盾構(gòu)式挖掘機(jī)中心鑄件的鑄造工藝

盾構(gòu)式挖掘機(jī)中心鑄件的鑄造工藝

隧道鉆井機(jī)是世界上最先進(jìn)、最有效的隧道挖收機(jī)。而“中心鑄件”是盾構(gòu)式隧道挖掘機(jī)上的關(guān)鍵部件,內(nèi)在質(zhì)量要求高,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作難度大,我們通過合理的工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。1結(jié)構(gòu)介紹與制造工藝分析1.1雙板式結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)中心鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示,四個(gè)支腳與上部法蘭僅靠四個(gè)斜的橢圓形支腿連接,其余地方為空位;四個(gè)支腳為雙層板狀結(jié)構(gòu),其中三個(gè)支腳兩板之間靠“H”形連接,另一個(gè)靠“U”形連接。“H”、“U”形內(nèi)外為空檔位。鑄件材質(zhì)為GS-52,輪廓尺寸為3800mm×3800mm×1350mm,毛重19000kg。1.293-84級中心鑄件外表面要求100%MT檢驗(yàn),符合GB9444-88Ⅱ級要求;產(chǎn)品聯(lián)接法蘭、四條支腿、四條支腿與上法蘭過渡聯(lián)接部位要求UT檢驗(yàn),按GB7233-87標(biāo)準(zhǔn)中不低于Ⅱ級要求。1.3個(gè)支腳與上部法蘭的連接從中心鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求來分析,鑄造生產(chǎn)的主要難度是內(nèi)在質(zhì)量的保證和爪位變形的預(yù)防。結(jié)構(gòu)方面。這類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不歸一,比較復(fù)雜,空間空位多,立體感強(qiáng)。由于產(chǎn)品尺寸大,給底箱造型翻箱增加了很大的難度,如果不翻箱則很難保證砂模的緊實(shí)度(因?yàn)殍T件底面構(gòu)成是一個(gè)大平面,不翻箱不利于舂砂);四個(gè)支腳與上部法蘭僅靠四個(gè)斜的橢圓形支腿連接,其余地方為空位,這種結(jié)構(gòu)很容易使鑄件發(fā)生變形,給鑄造工藝和熱處理增加了不少困難。如果鑄件一變形,后工序則要化大量的人力物力來校正處理,情況嚴(yán)重的就可能使鑄件產(chǎn)生報(bào)廢;四個(gè)支腳為雙層板狀結(jié)構(gòu),其中三個(gè)支腳兩板之間靠“H”形連接,另一個(gè)靠“U”形連接?！癏”、“U”形內(nèi)外為空檔位,給工藝設(shè)計(jì)和造芯增加了難度,同樣也易使鑄件產(chǎn)生變形。鑄件熱節(jié)在四個(gè)支腿處,熱節(jié)圓直徑達(dá)到300mm,從鑄件模數(shù)和補(bǔ)縮量考慮,鑄件需設(shè)計(jì)的冒口較大,同時(shí)由于產(chǎn)品材質(zhì)為GS-52,冒口切割需鑄態(tài)帶溫?zé)岣?給切割增加了一定的困難。2工藝方案和主要工藝參數(shù)的確定2.1上采用內(nèi)外組芯生產(chǎn)的方法經(jīng)過分析,制定了中心鑄件的工藝方案。四個(gè)支腳以下出實(shí)樣,支腳以上采用內(nèi)外組芯的方法來生產(chǎn)。為保證四個(gè)支腳在同一水平面,避免高低有誤差,支腳之間的空位用實(shí)樣連成整體;為防止四個(gè)支腳變形,支腳間設(shè)有拉筋,同時(shí)支腳的分散小熱節(jié)設(shè)有外冷鐵。鑄造工藝如圖2。2.2加工余量的確定根據(jù)鑄造生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),鑄造收縮率取2%,按GBT6414-1999《鑄件尺寸公差與機(jī)械加工余量》的規(guī)定,加工余量按CT14/J級,但考慮到此類產(chǎn)品是組芯且不易抽砂的原因,加工余量放寬了一級,頂面為20mm,底面為16mm,法蘭內(nèi)側(cè)25mm。