800MN模锻压机特大型铸钢件的极限制造

1、百度文库-让每个人平等地捉升门我800MN模锻压机特大型铸钢件的极限制造摘要：本文以800MN大型模锻压机重大装备所需的超大型铸钢件为对象，介绍 了特大型铸钢件关键生产技术问题。通过开展材料合金化、造型材料、铸造工 艺、铸造过程模拟仿真与缺陷预测等关键技术研究，解决特厚大铸钢件的内部 质量控制、多包协同合浇、偏析控制等技术难题，实现了800MN大型模锻压机 特大型铸钢件的极限制造。关键词：800MN大型模锻压机；特大型铸钢件；极限制造百度文库-让每个人平等地捉升门我2Extreme fabrication of super-sized casting steel pieces by 800MN

2、 mouldforging mach i neAbstract:This arti c I e d i scusses the cruc i a I I y techni ca I prob I ems dur i ng the fabrication of super-sized (extra-ghick and Iarge)casting steeI p ieces based on those p iecesfabr icated by 800MN mouId forging prob I ems of such pieces induding internaI qua Iitycont

3、rol, simultaneous pour ing by multi steeI ladles and segregation controI were so Ivedby add ing a I I oys, improv i ng mou I d mater i a I, con tro I I i ng cas t i ng process, Simulating casting procedure and predicting defects, reaI izing the ultimate fabr ication ofsuper-sized casting steeI by 80

4、0MN forging machine.Keywords:800MN mouId forg i ng mach i ne;Super-s i zed cast i ng stee I p i eces;Extremefabr i cation大型厚壁铸钢件的凝固特性及缺陷预防与控制措施与薄壁件相比有很大的 不同。大型铸件轮廓尺寸大，铸件截面厚大，厚壁效应突出。铸件浇注后液态 金属高温居留百度文库-让每个人平等地捉升门我3时间长、铸型（芯）的受热坏境恶劣，铸件容易产生晶粒粗大、 成份偏析及显微疏松倾向大，更容易出现性能下降、裂纹、粘砂、尺寸精度不 稳定等缺陷，对材料冶炼、造型材料的高温性能、造型

5、控制、铸造工艺等要求 更高，铸件废品的风险大。大型高质量铸件的制造一直是世界性的工艺技术 难题。二重集团公司有大型铸钢件制造业绩和经验，已成功生产过125WN热模 锻压机、160WN水压机以及宝钢5ni牌坊等大型铸钢件，但所生产的铸钢件壁厚 不超过1000帧。800MN大型模锻压机作为当今世界上最大吨位的压机， 共有压 机支座、 活动横梁等大型铸钢件共50多件，总重量超过7600吨。 铸件尺寸最 长接近21000 mm,铸件壁厚最厚达到2000 mm,铸件单件净重最重约410吨。铸 件需要经过严格的UT、MT检查。800MN模锻压机主要铸件的重量、壁厚和几何 尺寸都是超量级的，相关指标、参数超

6、出了设备、工艺技术的常规保障能力， 属于极限制造。1 800MN模锻压机特大型铸钢件结构工艺性改进800MN模锻压机主要铸件的重量和几何尺寸都是超量级的，初始的零部件设 计更多的是基于满足压机的应用功能进行设计， 制造零部件的工艺实现性考虑 得较少，因此很多初始设计的零部件没有工艺实施的可行性。理论上说，不作 零部件的工艺结构性改进，800MN模锻压机及零部件没有相应的工艺方法可以实 现制造。为了实现800MN大型模锻压机制造，在不影响铸件结构强度、使用功 能的前提下，从有利于实现铸件极限制造为目的，进行了工艺性铸件结构优化。1、800MN大型压机铸件侧梁右下部、侧梁左下部、 上板梁、 上隔梁

