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大型轧钢机机架的铸造工艺

更新时间:2018-08-24 15:29 来源:神工机械 点击数:
   分析了大型轧钢机机架的机构特点及生产难点。生产中采用呋喃树脂砂造型,利用计算机模拟铸件凝固过程,预测缩孔及缩松等缺陷部位,优化工艺方案,给出合理的浇注系统及冒口参数。
  关键词:机架;工艺设计;模拟;优化方案
  我公司具有多年的轧钢机机架生产经验, 年产铸钢件40000t,其中轧机机架占60%以上。如何降低生产成本,提高铸件生产综合工艺水平一直是技术人员追求的目标。生产实践表明,合理的铸造工艺设计,严格的过程控制,可以有效地保证铸件合格率,提高企业效益。
  一、零件的结构特点
  以某大型轧钢机精轧机架为例, 铸件最大外形尺寸为9555mm×4650mm×700mm,净重为120.4t,材质为ZG270-500,属于典型的厚壁板状类大型铸件,具体结构如图1所示。
  二、技术难点
  (1)铸件长、宽、高比例相差悬殊,在凝固过程中极易产生变形、缩孔、缩松等缺陷,其收缩率、加工余量、冒口尺寸等参数难以确定。
  (2)轧机机架工作时承受全部轧制力,是轧钢机最重要的部件之一,设计对铸件的强度、刚度、冲击吸收能量、断面收缩率等力学性能有严格要求。
  三、工艺设计
  1. 铸造工艺方案的确定
  (1)浇注位置及分型面的选择 根据铸件的结构特点,采取两箱造型,分型面为铸件上表面,分型面以上为冒口,铸件全部在分型面以下。采用单层侧进式浇注系统,具体形式如图2所示。
  ( 2 ) 造型方法及砂型种类 该件选择呋喃树脂砂地坑造型。分型面以下采用木制模样制作砂型,分型面以上采用砂箱造型。砂型面砂采用铬铁矿砂,背砂使用硅砂。树脂砂机自动混砂,手工放砂造型。
  2. 轧钢机工作原理主要工艺参数
  (1)铸件线收缩率 根据生产经验,铸件长、宽、高方向选用不同的线收缩率,详见表1。
  (2)机加工余量 考虑手工造型,砂型紧实度等条件不稳定,而且铸件结构比例差别大,导致铸件线收缩率的不确定性,结合以往生产经验,确定铸件侧面及底面加工余量为25mm,上表面为30mm,不加工面余量为3mm打磨量可以有效地保证铸件尺寸,而且不会对划线等工序带来太多的困难。
  3. 浇注系统设计
  (1)浇注系统的类型 我厂铸钢件均为柱塞底注式浇包,为防止钢液溢至型外而采用非充满式浇道[1]。该类型浇道利于钢液平稳充型,防止钢液在充型过程中溅起及剧烈扰动,卷入空气或形成氧化夹渣。考虑到钢液量多,在浇道内流经的时间长,为避免钢液充蚀砂型,浇注系统全部选用耐热陶瓷圆管。
  (2)浇注系统的尺寸 根据相关资料介绍及多年的生产实践,浇注系统各部位截面积比例为[2]:ΣA包∶ΣA直∶ΣA横∶ΣA内=1∶1.8~2∶1.8~2∶2~2.5。根据铸造手册和公司内部铸钢件设计规范,对于此类铸件应确保钢液在砂型内的上升速度不低于8mm/s,从而确定钢包包孔尺寸及数量为f 110mm×4个,按比例确定直浇道、横浇道尺寸均为f 140mm,内浇道尺寸及数量为f 80mm×20个。
  4. 冒口设计
  我厂典型的轧钢机机架冒口设计方案为4个明冒口,位置为两个横梁各设置一个,两个立柱各设置一个,任意两个冒口间位置均设置冷铁(见图3),以延长冒口末端区,利于冒口对铸件的补缩。冒口尺寸设计原则为保证冒口与补缩区域的模数比为1.2~1.3,横梁部位冒口延续度≥35%,立柱部位冒口延续度≥20%,冒口的长宽比≤1.5,高宽比≤1.3。这样的工艺方案持续了多年,查找资料及走访相关外单位冒口设置方案基本相同[3]。
  但实际计算发现,这样的方案最大的弊端为立柱冒口高宽比偏大,浪费钢液。本次工艺人员将立柱上的明冒口改为暗冒口,其高宽比为1.3。同时为了后续补浇,将暗冒口的出气孔设置为f 400mm。利用Magmasoft软件对工艺进行优化模拟,结果显示铸件内无缩孔、缩松缺陷,满足设计要求。新的冒口设计方案比原方案少用钢液5986kg,铸件工艺出品率提高1.6%。
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