120吊架铸造工艺的优化

120吊架铸造工艺的优化

120吨悬臂是大型钢液包设备的重要部件。最大外形尺寸为3660mm×2040mm×1030mm(图1),净重7.5t,材质牌号ZG230-450。弧面与包体焊结接触部位,其变形不允许超过±10mm;轴头是起吊时承受重载和弯矩的部位,加工后须经磁粉探伤检测,不允许有裂纹和缩松等铸造缺陷。铸件进行去除内应力退火,热处理后的硬度值为200～260HB。1制造工艺1.1轴类铸件缩孔产生变形该铸件属于异型件,如图1所示,在弧面上有三个轴头,其中中间主轴头尺寸为⌀510mm×410mm,两侧轴头⌀350mm×140mm,其心部非常容易产生缩孔或缩松,这是铸造工艺难点所在;铸件结构形状复杂,在收缩过程中产生铸造应力较大,圆弧内凹面的尺寸为R1620mm、厚40mm,吊耳厚190mm,内凹圆弧面易产生变形;铸件体积和表面积较大,在浇注过程中将会有大量的气体产生,必须在工艺上加以弥补。1.2冒口的位位和位置如图2,采用二箱造型,轴头及铸件的主要部位都放在下箱,只把圆弧内凹面及冒口留在上箱。这样,铸件的主要结构部分均控制在下箱,有利于保证铸件尺寸,同时轴头部位在下箱利于补缩。1.3直浇道和横浇道的选用采用开放式浇注系统,内浇道共8道(图3),由吊架圆弧面边缘分散引入,依经验选用直径为⌀45mm的半孔耐火砖对扣在一起作为内浇道,直浇道采用⌀70mm耐火瓷管,选用直径为⌀65mm的半孔耐火砖对扣在一起作为横浇道。这样的浇注系统结构简单、可靠,便于清理,连续充型平稳,且温度分布较为均匀,有利于降低铸件收缩应力及减小弧面变形量。1.4确定冒口尺寸为保证吊架三个轴头心部无缩孔或缩松,冒口尺寸必须足够大。为此,我们选用保温冒口替代普通砂型冒口。根据保温冒口ME=Mr/E(ME、Mr为保温冒口模数、普通砂型冒口模数;E为保温冒口模数增大系数,一般E=1.3～1.4),经计算,确定将中间轴头原⌀500mm×1000mm砂型冒口更改为⌀350mm×800mm保温明冒口如图2所示,两侧轴头原⌀480mm×850mm砂型冒口更改为⌀300mm×600mm保温明冒口,冒口尺寸减小可节约钢液重2t。按补缩液量法计算,冒口消耗于补缩铸件的金属液体积应该与铸件被补缩部分的体积收缩值相等,即:(1/6)πd03≥εV件,V件=(1/4)πd件2δ件,简化得d03≥(3/2)εd件2δ件。当铸件凝固完毕时,冒口内供给补缩金属液球直径d0为冒口直径和铸件厚度之差,即d0=d冒-δ件。式中冒口直径:中间主轴头d冒=⌀350mm、两侧轴头d冒=⌀300mm;铸件补缩厚度:中间主轴头部位δ件=250mm、两侧轴头部位δ件=100mm;轴头补缩直径:中间主轴头d件=⌀250mm,两侧轴头d件=⌀175mm;经计算得中间主轴头部位d0=100mm、两侧轴头部位d0=200mm,钢的凝固收缩率ε=4.5%,则中间主轴头部位d03=1003≥(3/2)·εd件2δ件=(3/2)×4.5%×2502×250,两侧轴头部位d03=2003≥(3/2)·εd件2δ件=(3/2)×4.5%×1752×100,完全满足铸件补缩的要求,因此冒口补缩所需钢液量是足够的。2铸造产量控制2.1上箱和下箱的定位与安装吊架属于超大异型件,采取普通的制芯工艺很难保证,故采用假箱造型铸造工艺。上箱模样为水泥胎,下箱模样如图3。模样采用厚15mm的钢板制作、且用电动手砂轮把钢样交接处表面打磨光滑、圆角处用铁腻子修出光滑的圆弧;底板平台采用厚25mm的钢板且平面加工制作。铸造收缩率取2%;起模斜度2.5°,分型负数3mm。在上箱模样圆弧内凹面上对⌀350mm1个、⌀300mm2个保温明冒口、两侧吊耳⌀30mm排气冒口及直浇道⌀70mm耐火瓷管的码放位置作出相应标记,在下箱模样铁型上吊架圆弧面边缘,焊制⌀40mm的半钢管作为内浇道共8道,并与直径⌀60mm的横浇道半钢管焊接在一起。在上下箱模样上分别扣好上下箱,确定出合理的吃砂量,经验箱吻合后,分别在上下箱模样对角位置焊制好定位,同时焊制好上下箱之间的合箱定位,以防止产生错箱现象。