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铸铁平台的控制要点及难点分析

2019-06-17 09:10:42
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   大型灰铸件是 地面接收装置的重要基础件。其轮廓尺寸为φ5600mmx560mm,壁厚为50~80mm,铸件材质为HT250,重34t。要求平台尺寸稳定性高,铸件弯曲变形量控制在8mm以内,大平面硬度差小于HB20,不允许有缩松、缩孔、夹渣、气孔以及裂纹等铸造缺陷,属于重大型精密铸件。该平台的特点是 轮廓尺寸大,重量大,存在大平面,筋板结构布局不利铸造,容易产生导致裂纹的铸造应力。采用常规的砂箱模型铸造方法生产有利于保证质量,但其资金投入多,生产周期长。考虑 此件为短线单台份,决定利用现有的生产条件,采用地坑组型的方法生产铸件。

   1地坑造型生产大型平台的难点分析

   1.1铸件散热

   地坑生产大型铸件散热效果不好,尤其地坑中心区域的砂床散热条件差,造成凝固不平衡,各种元素容易形成偏析,石墨组织粗大,产生缩松及硬度不均等缺陷,影响平台尺寸的稳定性,因此对凝固温度场的控制提出了高的要求。

   1.2地坑造型合箱

   地坑造型合箱操作难度大,毛坯尺寸公差要求为CT12级,如此大型件采取地坑手工造型工艺,保证尺寸精度困难较大。平台共有50块砂芯,合箱过程中严格控制50块砂芯的形与位关系,否则将导致平台合箱出现尺寸偏差。

   其铸件不但要有良好的内在质量和准确的尺寸精度,而且要求有光洁的铸造表面,要求铸件所有毛坯面进行磁粉探伤,操作难度非 常大,受浇注速度限制,金属液在极短时间内充满铸型,势必造成对型芯的冲刷力的增大,容易使铸件产生涂料脱落、夹杂等缺陷。铸件需铸出φ60mmx2500mm长条通孔4个,且孔内不允许存在任何铸造缺陷。铸件轮廓尺寸大,地坑排气带来困难,地坑砂床设置好排气沟,稍有不慎就会产生呛火,造成废品。

   1.3合金熔炼控制

   平台合金熔炼控制难度非 常大。平台需要准备铁液40t,现有熔化设备的能力不足,容易出现铁液成分及温度方面差异,影响铸件显微组织的均匀性,特别是 表面硬度的差异。

   1.4芯撑的耐热强度

   充分考虑 芯撑的耐热强度和金属液浇注过程中对芯撑产生的冲击,以避免芯撑提前软化导致型腔移位致使尺寸变化。

   2地坑造型生产平台控制要点

   2.1铸造工艺方案及工艺参数的确定

   1)型、芯工艺。为了使型、芯的尺寸精度、表面粗糙度达到要求,全部采用冷硬吠喃树脂砂造型、制芯。型砂配比为:树脂加入量为原砂的1.2%~1.4%,固化剂加入量为树脂加入量的40%,24h抗拉强度大于0.8MPa。平台的大平面是 其重要工作面,质量要求严格,铸造工艺方案应该优先考虑 将大平面放置在浇注位置的下方,避免产生砂眼、气孔等铸造缺陷。

   平台的结构为圆形规则体,适合采用组芯成型,平台大平面由刮板形成,此工艺将节省可观的模型制作费用,其余由盖芯和中间芯形成,缩尺取8/1000。

   为了保证铸型表面粗糙度符合要求,对铸型要做打磨处理,铁液凝固时间长,铁液与型、芯相触的时间较长,为了防止铸件产生粘砂、夹砂、砂眼等缺陷,在型、芯转角 处及平台下部平面部位使用错英粉醇基快干涂料,其他部位使用自制的水基涂料,涂料层厚度取0.6~1.5mm。机械加工余量:上部为+20mm,下部+20、侧部均为+15mm。

