鑄鋼件。

后梁鑄件；鑄造工藝；冒口

鋁型材因其具有質(zhì)輕、價(jià)格低、可回收的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶艦艇、軌道交通、家電、電子及機(jī)械設(shè)備、國防軍工等行業(yè)。在目前全球強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保的形勢下，鋁型材的市場需求十分巨大，前景廣闊。新產(chǎn)品、新工藝、新用途鋁型材的不斷出現(xiàn)和產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對鋁型材加工裝備提出了更高的要求。隨著鋁加工工業(yè)的迅速發(fā)展，我國鋁加工裝備的科研、設(shè)計(jì)和制造也得到了很大的發(fā)展。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國制造鋁型材加工裝備也越來越多。其中，作為基礎(chǔ)構(gòu)件的后梁因?yàn)橹亓砍?，技術(shù)質(zhì)量要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作加工難度大等因素，成為生產(chǎn)制作裝備的一道難題擺在廣大鑄造工作者面前。

1 后梁鑄鋼件技術(shù)要求

(1)鑄件按照J(rèn)B/T 5000.6—2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 鑄鋼件》執(zhí)行。

(2)鑄件的材質(zhì)為ZG270-500，化學(xué)成分要求見表1，力學(xué)性能要求見表2。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 力學(xué)性能要求

(3)鑄件尺寸公差要求達(dá)到CT14級。

(4)鑄件表面要求光潔、平整，無氧化皮和粘砂。

(5)鑄件無損檢測按照J(rèn)B/T 5000.14—2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 鑄鋼件無損探傷》執(zhí)行。主要受力部位全部進(jìn)行超聲檢測，達(dá)到3級驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。所有的加工面、外圓角處及圖紙上面要求的部位均做磁粉檢測，按照2級驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。

2 鑄造工藝性分析

(1)鑄件重量大，毛重達(dá)328 t，一次性澆注鋼水量多。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，需一次性組織5爐鋼水，冶煉時(shí)間長，澆注風(fēng)險(xiǎn)性極高，危險(xiǎn)性極大。

(2)鑄件形狀復(fù)雜，鋼水量多，熱量過于集中，對型芯質(zhì)量要求高，造型操作時(shí)間長，難度大，型芯容易吸潮，發(fā)酥，進(jìn)而導(dǎo)致掉涂料皮、掉砂等，影響表面質(zhì)量，產(chǎn)生氣孔、夾砂類鑄造缺陷。

(3)鑄件輪廓尺寸大，高度高，壁厚不均勻，難以形成順序凝固，導(dǎo)致鑄件補(bǔ)縮困難，容易產(chǎn)生縮孔、縮松類鑄造缺陷，難以保證檢測要求。

(4)鑄件為箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部芯子較多，收縮過程中阻力較大，易產(chǎn)生裂紋，而且尺寸不易控制，容易變形。

(5)整個(gè)鑄件僅上、下表面開有工藝孔，側(cè)面沒有清砂孔，致使坭芯固定困難，出氣困難，清砂更困難，且容易發(fā)生偏移、飄芯等。

根據(jù)以上分析可知，這件產(chǎn)品鑄造工藝性差，造型操作困難，澆注危險(xiǎn)性大，清砂操作困難。據(jù)此，必須采取相關(guān)措施，制定科學(xué)合理的鑄造工藝，現(xiàn)場嚴(yán)格操控，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

3 鑄造工藝方案設(shè)計(jì)

(1)澆注位置及分型面的選擇：根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及鑄件特點(diǎn)，以有利于補(bǔ)縮和順序凝固的原則，綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況，選取高度3000 mm較厚的一面為鑄造過程中的上分型面。

(2)根據(jù)鑄件的技術(shù)要求和產(chǎn)品的鑄造工藝性分析，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況，確定采用地坑組芯造型的鑄造工藝方法，底面、側(cè)面、內(nèi)腔和上面均出坭芯，通過控制摏砂方向，可以有效地保證型芯強(qiáng)度和表面質(zhì)量，同時(shí)方便制芯操作對于鑄件表面敷鉻鐵礦砂的要求，更解決了木型制作脫落式樣的制造難度，有利于保證質(zhì)量和提高效率。