7、、提升梁、接梁、活动横梁中梁、下固定梁中梁、压机支座、活动横梁侧梁体等 都进行了重大设计结构调整，实现了生产制造的可行性。2、调整后的铸件结构既利于工艺的实施，同时也极大地降低了压机的整体 设计结构应力。3、有效的降低了800MN大型压机设备的总重量，降低了整体生产成本。百度文库-让每个人平等地捉升门我4注二+1环办rh沥/血:kr窃CK1隹/片0士炀 注二+1琢办rh沥（血班尸的丰主/片牡松 QHHK1M -I-珀怯甘宓匸匚口耳古鬲右言2碱性酚醛树脂砂在特大型铸钢件上的应用性研究造型材料在铸造生产中占有重要的地位。不同的造型材料，对铸件质量影 响很大，同时也对生产效率、制造成本产生较大影响。

8、据统计，铸造生产中往 往由于造型材料质量低劣或造型材料使用不当而造成的铸件报废约占废品率的50%以上，铸件制造成本的50%以上也是由造型材料及因造型不当而产生的铸造 缺陷修复构成。因此，重视造型材料的正确选用是降低铸件制造成本、提高 铸件质量、提高生产效率最有效途经之一。树脂砂的主要优点是：流动性好，型砂易紧实，铸件尺寸精度高，高温溃 散性好，铸件易落砂清理，表面质量好等特性，可以采用机器连续送砂，提高 生产效率，减轻工人的劳动强度，可以旧砂再生利用，节约生产制造成本，减 少环境污染。碱性酚醛树脂砂特慢固化剂的开发与配比强度试验在特大型铸钢件的生产当中，造型、制芯操作比较复杂，往往需要很长的

9、操作时间以完成浇注系统、冷铁的摆放以及铺放面砂，因此足够长的可使用时 间是特大百度文库-让每个人平等地捉升门我5型铸钢件生产对有机酯硬化碱性酚醛树脂砂提出的关键性要求。因而 具有超长可使用时间的特慢酯也成为特大型铸钢件生产的关键材料之一。本课 题根据生产需要与相关院所、企业试验开发出了一种特慢酯，试验表明，不同 比例的慢酯加入量对树脂砂的可使用时间有很大的影响， 下图表示了慢酯加入 量对型砂可使用时间的影响。刀*巒W比防*建国化別的On入细（%）固化剂中慢速固化剂加入量对型砂可使用时间的影响有机酯硬化碱性酚醛树脂砂其可使用时间的长短，主要取决于有机酯固化 剂在碱性水溶液中的水解速度，水解速度越

10、快，则其型砂的可使用时间越短。 而有机酯的水解速度又取决于其酯的结构和特性，当有机酯是多元酸酯，它的 水解速度要比一元酸酯慢得多。多年来，在碱性酚醛树脂砂的应用过程中，其 固化剂采用的是一元酸酯，如醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯等，这种有机酯的水 解速度较快，从而导致其型砂可使用时间较短，无法满足大型铸钢件造型制芯 的生产要求。本试验开发的这种特慢酯是一种多元酸酯，其主要特点是其多元 酸酯在强碱性的坏境中其水解速度要比一元酸酯慢得多，采用这种特慢酯作固 化剂，就能满足延长碱性酚醛树脂型砂可使用时间的要求。从上图中也可以看 出，随着这种特慢酯加入量的增大，其型砂可使用时间大幅延长。根据试验结 果，课题

11、组掌握了慢酯的加入量与树脂砂可使用时间的关系。制定了可以满足800MN大型模锻压机大型铸件生产的液料配比。百度文库-让每个人平等地捉升门我6闪化却中慢建岚忆W入床 和固化剂中慢速固化剂加入量对型砂24小时抗拉强度的影响同时，这种特慢酯由于含有少量醛类物质，并不会降低型砂的粘结强度。从上 图可以看出，随着特慢酯加入量的增大，对碱性酚醛树脂砂强度的影响较小。3 800MN模锻压机特大型铸钢件的数值模拟传统的铸造工艺凭借铸造工艺人员的实际经验进行，常常需要反复试浇，进行超声波探伤和磁粉探伤等鉴定和分析，才能得到一个合理、优化的铸造工 艺方案。对于单件小批量生产的大型铸件，如采用传统方法进行反复试验，