   2)浇注系统。因平台外轮廓尺寸较大,铁液从平台外周引入,铁液流至中心的行程长,因此要求浇注时铁液要大流量快速充型,避免出现冷隔、涂料脱落及氧 化夹渣等缺陷。浇注系统设计成底注缓冲阶梯、串联环形半开放式浇注系统,铁液从底部平稳有序地充满型腔,有利于排气、排渣。

   浇注系统由浇口箱、2个φ100直浇道、1个φ80环形横浇道,20个φ30分散布置内浇道组成。内浇道尺寸的确定要保证先于铸件凝固,充分利于石墨化自补缩作用。

   ③冒口的设计。由于此铸件较大,壁厚比较均匀,因此不放置补缩冒口,只设置28个φ140出气冒口,辅助浇口补充铸件液态收缩量,排除上部有杂质的铁液。主要由浇注系统补充液态收缩不足量,凝固过程利用石墨化膨胀进行自补缩。

   2.2关于反变形量

   大型铸件传统粘土砂工艺是 在下部平面预留反变形量,抵消由于热应力及相变应力引起的大平面向上弯曲收缩变形。采呋喃树脂砂工艺,由于铸件附近砂型残留强度低,铸件自重及铸件上部型砂的重力作用,能够自我矫正因相变应力产生的变形。通过对去除压铁时间及打箱时间的严格控制,平台铸件完全可以不留反变形量,获得尺寸正确的铸件。取消反变形量方便了造型操作,简化工艺,其机理分析如下。

   呋喃自硬树脂砂在铁液的高温作用下,树脂产生分 解,树脂砂导热性比较差,大型平台的热容量较大,导致铸件四周的砂型几乎烧透,溃散性好,在500℃左右,残留强度几乎为零,这样在铸件自重及上部型砂的重力作用下会产生向下弯曲变形。根据平台结构及轮廓尺寸,采用不同的保温时间和压铁吊走时间,所给定的加工余量能够保证变形量在较小的范围内,满足平台的尺寸精度要求。

   2.3地坑砂床、排气道及散热通道的铺设

   排气道设置是 否通畅、合理对地坑造型成败至关重要。铺设排气通道前,要清除地坑内多余废砂,将地坑底部用重物夯实。将块度为30~50mm的焦炭块铺垫50mmx50mm径向辐射排气通道8条。根据平台轮廓尺寸铺设200mm厚底层树脂砂砂床。砂床下150mm深度,中心区域φ3000mm范围铺设X40环形散热钢管,改善砂床中心区域散热条件。

   地坑四周用φ100mm铁管与焦炭通道连接,铁管要高出地面,以利型、芯及砂床产生的气体顺畅排出。排气管、散热管又兼有测温通道的功能。

   2.4铸件大平面硬度均匀性的控制

   为了使铸件组织致密、硬度均匀,对平台底部中心区域预埋风管加速冷却,改善中心区域散热条件。在平台外周开设内浇道,平衡各部分温差。浇注后根据砂型监测点温度显 示数据的变化,及时对散热管通风调整砂床温度,使中心区域砂型的温度与四周一致。 

   1)基准重合。平台的高度方向有一条基准线,也有中心线,这些是 平台的设计基准,也是 平台加工和装配基准,铸型装配时要将铸造基准与加工基准重合,避免因基准变换而引起误差,影响整个铸型的装配精度。

   2)画好组型、下芯定位线。合箱之前要先在砂床表面画好定位线,留出下芯标记。先下好46渺芯,46#芯是 其余49块外周砂芯的基准;21#~24#φ60mmx2500mm长条通孔芯采用铬矿砂制作,防止粘砂,为了防止21~24#芯过长而出现弯曲,在芯子的中部与砂床预留的焊点连接固定;严格按照画好的定位线依次下1~20#外型芯,25~45#内腔芯,下芯后要用直尺校验芯子与平台轴向基准面的垂直度。

   3)组型芯下好后,在其外部应填充型砂,填砂前要用卡板在砂芯内侧支撑牢固,防止尺寸变化,填砂硬化后再撤掉卡板。上型采用盖芯,分块制作。为防止盖芯涨箱,合箱结束后使用垫铁均匀支撑每块砂芯,每块砂芯要保证有至少2点垫铁加固。