(3)造型材料的選擇：根據(jù)以往壓機(jī)梁類鑄件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，底層芯、外皮芯、蓋芯使用石英砂，內(nèi)腔芯考慮到鑄件凝固過程中收縮的需要，選用七零砂作為內(nèi)腔芯子的砂種的工藝，保證芯子在收縮過程中不產(chǎn)生大的阻力，防止產(chǎn)生裂紋等缺陷，所有活面敷鉻鐵礦砂，充分利用鉻鐵礦砂耐火度高、抗燒結(jié)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以有效防止鑄件產(chǎn)生粘砂類缺陷。所有芯砂均采用吹二氧化碳硬化水玻璃砂的工藝。芯子在使用前均上窯烘干，防止因發(fā)氣量過大而嗆火。為防止反復(fù)吹二氧化碳而使型芯砂強(qiáng)度降低，在刮底面、長冒口操作中使用自硬七零砂工藝，芯子外面埋箱使用回用粘土砂，用風(fēng)錘摏實(shí)，防止產(chǎn)生漲箱。

(4)縮尺的確定：綜合考慮決定縮尺選取1.8%。

(5)加工量及工藝補(bǔ)正量：依據(jù)JB/T 5000.6—2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 鑄鋼件》的要求，上面、孔選取30 mm，下面、側(cè)面選取25 mm，考慮到鑄件在收縮過程中阻力較大，特別是在高度方向上收縮受阻，綜合鋼水對于內(nèi)腔芯子的浮力作用，所以在上、下平板內(nèi)側(cè)增減了10 mm，以保證鑄件的尺寸和壁厚要求。

(6)冒口的設(shè)置：根據(jù)鑄鋼件冒口設(shè)置的基本原則，既要滿足鑄件補(bǔ)縮的要求，又要兼顧型腔排氣，造型、清理操作方便。由于此鑄件熱節(jié)較多、較大，單個(gè)熱節(jié)需要的鋼水補(bǔ)縮量較多，不考慮使用一個(gè)冒口補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)，而使用合適的冒口對單個(gè)熱節(jié)進(jìn)行補(bǔ)縮。在開襠口處及油缸口處共設(shè)置14個(gè)冒口，全部為明保溫冒口，尺寸分別為?700 mm×1400 mm，?1000 mm×1400 mm，1000 mm×1250 mm×1400 mm，可以同時(shí)滿足對上平板、立筋等處的補(bǔ)縮。

(7)冷鐵的設(shè)置：由于鑄件下平面較厚大，補(bǔ)縮困難，因此在底層芯子中放置厚度為150 mm的明冷鐵，加強(qiáng)底面的激冷作用，得到組織致密的鑄件。

(8)在開襠與孔壁交接處設(shè)置收縮筋，并加大交接處的圓角設(shè)計(jì)，有效地防止熱裂紋的產(chǎn)生。在開襠口之間設(shè)置拉筋數(shù)道，防止冷卻過程中或熱處理過程中產(chǎn)生變形，保證尺寸公差要求。

(9)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)：鋼液上升速度適宜是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要因素之一，在澆注過程中，應(yīng)以最適宜的鋼液流量，使其均勻而又迅速地注滿型腔。鋼液上升速度緩慢，則型腔上部表面的涂料、砂子等會因長時(shí)間受鋼液的強(qiáng)烈熱輻射作用而脫落，造成鑄件夾砂、結(jié)疤及粘砂類缺陷，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。因此對于本鑄件來說，鋼水在型腔內(nèi)的上升速度應(yīng)盡可能快些，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和以往經(jīng)驗(yàn)，要求上升速度到達(dá)15 mm/s，為達(dá)到此澆注速度，經(jīng)計(jì)算需要采用8個(gè)?110 mm包孔。根據(jù)我廠冶煉澆注實(shí)際情況，采用4包鋼水同時(shí)澆注加第5包鋼水補(bǔ)澆冒口的方案。澆注系統(tǒng)采用開放式澆注系統(tǒng)，其截面積比例為ΣF包∶ΣF直∶ΣF橫∶ΣF內(nèi)=1∶(1.8～2)∶(1.8～2)∶2，造型時(shí)選用合適尺寸的耐火磚管按上述比例制作，由于鑄件高度較高，直水口臥緩沖水口，內(nèi)水口分三層設(shè)置，階梯式進(jìn)入型腔，確保鋼液平穩(wěn)充型。