12、将 造成资源的巨大浪费。利用数值模拟技术模拟铸造过程，可以有效预测铸件中 可能出现的缩孔、缩松位置，并进行工艺优化，制定出合理的工艺方案，这样 既能够降低生产成本、缩短产品生产周期，又能取得明显的经济效益。800MN模锻压机特大型铸钢件的计算机充型模拟百度文库-让每个人平等地捉升门我7首先采用Pro/E软件对铸件进行三维实体建模，运用Pro/E软件中的Meehanica模块对所建三维模型进行面网格划分， 并运用Procast软件中的Meshcast模块对划分好的面网格进行体网格的划分， 最后采用Procast软件对 建立好的数值模型有限元数值模拟分析，预计铸件在铸造过程中可能产生的缩 孔、缩松

13、的位置和倾向，以及铸造过程中可能产生的残余应力，从而提出大型 铸件的铸造优化工艺和控制大型复杂铸件铸造质量的措施。(1)充型流场分析充型流场分析利用计算机对充型进行模拟，计算机通过颜色变化的区分，技术人员可以 对钢水进入型腔的流向、紊流情况进行可视化观查，便入工艺人员对铸件浇注 系统进行VeIoc i tym/s60sSimulation results200s百度文库-让每个人平等地捉升门我8调整。钢液流向不合理、紊流情况严重会导至冲砂、夹渣等铸造缺陷, 给铸件质量带来隐患百度文库让每个人平等地捉升口我9(2 )温度场及凝固过程分析Simulation results236450s凝固分析S

14、hrinkage porositySimulation resuIts缩松缺陷分析TemperatureC1200s3600s18000s百度文库让每个人平等地捉升口我10温度场分析百度文库-让每个人平等地捉升门我11热节分析通过采用不同的软件对800MN模锻压机特大型铸钢件制造工艺过程进行数 值模拟及仿真，对铸造过程中流场、温度场、应力场进行计算，帮助工艺设计 人员对不同时刻的金属流态、凝固过程温度分布、应力分布等重要物理参数有 所了解，并以此为依据，预测是否有缩孔、疏松、夹杂、偏析及热裂纹等缺陷 出现。根据模拟结果，工艺设计人员可以对铸造工艺进行进一步修改优化，以 实现铸造工艺设计一校核一

15、再设计一优化设计的全过程。数值模拟的应用，提 高了大型厚壁铸件的铸造质量控制水平，为800MN大型模锻压机大型铸钢件的 成功研制发挥了具大作用。4大型铸钢件微裂纹预防措施及表面气孔、砂眼缺陷控制措施大型厚壁铸件容易现裂纹缺陷，这种裂纹缺陷通常在毛坯状态不易发现，在进行粗加工后裂纹清晰可见，主要分布在园角部位、结构突变部位，裂口的 外观曲折而不规则，表面有氧化色，裂纹一般为热裂纹。产生裂纹的主要原因 是铸件凝固收缩时，在合金的液相线和固相线之间的某一温度下。当树枝晶之 间搭接成比较完整的骨架时就铸件具备了收缩的能力，但这时在枝晶之间的孔 隙内仍有液相存在，如果铸件收缩时受阻碍，会产生不同程度的拉

16、应力，当拉 应力超过凝固层所能承受的极限应力时，会被拉断，使铸件上出现裂纹。控制厚壁铸件裂纹的措施：1、采用全冷模工艺，加快铸件表面的冷却，提高抗拉强度，2、加大园角，在园角部位增加外冷铁。百度文库-让每个人平等地捉升门我123、减小外冷铁间隙，提高间隙补砂强度。4、选用底面平整的外冷铁，提高外冷模底面砂型强度。5、设计防裂割筋。控制铸件表面气孔、砂眼缺陷，1、对混砂系统的液料配比进行了加强。2、增加砂型强度的抽检频率3、铸件表面铺放优质锯矿砂，增加型腔表面的耐火度。4、对型腔干燥进行有效控制。5特大型铸钢件的成分偏析控制措施大型厚壁铸件冷却缓慢，金属凝固时间长，晶粒粗大、枝晶发达、成份偏 析

