120吊架鑄造工藝的優(yōu)化

120吊架鑄造工藝的優(yōu)化

120噸懸臂是大型鋼液包設(shè)備的重要部件。最大外形尺寸為3660mm×2040mm×1030mm(圖1),凈重7.5t,材質(zhì)牌號ZG230-450?；∶媾c包體焊結(jié)接觸部位,其變形不允許超過±10mm;軸頭是起吊時承受重載和彎矩的部位,加工后須經(jīng)磁粉探傷檢測,不允許有裂紋和縮松等鑄造缺陷。鑄件進(jìn)行去除內(nèi)應(yīng)力退火,熱處理后的硬度值為200～260HB。1制造工藝1.1軸類鑄件縮孔產(chǎn)生變形該鑄件屬于異型件,如圖1所示,在弧面上有三個軸頭,其中中間主軸頭尺寸為?510mm×410mm,兩側(cè)軸頭?350mm×140mm,其心部非常容易產(chǎn)生縮孔或縮松,這是鑄造工藝難點所在;鑄件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜,在收縮過程中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力較大,圓弧內(nèi)凹面的尺寸為R1620mm、厚40mm,吊耳厚190mm,內(nèi)凹圓弧面易產(chǎn)生變形;鑄件體積和表面積較大,在澆注過程中將會有大量的氣體產(chǎn)生,必須在工藝上加以彌補。1.2冒口的位位和位置如圖2,采用二箱造型,軸頭及鑄件的主要部位都放在下箱,只把圓弧內(nèi)凹面及冒口留在上箱。這樣,鑄件的主要結(jié)構(gòu)部分均控制在下箱,有利于保證鑄件尺寸,同時軸頭部位在下箱利于補縮。1.3直澆道和橫澆道的選用采用開放式澆注系統(tǒng),內(nèi)澆道共8道(圖3),由吊架圓弧面邊緣分散引入,依經(jīng)驗選用直徑為?45mm的半孔耐火磚對扣在一起作為內(nèi)澆道,直澆道采用?70mm耐火瓷管,選用直徑為?65mm的半孔耐火磚對扣在一起作為橫澆道。這樣的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠,便于清理,連續(xù)充型平穩(wěn),且溫度分布較為均勻,有利于降低鑄件收縮應(yīng)力及減小弧面變形量。1.4確定冒口尺寸為保證吊架三個軸頭心部無縮孔或縮松,冒口尺寸必須足夠大。為此,我們選用保溫冒口替代普通砂型冒口。根據(jù)保溫冒口ME=Mr/E(ME、Mr為保溫冒口模數(shù)、普通砂型冒口模數(shù);E為保溫冒口模數(shù)增大系數(shù),一般E=1.3～1.4),經(jīng)計算,確定將中間軸頭原?500mm×1000mm砂型冒口更改為?350mm×800mm保溫明冒口如圖2所示,兩側(cè)軸頭原?480mm×850mm砂型冒口更改為?300mm×600mm保溫明冒口,冒口尺寸減小可節(jié)約鋼液重2t。按補縮液量法計算,冒口消耗于補縮鑄件的金屬液體積應(yīng)該與鑄件被補縮部分的體積收縮值相等,即:(1/6)πd03≥εV件,V件=(1/4)πd件2δ件,簡化得d03≥(3/2)εd件2δ件。當(dāng)鑄件凝固完畢時,冒口內(nèi)供給補縮金屬液球直徑d0為冒口直徑和鑄件厚度之差,即d0=d冒-δ件。式中冒口直徑:中間主軸頭d冒=?350mm、兩側(cè)軸頭d冒=?300mm;鑄件補縮厚度:中間主軸頭部位δ件=250mm、兩側(cè)軸頭部位δ件=100mm;軸頭補縮直徑:中間主軸頭d件=?250mm,兩側(cè)軸頭d件=?175mm;經(jīng)計算得中間主軸頭部位d0=100mm、兩側(cè)軸頭部位d0=200mm,鋼的凝固收縮率ε=4.5%,則中間主軸頭部位d03=1003≥(3/2)·εd件2δ件=(3/2)×4.5%×2502×250,兩側(cè)軸頭部位d03=2003≥(3/2)·εd件2δ件=(3/2)×4.5%×1752×100,完全滿足鑄件補縮的要求,因此冒口補縮所需鋼液量是足夠的。2鑄造產(chǎn)量控制2.1上箱和下箱的定位與安裝吊架屬于超大異型件,采取普通的制芯工藝很難保證,故采用假箱造型鑄造工藝。上箱模樣為水泥胎,下箱模樣如圖3。模樣采用厚15mm的鋼板制作、且用電動手砂輪把鋼樣交接處表面打磨光滑、圓角處用鐵膩子修出光滑的圓弧;底板平臺采用厚25mm的鋼板且平面加工制作。鑄造收縮率取2%;起模斜度2.5°,分型負(fù)數(shù)3mm。在上箱模樣圓弧內(nèi)凹面上對?350mm1個、?300mm2個保溫明冒口、兩側(cè)吊耳?30mm排氣冒口及直澆道?70mm耐火瓷管的碼放位置作出相應(yīng)標(biāo)記,在下箱模樣鐵型上吊架圓弧面邊緣,焊制?40mm的半鋼管作為內(nèi)澆道共8道,并與直徑?60mm的橫澆道半鋼管焊接在一起。