(10)壓箱鐵重量及澆注方案：根據(jù)計(jì)算，本件產(chǎn)品浮力巨大，按1.5倍保險(xiǎn)系數(shù)，需放置1000 t壓箱鐵。經(jīng)過反復(fù)磋商，確定了鑄鋼件的化學(xué)成分范圍，為各包鋼水的冶煉提供了依據(jù)。鑄鋼件采用低溫快澆的方式，澆注溫度控制在1540～1570℃之間，在180 s內(nèi)澆至分型面高度。鋼水量分兩次澆注，第1次4包鋼水同時(shí)開澆，上冒口后各包均關(guān)1個(gè)包孔，澆至工藝規(guī)定高度，第2次1包鋼水在第1次澆注完畢后1 h左右補(bǔ)點(diǎn)冒口，要求鋼水較鑄件低一個(gè)牌號，出鋼溫度1590℃，從專用水口直至冒口澆滿。這樣既可以提高冒口補(bǔ)縮效率，減少抬箱力，又利于生產(chǎn)組織，降低多1包澆鋼的危險(xiǎn)性。

(11)使用計(jì)算機(jī)模擬軟件對鑄件凝固過程進(jìn)行模擬分析，根據(jù)模擬情況確認(rèn)，冒口和冷鐵設(shè)計(jì)合理，沒有發(fā)現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，故可以按照此工藝方案進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。

4 現(xiàn)場組織生產(chǎn)

(1)造型地坑的安全檢查：本件產(chǎn)品重量特別大，造型地坑要承受的重量超過1500 t，需要對地坑進(jìn)行載重量的計(jì)算，并做好防水檢查。為生產(chǎn)本件產(chǎn)品，對造型用地坑重做了防水并進(jìn)行了加固，確保安全生產(chǎn)，做到萬無一失。

(2)對操作者培訓(xùn)：由于本件產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格，重量大，芯子多，下芯及固定困難，危險(xiǎn)性大容易出安全事故，所以在投產(chǎn)前對造型工人進(jìn)行了工藝交底，對本件產(chǎn)品的關(guān)鍵性、重要性、復(fù)雜性進(jìn)行宣貫，使操作者思想上認(rèn)識到位，將操作中的重點(diǎn)、難點(diǎn)及工藝要求進(jìn)行充分的溝通和交代說明，使所有操作者對各道工序作業(yè)內(nèi)容、要求、標(biāo)準(zhǔn)均明確。

(3)生產(chǎn)過程控制：按要求制作加固硬砂床，制作完成后放1600 t壓箱鐵靜壓24 h，檢查砂床無沉降后刮平地勢，開始組芯造型。在生產(chǎn)過程中，廣大工人與工程技術(shù)人員一起，充分發(fā)揮主觀能動性，創(chuàng)造性地解決了諸如特大型坭芯的制作、固定、出氣設(shè)置等難題。生產(chǎn)過程中的每一道工序均有專人明確負(fù)責(zé)，詳細(xì)記錄操作過程，并有專職檢驗(yàn)人員跟班，確保操作過程的質(zhì)量。經(jīng)過20多天的緊張作業(yè)，鑄型組配完成，具備澆注條件。

