石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 (河北 050035) 馮曉冉
肩胛環(huán)作為挖泥泵上的主要過流部件,在實(shí)際生產(chǎn)中存在著嚴(yán)重的變形問題,導(dǎo)致廢品率居高不下,給公司帶來較大損失。大型肩胛環(huán)鑄件一般直徑較大,斷面窄且壁薄,鑄件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也加劇了變形的趨勢(shì)。為了將鑄件變形量控制在合格范圍內(nèi),我們以1000WN肩胛環(huán)為例展開研究。
1000WN肩胛環(huán)鑄件最大直徑 2630mm,最小壁厚50mm,毛坯重量850kg,材質(zhì)為KmTBCr26。
(1)原工藝調(diào)查 該件原鑄造工藝如圖1所示,首次生產(chǎn)時(shí)采用手工樹脂砂,澆口開在肩胛環(huán)外圍,澆注系統(tǒng)采用φ90mm直澆道,橫澆道截面為梯形,大小為50/60mm、高60mm,內(nèi)澆道6道,4個(gè)φ260mm冒口均布,冒口頸φ70/φ80mm、高10mm,澆注重量1.7t。澆注完畢5天后打箱,其中澆注完8h后去壓鐵,兩天后松上箱。熱處理工藝采取淬火+回火,裝爐方式通常為幾個(gè)直徑大小相近的肩胛環(huán)鑄件疊裝入爐。
圖1 原鑄造工藝示意
(2)主要問題 鑄態(tài)存在變形,以及熱處理產(chǎn)生二次變形。鑄態(tài)變形在6~15mm,熱處理二次變形為10~20mm,且多數(shù)鑄件存在內(nèi)圓部位下沉現(xiàn)象,如圖2所示。
圖2 變形部位示意
(3)分析得出的結(jié)論 ①結(jié)構(gòu)特殊易造成鑄件變形,由于鑄件壁厚較薄,最小處僅為50mm,結(jié)構(gòu)為典型的大圓環(huán),內(nèi)圓直徑較大,截面窄,因此結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)是造成大型肩胛環(huán)變形大的主要原因。②熱處理爐底板不平及空冷時(shí)散熱不均,熱處理爐底板使用多年表面已不平,在熱處理時(shí)此類鑄件一般是疊放3~4個(gè),其中最上面的鑄件在空冷時(shí)散熱不均易發(fā)生較大的二次變形。③打箱工藝不合理,如壓箱時(shí)間短,過早地去掉上箱,以及將砂箱疊放等,都易造成冷空氣過早進(jìn)入,鑄件表面散熱不均產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致變形。
(1)防變形拉筋設(shè)計(jì) 針對(duì)此類鑄件的特點(diǎn),防變形拉筋的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。針對(duì)大型肩胛環(huán)斷面窄的特點(diǎn),考慮在鑄件上加一圈豎筋,并且適當(dāng)放大內(nèi)圓加工余量(上下面加工均變?yōu)?0mm),這樣鑄件結(jié)構(gòu)有所改變,有利于遏制變形傾向。要想發(fā)揮圈筋的作用,必須使筋先于鑄件凝固而先獲得強(qiáng)度,從而可以在鑄件產(chǎn)生應(yīng)力變形時(shí)由其起到牽制作用,筋的壁厚為主壁厚的0.4~0.6倍,考慮到清理量,將壁厚定為24mm,此外考慮到起模因素,將拉筋的截面定為梯形,尺寸為18/24mm,高度定為60mm,圈筋在熱處理完成后去除。
(2)拉筋位置的確定 應(yīng)力產(chǎn)生導(dǎo)致鑄件變形,而熱應(yīng)力的產(chǎn)生是由于鑄件不同部位冷卻時(shí)間不一致引起的,即在壁薄或散熱快的部位形成壓應(yīng)力,在壁厚或散熱慢的部位形成拉應(yīng)力。對(duì)肩胛環(huán)鑄件來說,上表面(帶預(yù)制件的面)比下表面散熱快,因此決定把拉筋設(shè)在下表面,這樣可以起到使散熱趨于一致的作用。
(3)拉筋形式的確定 根據(jù)肩胛環(huán)斷面窄的特點(diǎn),以及對(duì)變形部位的考慮,拉筋確定為一圈豎筋,如圖3所示。
圖3 拉筋示意
(4)壓箱工藝改進(jìn) 對(duì)大型肩胛環(huán)制訂專門壓箱工藝,澆注兩天后去壓鐵,且轉(zhuǎn)移砂箱時(shí)要注意放平,不得堆放,特別杜絕砂箱上下扇之間過早漏縫,避免產(chǎn)生冷空氣進(jìn)入的現(xiàn)象。澆注4天后松上箱,澆注6天后打箱,打箱過程中嚴(yán)禁磕碰鑄件。
(5)熱處理裝爐方式改進(jìn) 針對(duì)熱處理爐底板表面不平,裝爐時(shí)在支平方面不易保證的情況,采取多支點(diǎn)的辦法對(duì)直徑超過2.5m件支點(diǎn)最少8個(gè),支墊時(shí)薄磚與厚磚結(jié)合。另外,在疊裝的肩胛環(huán)最上面加個(gè)蓋(使用直徑相近的廢肩胛環(huán)或廢護(hù)板),這樣可保證鑄件出爐后空冷時(shí)上下面散熱均勻,減少應(yīng)力變形趨勢(shì)。
按上述措施實(shí)施后,1000WN肩胛環(huán)生產(chǎn)取得順利成功,鑄件上平臺(tái)測(cè)量變形量在2~4mm,熱處理后變形在3~5mm,由于兩個(gè)面均有10mm加工余量,保證了零件加工要求,因此毛坯尺寸合格。隨后,我們?cè)?00WN、TK1000、TK1200等肩胛環(huán)上采取同樣方法生產(chǎn),變形量均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),鑄件合格率在90%以上。
通過對(duì)造成大型肩胛環(huán)鑄件變形的原因分析,針對(duì)大型高鉻鑄鐵肩胛環(huán)的鑄造性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),合理確定了防變形拉筋的工藝參數(shù),同時(shí)修正了打箱工藝及熱處理裝爐方式,成功生產(chǎn)出了變形量在合格范圍內(nèi)的大型肩胛環(huán)鑄件,為公司占領(lǐng)國(guó)內(nèi)外挖泥泵疏浚市場(chǎng)提供了有力的技術(shù)保障。