在上下箱模樣上分別扣好上下箱,確定出合理的吃砂量,經(jīng)驗箱吻合后,分別在上下箱模樣對角位置焊制好定位,同時焊制好上下箱之間的合箱定位,以防止產(chǎn)生錯箱現(xiàn)象。上箱水泥胎假箱的制作如圖4所示。第一步是把制作好的下箱鐵型反扣在平臺上,在中間圓弧內(nèi)凹面的兩端制作出一定尺寸的鐵芯頭并焊接在平臺上,然后在不能出砂的兩個吊耳下方部位的下方用水玻璃酯硬化砂制作出砂胎,待水玻璃酯硬化砂硬化后把下箱鐵型吊走。第二步是以中間圓弧內(nèi)凹面的兩端鐵芯頭為基準(zhǔn),在其中間的中空部位用水玻璃酯硬化砂刮出和兩端鐵芯頭一樣尺寸的半圓型砂胎(使之硬化后),分別在兩個吊耳的下方砂胎部位和中間圓弧內(nèi)凹面的半圓型砂胎部位均勻平鋪上一層薄塑料布,其結(jié)合處用膠帶粘好(要求粘接部位及塑料布不能有起皺和打摺的地方),然后再把事先準(zhǔn)備好的鋼制上箱放在有制好砂胎的該平臺上,四周留好均勻合適的位置,灌注事先攪拌好的水泥砂石混凝土料,待水泥砂石混凝土料固化干燥后,把制作好的上箱水泥胎假箱吊出并翻轉(zhuǎn)過來(即中間圓弧內(nèi)凹面朝上面),對中間圓弧內(nèi)凹面(包括芯頭)及兩個吊耳下方部位(包括出砂面)等工作面及帶稍斜面用水泥漿修出光滑表面及圓弧面,在中間圓弧內(nèi)凹面水泥胎芯頭上按下箱鐵型直澆道凸臺位置及三個軸頭位置,分別制作出碼放澆注瓷管耐火磚用的直澆道凸臺及三個軸頭部位的冒口標(biāo)記。第三步是清除掉中間圓弧內(nèi)凹面的半圓型砂胎,并把下箱鐵型按原先位置反扣在平臺上,然后再分別清除掉兩個吊耳下方部位的砂胎,并在其砂胎相應(yīng)位置用水泥砂石混凝土料制作出水泥胎,要求水泥胎的稍斜面及尺寸大于原來砂胎的稍斜面,以防止合箱時發(fā)生干涉。最后在位于吊架法蘭面一端的鐵芯頭上合理的位置處制作出橫澆道(?60mm一半鋼管)、內(nèi)澆道(?40mm一半鋼管)及直澆道?65mm圓鋼凸臺,以便碼放澆注瓷管耐火磚,在鐵型兩個吊耳上方部位對排氣冒口的擺放位置作出標(biāo)記;把鐵型實樣與平臺點焊接在一起并修磨光滑焊接處。第四步是驗箱,即確定上下砂箱的定位,上箱水泥胎假箱和下箱鐵型之間的定位要相一致、尺寸要相吻合;首先把鋼制下箱扣在下箱鐵型平臺上,四周留出合理的吃砂量,并把平臺上鐵型中心線反到鋼制下砂箱上,在其四個箱腳部位的相應(yīng)位置焊制好上鋼制砂箱定位;然后把鋼制上箱扣在水泥胎假箱上,同樣四周留出合理的吃砂量,并把水泥胎假箱中心線反到鋼制上砂箱上,同樣在其四個箱腳部位的相應(yīng)位置焊制好鋼制砂箱定位;最后將上下兩個砂箱按中心線對扣在一起,修整兩箱接觸部位并在四個箱腳接觸部位焊制好鋼制砂箱定位。2.2上箱、下箱、半鋼管造型用砂選用福建平潭天然硅砂,粒度40～70目,含泥量≤0.5%,水分≤0.5%,SiO2含量大于97%。采用新型水玻璃酯硬化砂?；焐霸O(shè)備使用懸臂式混砂機(jī),型砂(60%再生砂+40%新砂)+3%水玻璃+0.5%有機(jī)酯固化劑。造型制作上箱時,將上箱扣在上箱水泥胎假箱上;按標(biāo)記的冒口位置擺放保溫明冒口?350mm×800mm1個、?300mm×600mm2個及兩側(cè)吊耳?30mm排氣冒口各1個;按工藝要求及標(biāo)記位置碼放?70mm直澆口瓷管,放入型砂時注意直澆口瓷管別被沖倒;在上箱吃砂量厚大處合理加放砂吊;在上砂型均勻扎出?10mm排氣孔。造型制作下箱時,將下箱反扣在下箱鐵型上;按標(biāo)記的內(nèi)澆道及橫澆道位置,在?40mm及?60mm的半鋼管上碼放耐火方管磚;在砂胎內(nèi)加排氣繩引出箱外,造型時要有足夠并且均勻的緊實度。2.3型砂表面強度檢查為防止粘砂,在上下箱型腔工作表面均勻涂刷抗粘性好、耐火度高的鋯英粉醇基涂料3遍,分層點燃干燥固化,以增加型砂表面強度。合箱時用壓泥團(tuán)的辦法檢查頂部壁厚是否合適,并根據(jù)情況及時予以調(diào)整,上、下箱分型面壓石棉繩以防止跑火;在上箱直澆道處頂面加放澆口杯耐火磚管并培砂固化后,在檢查無落砂和無浮砂的情況下再合箱,合箱時確保上下箱定位準(zhǔn)確且保證直澆道位置對正;上下箱必須用螺栓緊固、一定要保證牢固可靠、以防止抬箱跑火。2.4澆注鋼液現(xiàn)澆溫度熔煉設(shè)備為15t電弧爐,吊架鑄件毛坯包括澆冒口總重為13.5t,一爐澆1件。采用底注式漏包澆注鋼液,澆注溫度1580℃較為適宜。鋼液脫氧一定要干凈徹底,以防產(chǎn)生氣