錐筒殼體鑄件的工藝優(yōu)化

1、作者簡介：宮顯輝197802陜西興平本科工程師主要從事鑄鐵鑄鋼熔煉及鑄造工藝錐筒殼體鑄件的工藝優(yōu)化錐筒殼體鑄件的工藝優(yōu)化宮顯輝宮顯輝1，陳海文，陳海文2（1宮顯輝陜西柴油機(jī)重工有限公司、陜西、興平713105；2陳海文中國船舶重工集團(tuán)公司第十二研究所，陜西興平713102）摘要：摘要：鑄件澆注系統(tǒng)位置選擇，以及冒口和補貼的合理設(shè)計，對最終凝固結(jié)果有重大影響。通過對低碳鋼材質(zhì)的錐筒殼體鑄件的鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)了順序凝固和補縮暢通的目的

2、，消除了鑄件熱節(jié)部位的內(nèi)部缺陷。應(yīng)用鑄造凝固仿真分析對工藝方案的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性起到有效的把關(guān)，生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的產(chǎn)品。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：澆注系統(tǒng)；工藝優(yōu)化；補縮；凝固仿真ProcessoptimizationofconicalcylindershellcastingGongXianhui1CHENHaiwen2（1GongXianhuishanxiSHAANXIDIESELENGINEHEAVYINDUSTRYLTD2CHENHaiwenCS

3、ICNO12.RESEARCHINSTITUTE）Abstract:Abstract:Thelocationofcastinggatingsystemthereasonabledesignofrisersubsidyhavegreatinfluenceonthefinalsolidificationresult。Processoptimizationfcastingofconicalcylindershellwithlowcarbons

4、teelmaterialthepurposeofsequentialsolidificationsmoothfeedingwasrealizedtheinternaldefectsofthehotspotofthecastingwereeliminated。Theapplicationofcastingsolidificationsimulationanalysiscaneffectivelycheckedthescientificri

5、gofthetechnologicalschemeproducetheproductsthatmeetsthetechnicalrequirements。KeyKeywds:wds:gatingsystem；processoptimization；retraction；solidificationsimulation碳鋼因具有較好的綜合力學(xué)性能，在有較高抗拉強度的同時，兼有良好的塑性和韌性。目前因成本較低、焊接性優(yōu)良、經(jīng)正火熱處理后切削

6、加工性能良好等特點，廣泛的應(yīng)用于制造形狀較復(fù)雜的工程用機(jī)械零件。低碳鋼錐筒殼體鑄件是用來安裝齒輪傳動機(jī)構(gòu)的箱體，承受較大的齒輪軸軸間應(yīng)力，對殼體的強度有較高的要求，另因在較為惡劣的海洋環(huán)境工作，故對殼體表面及內(nèi)部質(zhì)量提出了更高的要求。1錐筒殼體的技術(shù)要求錐筒殼體的技術(shù)要求我公司生產(chǎn)的錐筒殼體鑄件材料為ZG200?400，力學(xué)性能滿足：Rm≥400MpaReH≥200MpaA5≥25%Z≥40%Akv≥30J。鑄件表面及內(nèi)部不允許有縮孔、

7、疏松、氣孔、裂紋、夾渣及影響使用的表面或內(nèi)部等缺陷。裝配及受力部位進(jìn)行超聲波、全周身進(jìn)行著色探傷，滿足二級探傷要求。安裝在水下進(jìn)行泵壓試驗，不允許滲漏和表面裂紋存在。殼體鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示，形狀為錐型筒體，外部有凸臺及搭子，內(nèi)孔兩端及中部有法蘭。外形尺寸為Φ640585mm，主要壁厚為17mm，最小壁厚為13mm。從結(jié)構(gòu)上看，錐筒和法蘭及凸臺交接的部位較為熱節(jié)分散，補縮困難，容易出現(xiàn)組織疏松缺陷，造成鑄件打壓滲漏報廢。其技術(shù)難點為：1）