同時(shí)考慮到變形原因,支腳和上部法蘭內(nèi)側(cè)不加工的平面工藝給了5mm補(bǔ)正量。3虐待設(shè)計(jì)3.1輸入位置確定中心鑄件由于有四個(gè)支腳與上部法蘭連接,且熱節(jié)在支腳上,所以冒口位置設(shè)在支腳對應(yīng)部位的法蘭上,冒口數(shù)量初步也定為四個(gè)。3.2幾何模數(shù)的計(jì)算采用模數(shù)法計(jì)算冒口尺寸。上部法蘭截面尺寸為:厚210mm,寬525mm;支腳截面尺寸為:厚300mm,寬700mm。按公式樣(1)計(jì)算鑄件的幾何模數(shù):得M1為75mm,M2為105mm。由于M1<M2,所以以支腳的模數(shù)M2為鑄件的模數(shù),考慮安全系數(shù)1.1~1.2,所以冒口的模數(shù)M0為115.5~126。因此初步選定冒口的尺寸為尷750×800(mm)。3.3有效補(bǔ)縮及體收縮計(jì)算按初選的冒口尺寸和考慮澆注系統(tǒng)的重量,可算出冒口的總重為10300kg,鑄件的澆注重量為29800kg。冒口的補(bǔ)縮效率按14%,鑄件的體收縮按5%。由此可計(jì)算出冒口可提供的有效補(bǔ)縮量G1和鑄件凝固收縮所需的鋼液量G2如下:由于G1<G2,即冒口所提供的鋼液量不能滿足鑄件凝固收縮所需的鋼液量,所以要調(diào)整冒口的尺寸,將冒口調(diào)整為尷750×900(mm)。這時(shí)冒口的總重為11592kg,鑄件的澆重為31088kg。復(fù)算:由于G1>G2,即冒口所提供的鋼液量能滿足鑄件凝固收縮所需的鋼液量,所以調(diào)整后的冒口是安全的。3.4冒口間橫向距離由于冒口設(shè)有四個(gè),冒口的中心距為1760mm,支腳高度約為900mm,經(jīng)計(jì)算冒口間的橫向距離為632mm,約等于三倍法蘭厚度,所以橫向距離是安全的;冒口的縱向距離(即支腳高度)為900mm,也是等于三倍支腳厚度,所以縱向距離也是安全的。4澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按我公司的生產(chǎn)條件和結(jié)合鑄件的澆注重量,我們采用兩煲三眼(一個(gè)雙眼煲和一個(gè)單眼煲)澆注,為確保鋼液能快速、平穩(wěn)地充型,澆注系統(tǒng)采用開放式的澆注系統(tǒng)。4.1維護(hù)后鑄件的生理鋼液在型腔中上升速度是否合適是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要因素之一,在澆注過程中應(yīng)使鋼液快速、平穩(wěn)地充滿型腔,但是澆注速度過快,會產(chǎn)生渦流,卷入氣體,使鑄件產(chǎn)生氣孔,而且型芯會受到較大沖刷而破壞;如果上升速度過慢,型腔上部會因長時(shí)間受熱輻射而產(chǎn)生應(yīng)力至脫落,造成鑄件夾砂或結(jié)疤,同時(shí)也可能使鑄件產(chǎn)生粘砂。此外,還會使鑄件表面氧化使鑄件產(chǎn)生皺紋、隔層等缺陷。根據(jù)鑄件的主要壁厚大于40mm(上升速度應(yīng)在8mm/s~20mm/s),所以暫取中心鑄件的鋼液在型腔中的最小上升速度為8mm/s。4.2澆注速度及包孔量,n按公式(2)計(jì)算澆注時(shí)間:式中:GL———鑄件澆注量,kg;N———同時(shí)澆注的澆煲數(shù)量(個(gè));v包———澆注速度,尷60包眼流速取90kg/s;n———包孔數(shù)量,取3。所以經(jīng)計(jì)算澆注時(shí)間為115s。4.3澆注位置的高度按公式(3)計(jì)算澆注速度:式中:h———鑄件在澆注位置的高度,1350mm。所以經(jīng)計(jì)算鋼液上升速度約為12mm/s。此速度略大于所確定的鋼液上升速度,說明我們確定的澆包眼是合理的。4.4速、平穩(wěn)地充型根據(jù)我們多年的鑄造經(jīng)驗(yàn),為確保中心鑄件澆注過程達(dá)到快速、平穩(wěn)地充型,采用開放式澆注系統(tǒng)。直澆道選用尷80mm的耐火磚,橫澆道(內(nèi)澆道)采用尷60mm的耐火磚,并且一個(gè)直澆道管、兩道橫澆道(內(nèi)澆道)以達(dá)到開放的目的。5冒口內(nèi)的安全問題我們對中心鑄件的鑄造工藝進(jìn)行了CAE模擬,從模擬結(jié)果可知,鑄件的最后凝固在冒口里(圖3),且冒口里的縮孔、縮松距離鑄件有一