無?；瘮?shù)控加工技術(shù)在大型鑄鋼件生產(chǎn)中的體現(xiàn)

李燕飛

摘要：冶金材料制造是工業(yè)發(fā)展不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其中大型鑄鋼件技術(shù)加工面臨著許多困難，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)大型鑄鋼件生產(chǎn)流程進(jìn)行模擬，在大型鑄鋼件加工的過程中起到輔助生產(chǎn)的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)加工流程的全面控制，完善現(xiàn)有的生產(chǎn)加工程序。冶金材料制造理念的轉(zhuǎn)變，需要在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的過程中創(chuàng)新傳統(tǒng)的技術(shù)生產(chǎn)模式，由資源集中性生產(chǎn)向技術(shù)精細(xì)化轉(zhuǎn)變，有效預(yù)防生產(chǎn)資源枯竭的問題。本文主要探究了無模化數(shù)控加工技術(shù)在大型鑄鋼件生產(chǎn)中的體現(xiàn)，希望能夠全面提高大型鑄鋼件的生產(chǎn)加工效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破。

Abstract： Metallurgical material manufacturing is an indispensable and important link in industrial development. Among them， the technical processing of large steel castings faces many difficulties. The production process of large steel castings is simulated through the application of computer technology. Play the role of auxiliary production， realize the overall control of the entire processing process， and improve the existing production and processing procedures. The transformation of metallurgical material manufacturing concepts requires the innovation of traditional technical production models in the process of modern industrial production， the transition from resource-intensive production to technical refinement， and effectively prevent the problem of depletion of production resources. This article mainly explores the embodiment of moldless CNC machining technology in the production of large steel castings， hoping to comprehensively improve the production and processing efficiency of large steel castings and achieve industrial technological breakthroughs.

關(guān)鍵詞：無?；瘮?shù)控加工;大型鑄鋼件生產(chǎn);體現(xiàn)

Key words： moldless CNC machining;large-scale steel casting production;embodiment

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0105-02

0? 引言

世界各國的工業(yè)發(fā)展密切關(guān)注大型鑄鋼件技術(shù)加工水平的提升，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)形式逐漸被現(xiàn)代化新型加工工藝所取代，大型鑄鋼件的生產(chǎn)與繼電器、計(jì)算機(jī)等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行有效結(jié)合，創(chuàng)新了傳統(tǒng)的技術(shù)工業(yè)流程，建立集約化的大型鑄鋼件生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)冶金資源的合理利用。大型鑄鋼件是當(dāng)代工業(yè)發(fā)展的重要零部件，在核電、軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，保證大型鑄鋼件的生產(chǎn)效率，能夠助力我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破。

1? 無模化鑄型數(shù)控加工技術(shù)原理和特點(diǎn)

1.1 無?；T型數(shù)控加工技術(shù)原理? 在數(shù)字化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，大型鑄鋼件的生產(chǎn)采用快速無模化鑄型加工技術(shù)，能夠簡化生產(chǎn)流程，全面提高生產(chǎn)質(zhì)量，在無?；瘮?shù)控加工技術(shù)應(yīng)用前，要求工作人員進(jìn)行實(shí)際測量得到準(zhǔn)確的鑄型參數(shù)，建立系統(tǒng)分析模型將長、寬、高、內(nèi)外徑等數(shù)據(jù)輸入到模型中進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)。利用計(jì)算機(jī)設(shè)備將參數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換為電子數(shù)據(jù)，無?；T型虛擬模型的建立，需要利用鑄型軟件通過計(jì)算機(jī)設(shè)備，將得到的虛擬模型經(jīng)過CAD數(shù)據(jù)處理，以三維CAD模型的方式輸出，工作人員將得到的CAD模型數(shù)據(jù)上傳到大型鑄鋼件生產(chǎn)車床上，作為生產(chǎn)加工各流程的參考依據(jù)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行車床工作參數(shù)和模型分析數(shù)據(jù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，制定出最優(yōu)的澆注路徑，利用計(jì)算機(jī)自帶的分析軟件，判斷選擇的澆注路徑是否合理，通過科學(xué)的模擬操作，提取鑄型制造參考的模型分析數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)后臺(tái)軟件構(gòu)建澆注模擬環(huán)境，評(píng)估鑄型加工設(shè)計(jì)的合理性，判斷鑄型完成的產(chǎn)品能否直接投入到車床完成技術(shù)加工。