17、及显微疏松倾向大。厚大铸件在凝固后期冒口部位常会产生较严重的C、S、P等元素的偏析，引起冒口下裂纹产生，而且由于偏析存在，造成铸件裂纹及焊 补困难。化学成分内控设计实现材料的微合金化在标准的化学成分规范内对残余元素锯、鎳、鋁进行利用，适当降低易偏 析元素含量，通过增强合金含量强化作用，从而达到了增强材料强度和韧性的 目的。机本是微合金元素，在%时，能细化晶粒、提高韧性，但它会给焊补 造成大的困难，故对残余元素飢按低限控制。铜、硫、磷是有害元素，影响到 材料的韧性和焊接性能，因而控制得越低越好13O碳和猛是影响强度和韧性的主要元素，必须合理搭配和严格控制，考虑到 厚大件的成分偏析（尤其是冒口下）

18、，猛不宜太高，否则易产生裂纹和焊补困难, 故碳控制在%、猛在%。百度文库-让每个人平等地捉升门我13材质:GS-20Mn5执行标准DIN17182采用成分含量低一级的钢水对铸件进行多次补浇，控制铸件及冒口偏析。为控制特厚大铸件的成份偏析，结合软件摸拟、生产实践，首次提出了用 成分含量低一级的大吨位钢水多次补浇工艺。采用多次补浇措施，同时人为控 制易偏析元素的含量，通过补浇低偏析元素含量钢水，稀释易偏析元素的偏析 浓度，达到控制铸件元素偏析的目的。铸件浇注后，对直径C 2980 mm冒口进行了解剖分析，越靠近冒口心部，成分偏析越严重，其中偏析最大的元素为C、Si、Mn、P、So元素CSiMnPs

19、标准值Ww内控WwCrNiMoVAlCuWWWwww百度文库让每个人平等地捉升口我14百度文库-让每个人平等地捉升门我152345abcdeQCaA/IMRuin H：-4-r=? rnfidfe?立ll6采取新的工艺技术，解决大型铸钢件多包协同浇注难题大型铸件钢水量大，需要复杂的多包合浇及多次补浇工艺。多包合浇时，涉及多钢包钢水量的分配、包孔的开启、关闭顺序，浇注质量风险及安全风险 大。以往大型铸件的多包合浇基本上靠手工计算及经验估算， 与实际浇注情况 相差百度文库让每个人平等地捉升口我16较大。在保证钢水一定上升速度的情况下，为较为准确的掌控多包合浇时 各钢包的钢水分配情况，课题组开发了一

20、款多包钢水浇注曲线软件，多包钢 水浇注曲线软件设计的目的就是为了提高工作效率，减少计算量。该软件对钢 水量与浇注的时间进行模拟，可以很方便地计算浇注重量与浇注时间的关系，特别是在多包浇注时，准确计算出各钢水包打开的顺序和时间。使用时，只要7解决系列生产、技术难题800MN大型模锻压机铸件结构复杂，铸件轮廓尺寸大，壁厚相差悬殊，铸件 最长近21000 mm,壁厚最厚达2000 mm,薄的部位约100 mm,铸件毛坯最重达500t,需钢水758to铸件在铸造过程中极可能因工艺参数选择不当等因数的影响而造 成尺寸超差，甚至变形。围绕800MN模锻压机大型铸钢件的极限制造，完成了800MN压机特大型铸

21、钢件的工艺研究，成功生产了800MN压机大型铸钢件。化学 成份C偏析W%,无损检测满足SN320-10要求，产品的质量达到了图纸技术要 求。1、采用搭接专用水口溜，解决了厚大实心铸件尺寸短，多包合浇钢水的 组织、浇注难题。百度文库-让每个人平等地捉升门我172、升级、改造切割工具，解决了超大型冒口的切割难题。3、设计专用附具，解决了特大型铸件的造型、起吊、翻转、运输难题。4、 成功实现了因铸件、 冒口浇注压头高， 地坑砂床承压大， 铸件跑火的 防控。5、解决了特厚大铸件及大型复杂铸件的裂纹、缩孔、缩松问题。6、解决了大型复杂铸件砂芯的固定、出气及铸件质量保证工艺控制措施。7、完成了厚大铸件的热处理，晶粒细化研究，铸件性能达到了标准要求。8、研究了厚大铸件的探伤、缺陷的处理措施。8部分产品检验报告及实物百度文库-让每个人平等地捉升门我189结论800MN大型模锻压机特大型铸钢件的成功生产，解决了特大型铸钢件的