60/70MN快鍛立柱鑄鋼工藝

樊曉飛

摘 要：2012年中國(guó)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(gè)支撐臂，活動(dòng)橫梁需要在其中間上下滑動(dòng)，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(shí)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(zhǎng)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(gè)端面及滑板表面，但在實(shí)際探傷過(guò)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(jiǎn)單，但是尺寸非常大，長(zhǎng)度9980mm，編制工藝時(shí)縮尺及加工量都很難確定，以往也沒(méi)有生產(chǎn)這樣的鑄件經(jīng)驗(yàn)；鑄件中間的砂芯長(zhǎng)度幾乎和鑄件長(zhǎng)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(shí)受生產(chǎn)條件所限，混砂機(jī)無(wú)法一次提供全部所需砂子，需要混制兩次，這樣勢(shì)必造成砂子分層，增加鉆鋼及芯子損壞的風(fēng)險(xiǎn)，砂芯強(qiáng)度也無(wú)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(shù)脂砂。為保證鑄件的完整性，設(shè)計(jì)了從鑄件的四個(gè)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(jiàn)圖1），包括鑄件、冷鐵、冒口，采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)鑄件進(jìn)行了模擬（見(jiàn)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(zhǎng)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(shí)采用四個(gè)Ф90包孔進(jìn)行全流澆注，不點(diǎn)澆也不補(bǔ)澆，澆注過(guò)程一次完成，澆注時(shí)間：312s。

3.2 冒口放置

如圖2所示：鑄件共計(jì)12個(gè)冒口，同時(shí)在每個(gè)冒口下方放置補(bǔ)貼以對(duì)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(méi)有合適的砂箱，所以采用地坑組芯造型。整個(gè)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(shí)控制好樹(shù)脂與酸的配比，使其反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，保證兩次混好的樹(shù)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(guò)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(kāi)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(gè)澆包，由于兩包先后過(guò)跨，所以控制兩包鋼水溫差在10℃范圍內(nèi)。

3.5 性能檢測(cè)（見(jiàn)表1）

表1 性能檢測(cè)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(gè)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(méi)有超標(biāo)缺陷。隨后中國(guó)一重對(duì)生產(chǎn)的兩個(gè)立柱進(jìn)行了100%UT探傷，探傷結(jié)果非常理想，均無(wú)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(yǔ)

4.1 一對(duì)立柱均已經(jīng)生產(chǎn)完畢，打箱后外形完整，沒(méi)有粘砂，冒口割除之后無(wú)縮孔縮松。

4.2 經(jīng)過(guò)精整后，毛坯的尺寸經(jīng)測(cè)量為10070mm，和工藝所給的加工量完全符合，這說(shuō)明鑄造時(shí)給的縮尺是準(zhǔn)確無(wú)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(shí)可以采用VD精煉來(lái)保證鋼水的純凈度。

4.4 對(duì)于大型的厚壁鑄件，工藝設(shè)計(jì)時(shí)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(kāi)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(shí)能夠極大的節(jié)約鋼水，提高收得率。

參考文獻(xiàn)

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