鑄型加工模擬流程以仿真模型的形式輸出，結(jié)合得到的仿真模擬分析結(jié)果，將數(shù)值傳輸?shù)杰嚧部刂圃O(shè)備中，對(duì)鑄型制造的整個(gè)加工環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算機(jī)技術(shù)在數(shù)控車床中的應(yīng)用，能夠?qū)﹁T型制造與加工的各流程進(jìn)行全面控制，保證最終的鑄型處理質(zhì)量。無模化數(shù)控加工在大型鑄鋼件生產(chǎn)中的應(yīng)用，要求以鑄型三維CAD為基礎(chǔ)，直接完成砂型的技術(shù)加工得到鑄型處理后的產(chǎn)品，通過澆注技術(shù)得到成品鑄件。由此得出結(jié)論無模化數(shù)控加工技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠全面提高數(shù)控機(jī)床刀具設(shè)備的可靠性，保證最終測算得到的數(shù)值精準(zhǔn)性，在整個(gè)生產(chǎn)流程中機(jī)電設(shè)備始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。在鑄型加工階段一旦存在輕微的數(shù)據(jù)偏差就可能造成成品瑕疵，無模化鑄型數(shù)控加工技術(shù)融合了CAD技術(shù)、數(shù)控車床加工技術(shù)等新興科技，在進(jìn)行大型鑄鋼件制造加工的過程中，能夠直接采用數(shù)控技術(shù)替代傳統(tǒng)鑄型過程中模具的使用，實(shí)現(xiàn)加工流程的數(shù)字化發(fā)展，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精密性和柔性化，并具有綠色化的發(fā)展優(yōu)勢，改變傳統(tǒng)鑄件制造過程中存在的問題和不足。當(dāng)前我國在進(jìn)行鋼鐵裝備材料制造研究的過程中，證實(shí)了無?；T型數(shù)控加工技術(shù)的可靠性，是現(xiàn)代化工業(yè)制造中廣泛應(yīng)用的鑄件生產(chǎn)制造工藝。

1.2 無?；T型數(shù)控加工技術(shù)特點(diǎn)? 簡化傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，取消了傳統(tǒng)大型鑄鋼件鑄件制造過程中的建模環(huán)節(jié)，縮短了鑄件加工制作周期，全面提高大型鑄鋼件的生產(chǎn)效率。在大型鑄鋼件加工過程中融入計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)，不需要預(yù)留拔模斜度，全面提升金屬鑄件的加工精度，減少生產(chǎn)流程中的人工干預(yù)。有效避免人為因素的影響，減少鑄件生產(chǎn)數(shù)值誤差。運(yùn)用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行鑄模制造不需要提供設(shè)計(jì)實(shí)物，通過對(duì)鑄型和鑄件的模擬計(jì)算，選擇合適的澆注方案，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行反復(fù)測試，數(shù)控技術(shù)在大型鑄鋼件設(shè)計(jì)加工中的運(yùn)用，縮短了大型鑄鋼件的研發(fā)周期，助力我國工業(yè)技術(shù)升級(jí)。

2? 大型鑄鋼件生產(chǎn)中無?；瘮?shù)控加工技術(shù)的體現(xiàn)

2.1 澆注方案的制定及鑄造工藝設(shè)計(jì)? 澆注方案的制定及鑄造工藝設(shè)計(jì)中無?；瘮?shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，需要結(jié)合用戶提出的生產(chǎn)需求確定大型鑄鋼件的整體結(jié)構(gòu)，選擇合適的設(shè)計(jì)方案，常用的鑄件澆注形式有主法蘭端向上、主法蘭端向下、主法蘭端豎立三種，其中主法蘭端豎立需要進(jìn)行砂芯固定，主法蘭補(bǔ)縮流程十分復(fù)雜，這與無?；瘮?shù)控加工簡化工藝流程的原理相違背，首先排除該方案。