上箱水泥胎假箱的制作如图4所示。第一步是把制作好的下箱铁型反扣在平台上,在中间圆弧内凹面的两端制作出一定尺寸的铁芯头并焊接在平台上,然后在不能出砂的两个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铁型吊走。第二步是以中间圆弧内凹面的两端铁芯头为基准,在其中间的中空部位用水玻璃酯硬化砂刮出和两端铁芯头一样尺寸的半圆型砂胎(使之硬化后),分别在两个吊耳的下方砂胎部位和中间圆弧内凹面的半圆型砂胎部位均匀平铺上一层薄塑料布,其结合处用胶带粘好(要求粘接部位及塑料布不能有起皱和打摺的地方),然后再把事先准备好的钢制上箱放在有制好砂胎的该平台上,四周留好均匀合适的位置,灌注事先搅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转过来(即中间圆弧内凹面朝上面),对中间圆弧内凹面(包括芯头)及两个吊耳下方部位(包括出砂面)等工作面及带稍斜面用水泥浆修出光滑表面及圆弧面,在中间圆弧内凹面水泥胎芯头上按下箱铁型直浇道凸台位置及三个轴头位置,分别制作出码放浇注瓷管耐火砖用的直浇道凸台及三个轴头部位的冒口标记。第三步是清除掉中间圆弧内凹面的半圆型砂胎,并把下箱铁型按原先位置反扣在平台上,然后再分别清除掉两个吊耳下方部位的砂胎,并在其砂胎相应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来砂胎的稍斜面,以防止合箱时发生干涉。最后在位于吊架法兰面一端的铁芯头上合理的位置处制作出横浇道(⌀60mm一半钢管)、内浇道(⌀40mm一半钢管)及直浇道⌀65mm圆钢凸台,以便码放浇注瓷管耐火砖,在铁型两个吊耳上方部位对排气冒口的摆放位置作出标记;把铁型实样与平台点焊接在一起并修磨光滑焊接处。第四步是验箱,即确定上下砂箱的定位,上箱水泥胎假箱和下箱铁型之间的定位要相一致、尺寸要相吻合;首先把钢制下箱扣在下箱铁型平台上,四周留出合理的吃砂量,并把平台上铁型中心线反到钢制下砂箱上,在其四个箱脚部位的相应位置焊制好上钢制砂箱定位;然后把钢制上箱扣在水泥胎假箱上,同样四周留出合理的吃砂量,并把水泥胎假箱中心线反到钢制上砂箱上,同样在其四个箱脚部位的相应位置焊制好钢制砂箱定位;最后将上下两个砂箱按中心线对扣在一起,修整两箱接触部位并在四个箱脚接触部位焊制好钢制砂箱定位。2.2上箱、下箱、半钢管造型用砂选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。混砂设备使用悬臂式混砂机,型砂(60%再生砂+40%新砂)+3%水玻璃+0.5%有机酯固化剂。造型制作上箱时,将上箱扣在上箱水泥胎假箱上;按标记的冒口位置摆放保温明冒口⌀350mm×800mm1个、⌀300mm×600mm2个及两侧吊耳⌀30mm排气冒口各1个;按工艺要求及标记位置码放⌀70mm直浇口瓷管,放入型砂时注意直浇口瓷管别被冲倒;在上箱吃砂量厚大处合理加放砂吊;在上砂型均匀扎出⌀10mm排气孔。造型制作下箱时,将下箱反扣在下箱铁型上;按标记的内浇道及横浇道位置,在⌀40mm及⌀60mm的半钢管上码放耐火方管砖;在砂胎内加排气绳引出箱外,造型时要有足够并且均匀的紧实度。2.3型砂表面强度检查为防止粘砂,在上下箱型腔工作表面均匀涂刷抗粘性好、耐火度高的锆英粉醇基涂料3遍,分层点燃干燥固化,以增加型砂表面强度。合箱时用压泥团的办法检查顶部壁厚是否合适,并根据情况及时予以调整,上、下箱分型面压石棉绳以防止跑火;在上箱直浇道处顶面加放浇口杯耐火砖管并培砂固化后,在检查无落砂和无浮砂的情况下再合箱,合箱时确保上下箱定位准确且保证直浇道位置对正;上下箱必须用螺栓紧固、一定要保证牢固可靠、以防止抬箱跑火。2.4浇注钢液现浇温度熔炼设备为15t电弧炉,吊架铸件毛坯包括浇冒口总重为13.5t,一炉浇1件。采用底注式漏包浇注钢液,浇注温度1580℃较为适宜。钢液脱氧一定要干净彻底,以防产生气