简析铸造工艺模拟优化在核箱体铸钢件中的应用[壳型线]
一、概述
目前,多数铸造企业采用传统水玻璃七0砂型(石灰石水玻璃砂型)工艺进行铸件生产。传统的铸造工艺要生产出技术要求比较高的探伤产品很不容易,经常出现探伤不合格甚至报废。在铸件结构较为简单和铸造类似铸件时,经验可能起到一定的作用;在浇铸大型、复杂铸件且无相关经验时,只能通过反复工艺实验来确定工艺;只有对模具进行改进改变传统的车板及框架结构,把木模做成实样模具。型腔表面必须用风枪打紧使砂型致密紧实,采用铬铁矿砂作坭芯面砂改善水玻璃砂型的缩沉和砂型膨胀,提高铸件质量,满足实际铸件生产需要。
二、技术要求
此产品技术要求比较高,产品用于放射性核屏蔽。
1、铸钢件在浇注前要通知用户进行现场见证;每件铸钢件应自带本体试块,铸钢件应退火处理。
2、按熔炼炉次分别提供化学成份分析报告,每炉铸钢件至少进行一次机械性能(密度检测、拉力、冲击等)试验和密度检测,并提供力学性能和密度检测报告。报告内容除应满足相关要求外,还应注明炉批号所对应的零件图号、名称和数量。
3、铸钢件的比重检测要保证铸钢件的最薄弱区域密度比重不低于7.5g/cm3。
4、铸件加工后,铸件的内部缺陷和近表面应按GB/T7233进行超声波探伤进行缺陷检查,II级合格,并出具超声波探伤报告。
5、铸件加工后,业主对产品进行射线探伤检测。
三、箱体工艺设计和生产准备
1、生产前准备:木模实样,坭芯实样,中箱抽芯实样,六个补贴实样配套,浇注系统全用耐火管砖,直浇道为Φ120耐火管,横浇道为Φ80耐火管,内浇道为Φ60耐火管四道从四个冒口下的补贴处引入。中箱坭芯表面铬矿砂,坭芯大平面用30厚的铬铁矿砂;带本体试块和密度试块尺寸厚110x110x210制作。
2、收缩:2.0%。
3、毛坯重:12000kg,浇冒口重:10500kg。
4、分体造型,浇注1530℃快速浇注,浇注时间60秒。
5、压铁38吨,保温:80小时,热割保温。
采用某公司开发的铸造工艺设计及工艺模拟CAStsoftCAD/CAE技术对铸件毛坯模数、工艺热节计算、浇冒系统计算、浇注过程计算、凝固过程计算、保温时间(开箱时间),对铸件毛坯进行工艺缺陷的进行分析,依据分析结果对工艺进行改进。通过七0砂型重力铸造12吨箱体铸钢件,材质为ZG275-485H的箱体,七0砂型铸件工艺进行模拟后;在原工艺的下方两直角边共加四排覆砂冷铁,原工艺图的保温冒口套大小及高度不变,采用漂珠保温冒口套,确保冒口的保温性能。
四、箱体生产质量重点工序控制
1、型砂配置:七0砂100%、白泥1.5-2%、白渣1.2-1.5%、水玻璃8-10%。
2、木模制作:模型按铸造工艺、木模制作规程制作,模型要求结构合理、尺寸准确、外表光滑。
3、造型:造型按铸造工艺及造型技术操作规程制作,造型前检查模型,在模型上划出浇口、试样、铸号等的位置:铬矿砂的厚度一般不超过30毫米厚度过厚造成浪费,表面贴砂操作困难只有用实样模具才好贴砂冲紧,要注意紧实度。要求砂型具有足够的紧实度;排气要保持畅通,浇注时所有引气处引明火;合箱前后要及时清除内腔及水口中的浮砂等杂物,浇注前采用天然气对型腔进行烘干,出钢前钢包烤红将钢包内渣子打干净才能出钢。
4、冶炼:按冶炼操作规程进行冶炼,材质:ZG275-485H,化学成分C≤0.25%、Si≤0.50%、Mn≤1.20%、S、P≤0.04%,残余元素总和≤0.8%,工频炉冶炼;钢水分析法:炉前样分析,成品样分析合格才能出钢。
5、浇注:按铸造工艺及操作规程进行浇注,浇注温度1510℃-1540℃,连续快速浇注;撒发热剂1-1.2%,保温剂厚≥100mm,严禁将钢渣浇入型腔内。
6、保温、打箱:按铸造工艺及操作规程进行操作,箱体保温时间约80小时,打箱时严禁碰撞,铸件不允许淋水。
7、清理:按热处理工艺规程进行清理,箱体切割浇冒口温度200-300℃,切割试块。
8、热处理,按热处理工艺及操作规程进行热处理。
9、试块标记切除试块:试块切割后要及时打上标记。
五、箱体生产现场质量控制
1、木模实样结构合理,尺寸准确。
2、砂型冲砂紧实,要求砂型紧实度高,并且均匀一致,型表面光洁,尺寸合符工艺尺寸。
3、扣箱砂型干燥,碎砂清理干净,型腔尺寸控制准确,冒口、浇口合符工艺尺寸及位置要求。
4、熔炼用边角料废钢,化学成份合符标准要求。
5、浇注做到高温出炉、出钢温度1620℃,把出钢温度提高,使钢水在钢包内把渣子、气体镇静掉。低温浇注,注意控制浇注温度及速度,浇注时间60秒。加快浇注速度,要求浇注时钢水液面上升速度最低20mm/秒以上。
6、保温时间按工艺执行。
7、除砂、清理按工艺执行。
8、热处理严格按工艺标准执行。
9、严格按图纸技术要求严格控砂型和扣箱尺寸。
10、注意补贴对位尺寸,要与冒口位置同心。
11、控制冒口浇注高度,浇到冒口高度的2/3时改点注冒口到满。使冒口钢水对铸件钢水有足够的压力,提高产品质量。加保温剂捣冒口。
六、箱体铸件毛坯和装配情况
按照铸造模拟软件CASTsoftCAE模拟优化后工艺进行生产,通过化学成分,机械性能,超声波探伤,射线探伤,屏蔽检测,密度测试,气密性测试。箱体铸件符合质量要求,表面光洁,进行实际装配,性能优异。
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