   4)为防止芯撑在凝固强度不足时软化,采用特制的芯撑进行支撑。

   2.6压箱及打箱

   地坑造型,压铁的选择与分布非 常重要,合箱后用特制加长压箱铁横梁均布贯穿于盖芯上方,每个盖芯要用垫铁与压铁横梁备牢,支撑点要用力均匀,确保不少于2点,决不能存在虚压点,压箱铁质量是 铸件毛坯质量的5倍以上,保证浇注时不抬箱跑火。浇注后4~6h松动外周盖芯垫铁,24h后松动中心区域盖芯垫铁。

   地坑散热条件不好,要较砂箱生产类似件延长保温时间,过早打箱将造成铸件变形甚至局部开裂,打箱时间长生产周期长,占用有效的作业面积,打箱时铸件温度控制在400℃以下为宜,达到该温度的保温时间应不少于120h。铸件起坑受力要均匀,出坑后平稳放置于避风干燥处,底部大平面不能存在局部着硬点。

   2.7熔炼工艺的控制

   1)生产设备。20t中频感应熔化电炉1台,10t/h两排大间距冷风冲天炉1台,20t电动浇包2个。

   2)铁液成分控制。炉料配比为40%废钢、40%回炉铁、20%生铁,采用双联熔化经增碳、锰、硅及铬处理得到合格铁液。这种方案的优点是 ,少用生铁,降低了生产成本,可获得含磷量低的铁液,可减少生铁遗传性影响,铸铁石墨形态好,珠光体含量高,力学性能好,铸件断面敏感性小,铸造后残余应力小,尺寸稳定性好。

   在灰铸铁件生产中,保持硫含量在0.07%一0.12%对改善铸件的性能是 有益的。当铁液中的硫含量低于0.07%时,石墨形态差,孕育效果也差。保持硫含量在0.07%一0.12%,具有改善并细化共晶团,改变石墨的形态,使石墨的长度变短,未端变钝,形态变得弯曲等效果,同时还能显著改善切削加工性能。但锰含量不能低,因为锰与硫形成硫化锰,适量硫化锰的存在将成为结晶晶核。铁液硫含量低于0.07%,应加硫化铁提高硫含量。

   冲天炉前期熔炼要保证高温,尽可能多加入废钢,废钢不足在中频炉中加入,成分不符在中频炉中进一步调整,铁液于炉内升温1500℃以上,进行短时间精炼(10min左右),以达到净化铁液的目的。通过进行碳硅快速分析及光谱分析保证两包铁液成分一致。

   3)出铁等待浇注。浇注需要铁液40t,冲天炉先期熔化的20t铁液陆续存放在中频炉中等待、调整成分;后续冲天炉铁液陆续存放在铁液储存包中,当储存到15t时,将电炉中铁液全部存放于20t预热包中,包面盖保温覆盖剂,运至浇注部位处于待浇注状态;将储存包中15t铁液及较后5t铁液全部倒入电炉调整成分及温度,温度不符合浇注温度要求,倒包降温,要求两包的温度差在20℃之内。

   4)强化孕育。在出铁液时,随流加入SiFe75孕育剂0.2%,粒度10~14mm,加入时间为出铁时间的80%~90%,铁液处理后,每包铁液加入块度80~100mm的SiFe75孕育剂0.1%,浇注时随流加入粒度为0.5一2mm的含锑硅钡孕育剂0.1%。

   2.8浇注

   浇注温度高低对平台铸件质量影响很大,铁液浇注温度过高,易产生缩孔、缩松及粘砂缺陷;浇注温度过低,铁液流程长,流动性变差,易产生对口流缺陷,浇注温度确定为1300~1350℃。浇注时,要确保铁液始终充满浇口箱,避免浇包中的浮渣进入型腔产生夹渣缺陷,要在浇口箱中做挡渣设计。


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