圆锥破碎机传动轴架铸造工艺设计

圆锥破碎机传动轴架铸造工艺设计

图1显示了圆形破碎轴结构的结构模型。材料：zg35b，铸造轮廓尺寸600mm600mm113mm，质量46kg。传动轴架是圆锥破碎机上的一个重要部件,其铸造质量的好坏关系到圆锥破碎机传动轴、圆锥破碎机圆锥部等部件的正常运转,直接影响到破碎机破碎性能的发挥。传动轴架必需经过超声波探伤检查,要求组织致密,不允许出现缩孔、缩松、裂纹、气孔等铸造缺陷。以往在生产各类铸件时,主要凭借技术人员的经验进行铸造工艺设计,铸件质量很难得到保证,铸件缺陷难以有效控制,废品率很高,严重影响了企业的正常生产,而且有些铸件要求一次铸造成功,一旦报废,会损失惨重。传统的生产方法建立在试错法的基础上,成本过高,已不能适应市场经济的发展。铸造模拟软件V-Cast能够对铸件的充型及凝固过程进行模拟,直观反映出充型过程中液态金属的流动行为和凝固过程中温度场、热节部位,并能准确地预测出充型及凝固过程中产生的缺陷类型、位置及大小。把V-Cast软件应用于实际生产中,可以大大缩短产品制作周期,确保铸件质量,提高工艺出品率。本文首先采用传统的工艺设计方法确定铸钢传动轴架的初始铸造工艺,再通过V-Cast软件对初始工艺进行模拟计算,根据计算结果提出改进措施,优化工艺,最终确定了合适工艺,消除了缺陷,得到了质量合格的铸件。1雕塑工艺设计1.1铸件的工艺设计根据传动轴架的结构特点和使用要求,确定出其浇注位置及分型面。浇注时使传动轴架水平放置,分型面选在中间最大截面处;在铸件厚大部位上部设置冒口对铸件凝固收缩进行补足,以实现自下而上的顺序凝固;采用两箱造型,造型材料为水玻璃砂,浇注温度1600℃。工艺方案如图2所示。1.2分两路同时引入金属液体铸钢的铸造性能较差,浇注系统结构应尽量简单,充型快而平稳。采用开放中注式浇注系统,从铸件中部分两路同时引入金属液体。选用漏包浇注,包孔直径准40mm,根据经验公式ΣF包∶ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1.0∶(1.8~2.0)∶(1.8~2.0)∶2.0,确定出各浇道截面积,ΣF直=22.6cm2,ΣF横=24.5cm2,ΣF内=25.2cm2,浇道实际形状如图2所示。1.3上设置冒口冒口应设在铸件最高和最后凝固的部位。为确保铸件凝固时有足够的金属液对其进行补缩,需在铸件的上部设置冒口。根据模数法计算出铸件模数,确定出热节位置,最终确定在3个法兰上部各采用一个腰形冒口(见图2),左边冒口尺寸为127mm×254mm×190mm,中间冒口尺寸为152mm×304mm×226mm,右边冒口尺寸为53mm×106mm×146mm。2初等工艺模拟2.1初始模流系统充型过程模拟充型过程对铸件的最终质量具有重要作用。许多铸造缺陷,如浇不足、冷隔、卷气、氧化夹渣乃至缩松、缩孔等都与铸造的充型过程密切相关。利用V-Cast软件能够较为准确的反映充型过程和缺陷生成过程,这对于优化浇注系统,避免铸造缺陷的形成具有重要意义。对初始工艺进行充型模拟,其过程如图3所示。可以看出,直浇道、横浇道和内浇道内的金属液在流动过程中始终处于充满状态,防止了气体和夹杂物的卷入。钢液从铸件中间两法兰处引入型腔,由底部逐渐上升,没有出现严重的飞溅现象,见图3(a)、(b);随着浇注过程的进行,液面不断均匀稳定地上升,见图3(c)~(e);冒口为最后填充部位,整个充型过程约用时28s,见图3(f)。整个充型过程中,金属液在型腔中的液面比较平稳,有利于夹杂物和气体的上浮,并且避免了表层氧化膜的卷入。此浇注系统设计的比较合理。2.2初始工艺缺陷对初始工艺进行凝固模拟,其结果如图4所示。图中深色表示液态或半固态,说明液态金属未凝固;浅色表示固态,说明液态金属已凝固。