步進式冷床升降凸輪軸鑄造工藝設(shè)計

步進式冷床升降凸輪軸鑄造工藝設(shè)計

提升輥是濟鋼集團重型機械有限公司厚板工程的重要組成部分，也是寒冷邊坡的快速入口。要使用1120個冷床上的冷床上。滾輪結(jié)構(gòu)如圖1所示，材質(zhì)為ZG310-570，幾何尺寸為尷460mm×250mm,重量150kg。鑄件不得有夾砂、裂紋、氣孔等鑄造缺陷。1工藝現(xiàn)狀及問題原工藝是分模造型,沿輻板橫向?qū)⒛臃殖蓛刹糠?輻板上部筋板和輪轂部分在上箱,剩余部分在下箱,按常規(guī)一般輪類鑄件鑄造方法設(shè)置冒口,輪緣處設(shè)置2號腰暗冒口4個,中間輪轂處放12號冒口一個,冒口放置如圖2所示。原工藝出現(xiàn)的問題：(1）冒口較多，造型操作麻煩，生產(chǎn)率較低。(2）造型時上箱塌箱嚴(yán)重,導(dǎo)致修型工作量較大。(3）由于冒口較多，下芯合箱操作過程中，進入型腔的散砂較多，鑄件形成較嚴(yán)重夾砂缺陷。(4）冒口凝固較晚，鋼液對砂型熱作用時間相對較長，導(dǎo)致輻板輪轂與筋的交接處粘砂嚴(yán)重，鑄件表面質(zhì)量較差，并且常常出現(xiàn)裂紋。(5）后道工序清砂、氣割冒口的工作量加大，鑄件表面質(zhì)量差。(6）鑄件工藝出品率較低，只有47%。2改進后的工藝針對以上問題我們對鑄件結(jié)構(gòu)進行仔細分析研究,設(shè)計多種工藝方案對比，最后確定如下工藝方案。2.1上蓋芯子結(jié)構(gòu)(1）由于鑄件批量較大，我們確定模樣采用整體模樣、下芯子的工藝，這樣整個鑄件都在下箱，不會造成偏箱現(xiàn)象，造型操作方便。模樣結(jié)構(gòu)見圖3，上部采用1#蓋芯，軸孔采用2#中芯。為防止下偏芯子導(dǎo)致上下筋對不齊、錯位，對上蓋芯設(shè)置了定位結(jié)構(gòu)。(2）將2#中芯從輻板中間往上挖補貼，以保證從輪轂往輪緣處的補縮通道暢通，中間放一個冒口就能對外圓輪緣進行補縮，原來輪緣處的四個冒口就可以去掉，工藝出品率大大提高。(3）上蓋芯子結(jié)構(gòu)如圖4所示。為保證芯子精度，2#外圓芯子和3#蓋芯都做成脫落式芯盒，模樣和芯盒縮尺為徑向1.8%，其余2.0%，分型負數(shù)取1.5mm。2.2高溫下球鋼芯選擇型砂時，兼顧表面粗糙度與解決清砂難問題，即與鋼液接觸的筋板處、凸臺周圍，由于受鋼液的熱作用時間較長，在芯子表面采用耐高溫的鉻鐵礦砂，防止鑄件粘砂。但這種砂價格較高，為了節(jié)約成本，只可采用薄薄的一層，厚度約8～10mm，芯子內(nèi)層采用高溫下能自動分解、易潰散的低價人工粉碎的石灰石砂；砂型型腔采用硅砂，刷鋯英粉涂料。2.3重新設(shè)計擴大澆冒口和澆口(1）設(shè)置合理的澆冒口系統(tǒng)，需要精確計算出鑄件的熱節(jié)，在熱節(jié)處放置適當(dāng)?shù)拿翱?，在冒口下增設(shè)補貼，保證冒口形成順序凝固，獲得致密鑄件。根據(jù)計算和經(jīng)驗，制定初始工藝方案，并采用華鑄CAE鑄造仿真模擬軟件，按初始工藝對輥子進行仿真凝固模擬，掌握溫度場和流動場的變化規(guī)律，以此調(diào)整冒口和澆口的大小和數(shù)量，優(yōu)化鑄造工藝，保證鑄件的順序凝固和金屬液的有效補縮，保證獲得無縮孔、無縮松、組織致密的抬升滾輪鑄件。最終確定澆冒口工藝如圖5，采用圓形11號保溫暗冒口1個，高度180mm，鐵液從輪緣上部沿切線方向注入。(2）由于鑄件批量較大，為了提高工作效率，設(shè)計了專用澆注系統(tǒng)，將內(nèi)澆道直接固定在模樣上，一箱生產(chǎn)4件滾輪，如圖5所示。(3）針對以上工藝方案我們應(yīng)用華鑄CAE模擬凝固軟件進行仿真凝固模擬驗證，從圖6的模擬凝固結(jié)果可以看出，鑄件組織致密，無縮孔、縮松等缺陷發(fā)生。2.4確保鋼液質(zhì)量采用變質(zhì)處理及鋼包底吹氬工藝嚴(yán)格控制鋼液質(zhì)量，減少鋼液中氣體及有害元素含量，控制澆注溫度和澆注速度，增加鋼液的補縮能力，保證鑄件組織致密。冶煉時成分按中線控制，爐前脫氧,在包內(nèi)采用稀土硅進行孕育變質(zhì)處理,出鋼溫度控制在1570～1590℃。澆注時采用大流快澆。采用底注式鋼包，不許用新砌的鋼包；鋼包必須保持干燥，烘包溫度要保證在700℃以上。鋼液在包內(nèi)鎮(zhèn)靜時間大于7min，以便雜質(zhì)上浮。澆注溫度控制在1520～1535℃。2.5清砂清理的確定根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，參照理論保溫曲線，確定澆注后保溫時間為冬季6～8h，夏季8～10h時。由于該件為中碳鋼，壁厚較均勻，為提高工作效率，減輕工人勞動強度，確定采用水爆清砂的方式進行落砂清理;為防止鑄件出現(xiàn)裂紋，水爆清砂后的鑄件要放入熱砂坑中進行緩慢冷卻，割去冒口后立即進窯退火處理。3驗證了加工前后的工藝方案，提高了工藝改進后，澆注20件，鑄件表面質(zhì)量較好，清理氣割修磨工作量明顯減少，工藝出品率提高30%，加工后鑄件無縮孔、縮松、氣孔等缺