2.1.1 主法蘭端向上? 該澆注方案的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)順序凝固，在澆注過程中運(yùn)用主法蘭上端設(shè)計(jì)的冒煙口進(jìn)行補(bǔ)縮處理，降低人為因素的影響，保證補(bǔ)縮流程的穩(wěn)定性，能夠更好的實(shí)現(xiàn)順序凝固的澆注要求，能夠通過直視完成冒煙口配置工作，與向下澆注方案存在優(yōu)劣勢翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn);該澆注方案的缺點(diǎn)在于砂芯固定十分困難，砂芯穩(wěn)定性不足，實(shí)際操作流程不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，無法精準(zhǔn)的進(jìn)行尺寸控制。

2.1.2 主法蘭端向下? 該澆注方案的優(yōu)點(diǎn)在于砂芯穩(wěn)定，為后續(xù)合箱操作的開展提供便利，全面提高鑄件尺寸的設(shè)計(jì)精度，提高主法蘭面的加工質(zhì)量;該澆注方案的缺點(diǎn)在于主法蘭處于下箱，在進(jìn)行由上到下澆注作業(yè)時(shí)，補(bǔ)縮冒煙口位置選擇十分困難，在裝設(shè)過程中會(huì)遇到多種問題，將近一半的外表面區(qū)域處在上表面，很容易引發(fā)上表面氣孔、夾砂等鑄造缺陷發(fā)生，不利于鑄造。通過對(duì)兩種澆注工藝的對(duì)比分析，兩者各自存在優(yōu)缺點(diǎn)，無法直接判斷哪一種更適合大型鑄鋼件的生產(chǎn)，當(dāng)大型鑄鋼件為第一次生產(chǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)人員缺乏能夠參考的澆注經(jīng)驗(yàn)。因此，工作人員需要結(jié)合自身的生產(chǎn)技能掌握情況，選擇操作難度較低的澆注方案，提前進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)最終的方案效果不理想時(shí)，測試另一套澆注方案的適用性。在試驗(yàn)的過程中要對(duì)具體澆注位置進(jìn)行計(jì)算，在凝固模擬軟件進(jìn)行加工程序模擬后，制定出最終的澆注方案。

2.2 大型鑄鋼件造型制芯方案? 大型鑄鋼件造型制芯過程中無?；瘮?shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，需要進(jìn)行砂型（芯）造型材料的研發(fā)，生產(chǎn)出適合大型鑄鋼件無?；圃斓脑煨椭菩静牧希瑐鹘y(tǒng)鑄件生產(chǎn)過程中采用的樹脂自硬砂、水玻璃砂等材料經(jīng)過復(fù)雜的加工流程后，會(huì)出現(xiàn)塌型和強(qiáng)度不足等問題。設(shè)計(jì)人員通過成形實(shí)驗(yàn)對(duì)砂坯強(qiáng)度進(jìn)行分析，探究影響鑄件成形的主要原因，調(diào)整傳統(tǒng)型砂制作配方的材料比例，在大型鑄鋼件生產(chǎn)的過程中保證鑄型經(jīng)過數(shù)控切削加工后成形。在進(jìn)行鑄件澆注前需要完成砂芯的制作工藝，在澆注過程中能夠使用對(duì)應(yīng)砂芯，確保施工流程的有序性。兩種澆注方案對(duì)鑄件的特性和結(jié)構(gòu)特征提出了合理?xiàng)l件，兩種方案執(zhí)行采用同一砂芯型號(hào)，用活塊彌補(bǔ)澆注的差異性，使砂芯能夠適用于不同的澆注方案，避免出現(xiàn)材料浪費(fèi)。

2.3 無模化數(shù)控加工方案設(shè)計(jì)? 在大型鑄鋼件生產(chǎn)的過程中設(shè)計(jì)無?；瘮?shù)控加工方案，采用solid? works三維設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合客戶的設(shè)計(jì)需求繪制鑄件造型圖紙，采取合適的設(shè)計(jì)方案，在鑄件模型中輸入相應(yīng)數(shù)值建立工藝三維圖像，并通過計(jì)算機(jī)顯示出來。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比計(jì)算出產(chǎn)品的長寬高和內(nèi)外徑等基礎(chǔ)尺寸，調(diào)整砂型建模的體積，用具有最大加工能力的鑄型數(shù)控成型加工機(jī)進(jìn)行砂型加工，保證設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)出合理的砂型階段性分型生產(chǎn)措施。工作人員運(yùn)用數(shù)控技術(shù)完成加工程序設(shè)定。根據(jù)大型鑄鋼件的鑄造加工需求，預(yù)埋澆注系統(tǒng)生成砂塊，但砂塊的體積較大，需要在使用前用砂箱在砂型外圍形成保護(hù)，降低大型鑄鋼件的鑄型工作量，為鑄型的轉(zhuǎn)運(yùn)操作提供便利，在完成砂塊制造后輸入到鑄型數(shù)控成型加工機(jī)進(jìn)行鑄件加工。