可以看出,当凝固时间进行到t=620s时,传动轴架法兰外侧、加强筋和浇注系统开始凝固,见图4(a);当t=800s时,浇注系统、加强筋结束凝固,铸件内的钢液即将分割为两部分,见图4(b);当t=960s时,连接筒体结束凝固,3个冒口对铸件进行补缩,凝固过程进一步进行,见图4(c);当t=1120s时,铸件内出现3部分液相区,分别由3个冒口进行补缩,见图4(d);当t=1342s时,左侧冒口对下部微量液态金属的收缩失去了补缩能力,有可能产生微量显微缩松,右侧冒口下部出现补缩瓶颈,补缩通道即将断开,见图4(e);当t=1380s时,右侧冒口下部出现孤立液相区,失去了对其补缩能力,凝固后期必然会出现缩孔、缩松缺陷,见图4(f);当t=1900s时,左侧冒口即将结束补缩,右侧冒口完全已凝固,见图4(g);当t=2800s时,中间冒口对铸件的补缩通道断开,出现孤立液相区,在凝固最后阶段,孤立液相区部位由于钢液的体收缩,此处会出现缩孔、缩松缺陷,见图4(h)。初始工艺缺陷分布如图5所示。可以看出,缩孔、缩松出现在冒口、浇注系统以及法兰和筒体的结合处,将缩孔、缩松转移至冒口、浇注系统是符合设计思路的,但出现在法兰和筒体结合部位的缩孔、缩松严重影响了铸件的使用性能,有可能造成铸件报废,必须进行工艺改进。3优化和模拟制造工艺3.1铸造工艺的改进根据模拟结果分析,铸件实现了自下而上的顺序凝固,左侧冒口起到了充分补缩,中间和右侧冒口也均起到了补缩作用,均有足够大的补缩能力,只是由于法兰与筒体交界处的模数大于冒口和交界处之间铸件的模数,导致补缩通道过早的阻断,影响了冒口补缩能力的发挥,造成缩孔、缩松缺陷的发生。该传动轴架铸造工艺改进的要点是消除凝固过程中出现的孤立液相区,保证补缩通道始终畅通,实现铸件到冒口的顺序凝固。根据铸件结构和缺陷分布状况,可以考虑增设冷铁,降低法兰与筒体交界处的模数,改变温度梯度,使交界部位先于上部凝固,延长冒口的有效补缩距离,实现冒口的圆满补缩。在出现缺陷的部位各设置一块环形冷铁,中间冷铁厚度为20mm,右侧冷铁厚度为15mm,形状和铸件轮廓相应,材质和铸件一致。优化工艺如图6所示,冷铁实体模型如图7所示。3.2初始凝固过程及补缩过程将优化工艺的三维模型转化为STL格式文件,导入ViewCast软件,对其进行网格剖分和参数设置,对优化工艺的凝固过程进行模拟,结果见图8。可以看出,当凝固时间进行到t=1200s时,传动轴架法兰底部、侧壁、加强筋和浇注系统首先凝固,凝固过程依次向上扩展,见图8(a);当t=1240s时,铸件长圆筒和加强筋部分的圆筒已结束凝固,铸件内出现3部分孤立液相区,由3个冒口分别进行补缩,见图8(b);当t=1330s时,凝固过程进一步进行,孤立液相区逐步向上延伸,右侧孤立液相区已延伸到冒口根部,补缩通道通畅,初始工艺中右侧出现的孤立液相区已经移到冒口中,见图8(c);当t=1460s时,右侧冒口圆满完成对右侧法兰区域铸件的补缩,左侧冒口补缩通道也始终通畅,即将结束对铸件的补缩,见图8(d);当t=2590s时,两侧孤立液相区结束凝固,大冒口继续对中间孤立液相区进行补缩,没有出现补缩瓶颈,孤立液相区继续向上延伸,见图8(e);当t=3358s时,凝固已经接近结束,孤立液相区出现在冒口中,能够有效的补缩铸件,见图8(f)。优化工艺模拟的缺陷预测如图9所示,铸件内部没有发现缩孔、缩松缺陷,缩孔、缩松已经转移到了冒口和浇注系统中,冒口使得整个铸件形成一个正的温度梯度,实现了从铸件到冒口的顺序凝固,保证了铸件质量。4设置蓄热系数大、易导热的铬铁矿砂由于以上设计的环形冷铁,在实际生产中操作比较复杂,实际生产时可补以设置蓄热系数大、易导热的铬铁矿砂,其功效相当于冷铁。一年来,按照新工艺铸造生产了100多个传动轴架,对生产的铸件进行了超声检测,没有发现缩松、缩孔等缺陷,得到了优质铸件。实际生产的铸件如图10所示。5工艺优化设计(1)对传动轴架采用水平浇注、中间分型的工艺方案,方便了造型,保证了充型的平稳