8、尺寸精度和表面光潔度要求高。2）鑄件表面要全部著色探傷，達(dá)到二級要求，而圓筒類且壁較薄易，受阻收縮時裂紋傾向大。3）鑄件需要在法蘭及凸臺與筒壁交接部位進(jìn)行超聲檢測，要求內(nèi)部組織致密，不能有縮孔、縮松等缺陷，而這些交接部位由于熱節(jié)分散，補縮困難。圖1錐筒殼體鑄件的結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1Structuralsketchofconicalcylindershellcasting作者簡介：宮顯輝197802陜西興平本科工程師主要從事鑄鐵鑄鋼熔煉及鑄

9、造工藝經(jīng)分析認(rèn)為，鑄鋼從材質(zhì)特點來說，鑄造性能較差，流動性較低，體收縮和線收縮都偏大，凝固方式為逐層凝固，容易形成縮孔、疏松等缺陷。錐筒殼體外壁上的凸臺法蘭與殼體過渡部位壁厚較厚大，是熱節(jié)部位，這一部位從理論上來講，也是易出現(xiàn)缺陷的部位。另外凸臺部位結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不規(guī)則的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋼水流動阻力大，這一部位的充型就較為困難，雖然冷鐵起到一定的加強凝固的作用，但因凸臺部位的機(jī)構(gòu)及壁厚原因，使該部位為“較弱部位”，為最后凝固的位置；冷鐵的使用也有

10、兩面性，因連接部位的冷鐵激冷導(dǎo)致金屬液對熱節(jié)部位的補縮能力下降，熱節(jié)位置處的形狀不規(guī)則，充型過程該部位易產(chǎn)生紊流，導(dǎo)致形成的氣體不易排出；再加上凸臺離冒口位置遠(yuǎn)，補縮不暢易導(dǎo)致縮松和裂紋等缺陷問題的產(chǎn)生。3優(yōu)化后的工藝方案及結(jié)果分析優(yōu)化后的工藝方案及結(jié)果分析前面的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析已明確，錐筒殼體鑄件的重量約240Kg，主要壁厚為18mm，最小壁厚為14mm，該壁厚已接近理論上含碳量不大于0.20碳素鋼的臨近鑄造壁厚值，低碳鋼鑄件的合理鑄造壁

11、厚在25mm左右，該產(chǎn)品屬于薄壁件，且結(jié)構(gòu)不規(guī)則，該錐筒殼體外壁上的凸臺法蘭處熱節(jié)較多，這些都會增加鋼液在鑄件中補縮時的流暢性及效果。另外該鑄件在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在殼體的兩端端口和中間部位增設(shè)了加強筋，一方面減輕了鑄件的重量，另一方面加強筋能夠有效的增加鑄件的力學(xué)性能、防止了裂紋變形等缺陷的產(chǎn)生，但加強筋在液體補縮過程中消耗了大量的冒口中的鋼液，加強筋與外壁上凸臺連接部位設(shè)置了冷鐵，增加了過渡部位的冷卻速度，也影響了鋼液對凸臺連接部位的補縮

12、，這也是導(dǎo)致凸臺熱節(jié)部位出現(xiàn)缺陷的一個重要因素。針對原工藝方案出現(xiàn)的問題，對工藝方案進(jìn)行了調(diào)整，見圖4。仍采取將殼體橫向放置，中間分型的工藝方案，芯子與原方案一樣為整體芯子，這樣利于尺寸精度的控制和便于操作。不同之處是取消了原來在加強筋與凸臺連接部位的側(cè)面放置的冷鐵，將鑄件的上下位置進(jìn)行了倒置，在凸臺中間的圓環(huán)上放置一個環(huán)形冒口（2#），在凸臺兩側(cè)各放置一個冒口（1#，3#），冒口根部的凸臺位置增加了補貼，目的是讓凸臺部位最后凝固，用冒