2.4 大型鑄鋼件數(shù)控加工專用刀具開發(fā)? 鑄型的形成是采用石英砂、陶瓷粉等具有較高硬度和耐磨性的粉體材料，統(tǒng)一在粘結(jié)劑的作用下完成固化，因此，在進(jìn)行鑄型切削處理的過程中，傳統(tǒng)的高速加工刀具會(huì)在與砂粒碰撞的過程中產(chǎn)生磨損，砂粒的外表面包裹著粘結(jié)劑會(huì)與道具產(chǎn)生摩擦作用。對(duì)鑄件進(jìn)行技術(shù)切削時(shí)，銑刀處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生切削液，刀具的表面會(huì)出現(xiàn)明顯的劃痕，甚至?xí)?dǎo)致崩刃現(xiàn)象的發(fā)生。鑄型切削與傳統(tǒng)的金屬加工形式不同，無法通過切削液完成冷卻。鑄型型腔十分復(fù)雜并具有較高的深度，刀具的刀柄區(qū)域要進(jìn)行加長設(shè)計(jì)，全面提高刀具的使用強(qiáng)度，保證鑄型的切削精度。

2.5 合箱和開箱方案? 合箱和開箱方案的制定中無?；瘮?shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，在完成砂型加工后，需要結(jié)合大型鑄鋼件的鑄造工藝需求，選擇適合區(qū)域進(jìn)行冒口設(shè)置，嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行涂刷。經(jīng)過合箱、鑄件熔煉和澆注技術(shù)處理后，鑄件開箱進(jìn)行清砂和熱處理，在完成機(jī)床切割和打磨后，由工作人員進(jìn)行鑄件的力學(xué)性能檢測、成品尺寸檢驗(yàn)、100%射線探傷檢驗(yàn)和液態(tài)滲透情況檢驗(yàn)，結(jié)合得到的多項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果分析，判斷鑄件表面質(zhì)量與模具澆注的鑄件表面質(zhì)量是否一致。一般情況下，鑄件參數(shù)精度>模具造型鑄件的參數(shù)精度，檢查鑄件的上表面是否存在夾渣缺陷，最終檢測結(jié)果會(huì)直接影響到后續(xù)的工件打磨工作，將預(yù)期的生產(chǎn)成品要求與真實(shí)成品質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)調(diào)整，主法蘭區(qū)域設(shè)置的冒口較大，并存在芯內(nèi)冒口切割存在較大難度。大型鑄鋼件加工流程分析，大型鋼鑄件加工過程中無模化數(shù)控加工技術(shù)主要體現(xiàn)在：工藝三維圖和三維模型的建立過程中;砂型制作、澆筑、合箱的分段模擬過程中;制造與加工對(duì)方案的執(zhí)行管理中;無?；瘮?shù)控加工技術(shù)將鑄件加工數(shù)值輸入到電子計(jì)算機(jī)內(nèi)，輸出三維設(shè)計(jì)模型。將大型鑄鋼件的生產(chǎn)分為砂型制作、澆筑、合箱等多個(gè)階段并進(jìn)行系統(tǒng)模擬，提高設(shè)計(jì)參數(shù)的精準(zhǔn)性，將獲取的數(shù)據(jù)作為制造工序編制的主要參考，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的生產(chǎn)方案完成加工，最后成品要經(jīng)過開箱檢測和調(diào)試。

3? 總結(jié)

計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)制造工藝的創(chuàng)新與完善，讓大型鑄鋼件的生產(chǎn)制造迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，為我國工業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，采用無?；瘮?shù)控加工技術(shù)進(jìn)行大型鑄鋼件的生產(chǎn)，能夠縮短生產(chǎn)周期、降低模具材料的損耗、節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

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