(4)澆注前的準(zhǔn)備工作：特大型鑄件的澆注是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要牽涉的過程、流程、配合、部門、人員等特別繁雜，需要精心的組織和周密的安排，才能保證鑄件的澆注成功。這其中最重要的是保證安全，絕對不允許出現(xiàn)重特大安全生產(chǎn)事故，為此，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，始終把安全生產(chǎn)放在第一位，無論是造型還是冶煉澆注。由于是多包同時(shí)澆注，故生產(chǎn)前對所有的設(shè)備進(jìn)行了專項(xiàng)檢查，重點(diǎn)是起重設(shè)備和冶煉設(shè)備，確保生產(chǎn)過程安全。開專題會討論、現(xiàn)場模擬澆注演練，確定每一個(gè)操作細(xì)節(jié)，記錄每一個(gè)環(huán)節(jié)的操作時(shí)間，強(qiáng)化天車與地面指揮人員的配合，突發(fā)性事件的應(yīng)急預(yù)案與處置等等全部完備后，所有的準(zhǔn)備工作就緒。

(5)澆注過程：煉鋼廠經(jīng)過10余個(gè)小時(shí)的緊張奮戰(zhàn)，5包鋼水全部冶煉合格，具備出鋼條件，同時(shí)，鑄鋼廠澆鋼前的準(zhǔn)備工作也全部就緒，幾包鋼水順序吊至澆注現(xiàn)場對正包孔，隨著澆注總指揮的一聲令下，各包同時(shí)打開包孔進(jìn)行澆注，180 s內(nèi)鋼水平穩(wěn)地上升至分型面，各包關(guān)1孔繼續(xù)澆至工藝規(guī)定高度，1 h后補(bǔ)點(diǎn)冒口至滿，放入高效覆蓋劑，至此鑄件澆注成功。

(6)保溫打箱及割冒口清砂過程：保溫20天后經(jīng)測溫打箱，由于鑄件超重，打箱采用逐步進(jìn)行的方式，用挖掘機(jī)先清除冒口周圍的砂子，露出冒口后趁熱切割，24 h后吊走冒口，先將鑄件周圍砂子打活清走，再清鑄件內(nèi)部的砂子，砂子清凈后，用兩臺天車通過抬梁吊去熱處理。

(7)熱處理及清理過程：鑄件執(zhí)行正火加回火的工藝過程，按要求鑄件敷偶，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果合格。由于采取了合理的工藝措施并且表面大量使用鉻鐵礦砂，鑄件表面質(zhì)量良好，無冷隔、裂紋、粘砂等缺陷，碳刨工作量大幅減少，大大縮短了清理工期，減少了后序工作量，降低了勞動強(qiáng)度。

(8)機(jī)加工劃線及無損檢測結(jié)果：清理完畢后，轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)加工車間劃線加工，經(jīng)過細(xì)致的劃線，鑄件毛坯各加工面余量均符合工藝設(shè)計(jì)，滿足加工要求。對圖紙要求部位進(jìn)行檢測后，鑄件表面和內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

5 結(jié)束語

150 MN鋁型材擠壓機(jī)后梁鑄鋼件的成功生產(chǎn)，為后序生產(chǎn)特大型梁類鑄鋼件積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，提升了技術(shù)設(shè)計(jì)攻關(guān)、生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)、質(zhì)量把關(guān)等方面人員的能力與水平，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1] 俞正江.大型壓機(jī)橫梁類鑄鋼件的生產(chǎn)[C]. 第十屆中國鑄造協(xié)會年會，2012.

[2] 梁燕春，陳文明. 優(yōu)質(zhì)鑄鋼件壓機(jī)橫梁的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)[J]. 鑄造設(shè)備與工藝，2003(5)：34-35.

[3] 孫仁昌，陳秀娟，崔紅偉. 150 MN水壓機(jī)活動橫梁的鑄造[J]. 大型鑄鍛件, 2006(4)：24-25.

編輯 杜青泉

Manufacture Process of Back Beam of 150 MN Aluminum Extrusion Machine

Yu Hongyan

This article describes the manufacturr process of back beam of 150 MN aluminum extrusion machine，introduces the technical requirement of back beam in details and analyzes the process. By working out a reasonable process, the steel casting of back beam was manufactured successfully as required.

back beam casting, casting process, feeder

2017—03—27

于洪巖(1982—)，男，工程師，主要從事大型鑄鋼件的技術(shù)、質(zhì)量和管理工作。

TG269

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