造紙機輥筒鑄造工藝的優(yōu)化

造紙機輥筒鑄造工藝的優(yōu)化

在加工造紙機卷筒結(jié)構(gòu)螺母表面后，不允許存在孔、縮頭、混合和裂紋等鑄造缺陷。因而這類鑄件制造難度較大,廢品率很高。因此,對其鑄造工藝進行優(yōu)化,有重要的現(xiàn)實意義。1原鑄造材料的材質(zhì)造紙機輥筒鑄件尺寸輪廓見如圖1。鑄件輪廓尺寸為Φ550mm×1220mm。鑄件主體壁厚45~55mm,其材質(zhì)為ZG270-500,鑄件毛坯重量為630kg。其材質(zhì)的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求見表1、2。原鑄造工藝采用的冒口尺寸是d=285mm,h=342mm的標準圓柱形暗冒口。在鑄件上端一圈共3個,澆注鋼液共1050kg,工藝出品率60%,鋼液利用率較低。因此,需要對工藝方案進行改進設(shè)計,并避免鑄造缺陷。2工藝方案的優(yōu)化2.1內(nèi)腔芯子的預(yù)處理根據(jù)該類鑄件的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)質(zhì)量要求,兼顧到生產(chǎn)操作以及經(jīng)濟性等因素的綜合分析、考慮,采用三箱造型,上端面作為分型面,采用豎直方向造型,立澆的工藝方案,采用內(nèi)腔出芯的工藝方案,由于內(nèi)腔芯子較大不宜翻芯,將內(nèi)腔芯分成兩塊。根據(jù)Stein.H建立的碳鋼板狀鑄件補貼值表,可得補貼厚度a=73mm,對于筒形鑄件,由于凝固過程中散熱不及鑄板,需要增加補貼厚度。根據(jù)鑄造手冊,補貼上端厚度應(yīng)為:a=1.25×73=92mm。使鑄件自上而下順序凝固,防止縮孔、縮松,滿足了技術(shù)條件要求。鑄件的補貼及冒口是確定鑄件有無縮松及縮孔的決定因素。除模數(shù)計算外,應(yīng)用AnyCasting凝固模擬與模數(shù)計算相互驗證,設(shè)計冒口及冒口補貼尺寸規(guī)格,確定合理的補縮梯度,補縮末端區(qū)設(shè)置冷鐵,調(diào)整補縮區(qū)域及調(diào)整溫度場,有利于順序凝固和有效補縮,確保內(nèi)部組織致密。2.2型腔和砂芯的制備澆注位置和分模分型面如圖2。采用樹脂砂造型,使用水玻璃砂制芯。型腔和砂芯的成型面刷醇基鋯英粉快干涂料;砂芯內(nèi)腔輔以退讓排氣措施,合型后再進行風(fēng)干;鑄件徑向縮尺取1.5%,高度方向縮尺取2.0%;型芯中部放草繩,保證退讓性。2.3階梯澆口,補縮由于鑄件較高,如果采用底注式澆注系統(tǒng),冒口位置最后被充滿,由從底部進入上部型腔時,沿途散熱,溫度降低,因而下部液流溫度高,上部溫度低。在整個凝固階段,縱向上溫度均為上低下高,溫度梯度均為負值,在這種逆溫差、負溫度梯度下凝固,板件整體上均有較嚴重的縮松缺陷。此時,冒口內(nèi)的金屬液溫度較低,不利于補縮,產(chǎn)生較多缺陷。采用階梯澆口,從而保證鋼液充型平穩(wěn)和從高到低的溫度梯度,有利于補縮。澆注系統(tǒng)必須保證鋼液平穩(wěn)、迅速且連續(xù)地流入型腔,并能夠順利排氣、浮清,防止局部過熱而產(chǎn)生裂紋、縮孔等缺陷。澆注系統(tǒng)除具有平穩(wěn)及較快地充填功能外,還應(yīng)具有良好的擋渣效果。澆注系統(tǒng)采用開放式,使得澆注過程充型平穩(wěn),避免夾渣及卷氣。截面積比為鄱F包孔∶鄱F直∶鄱F橫∶鄱F內(nèi)=1∶2.0∶2.0∶2.5。內(nèi)澆道與鑄型相切,以使得鋼液中的夾雜物旋轉(zhuǎn)上浮。鋼液從第一組階梯式澆注系統(tǒng)進入至鑄件的60%的高度時,余下的鋼液從第二組階梯式澆注系統(tǒng)進入至鑄件的冒口。由此,可實現(xiàn)較為合理的分層進液形式,使得冒口部分的鋼液處于最高溫度,以便于對鑄件的液態(tài)冷卻收縮進行充分、有效地補縮,冒口的模數(shù)可適當減少,提高出品率。在內(nèi)澆口對面位置處設(shè)置出氣口,從而使得型腔內(nèi)氣體及時排出。2.4鑄造工藝設(shè)計為提高冒口的補縮效率,設(shè)計暗頂冒口,在暗冒口頂部插上砂芯,形成大氣壓力冒口,提高冒口的補縮效率。冒口的設(shè)計采用模數(shù)法確定其型號,并通過補縮液量校核冒口最終尺寸,一方面,確保冒口最后凝固;另一方面,給鑄件提供充裕的補縮液量,確保鑄件組織致密,滿足客戶對鑄件內(nèi)在質(zhì)量的要求。對于圓筒形的鑄件,由于壁厚的限制,腰形冒口比圓柱形冒口與鑄件的接觸面積大,更有利于補縮。并且腰圓形冒口是壓邊的,不與中間大圓筒的芯頭產(chǎn)生干涉,更有利于補縮,可以作為優(yōu)化方案,見圖3。從鑄造工藝手冊查出各部分所需的冒口的大小,冒口的模數(shù)為:MR=1.2Mc=1.2×4.2=5.04。采用發(fā)熱腰形暗冒口,MHR=MR/1.43=3.53,根據(jù)鑄造工藝手冊,查表得:a=160,b=h=240,VR=7.1。2.5英壓濾料過濾在澆注系統(tǒng)的適當位置設(shè)置泡沫陶瓷濾網(wǎng),放在橫澆道適宜的交接處,使其過濾截面為整個澆注系統(tǒng)的阻流截面,克服夾渣及其相關(guān)的氣孔缺陷。2.6澆注溫度及溫度底層鋼液根據(jù)不同的材質(zhì)及不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定其適宜的澆注溫度,鑄型上層鋼液溫度應(yīng)高于底層20~40℃。澆注溫度應(yīng)在1550~1570℃。對澆包充分預(yù)熱烘烤,以控制鋼液澆注溫度;采用發(fā)熱保溫冒口套,提高冒口補縮效率。3鑄造工藝特點鑄鋼件從砂型中清理出來后,待降到200~250℃時氣割冒口,分兩次氣割,第一次氣割完后,剩余冒口的高度距鑄鋼件毛坯面30mm左右,對鑄鋼件進行完全去應(yīng)力退火;使鑄造應(yīng)力消除后,再進行氣割冒口,這次將冒口全部氣割掉,隨后進行拋丸處理,然后對鑄件進行機加工。采用該鑄造工藝試制生產(chǎn)了20件鑄件,產(chǎn)品外表面沒有明顯缺陷,經(jīng)過X探傷也沒有發(fā)現(xiàn)孔洞及縮松缺陷。鑄件力學(xué)性能、鑄件外表面及內(nèi)部質(zhì)量