鑄造工藝模擬優(yōu)化在核箱體鑄鋼件中的應(yīng)用
一、概述
目前，在川內(nèi)多數(shù)鑄造企業(yè)采用傳統(tǒng)水玻璃七0砂型(石灰石水玻璃砂型)工藝進(jìn)行鑄件生產(chǎn)。傳統(tǒng)的鑄造工藝要生產(chǎn)出技術(shù)要求比較高的探傷產(chǎn)品很不容易，經(jīng)常出現(xiàn)探傷不合格甚至報(bào)廢。在鑄件結(jié)構(gòu)較為簡單和鑄造類似鑄件時(shí)，經(jīng)驗(yàn)可能起到一定的作用;在澆鑄大型、復(fù)雜鑄件且無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，只能通過反復(fù)工藝實(shí)驗(yàn)來確定工藝;只有對模具進(jìn)行改進(jìn)改變傳統(tǒng)的車板及框架結(jié)構(gòu)，把木模做成實(shí)樣模具。型腔表面必須用風(fēng)槍打緊使砂型致密緊實(shí)，采用鉻鐵礦砂作坭芯面砂改善水玻璃砂型的縮沉和砂型膨脹，提高鑄件質(zhì)量，滿足實(shí)際鑄件生產(chǎn)需要。
在2010年10月份我公司受用戶要求生產(chǎn)一批核屏敝箱體鑄鋼件，在生產(chǎn)過程中運(yùn)用了先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)及鑄造工藝模擬和鑄造過程的嚴(yán)格控制，生產(chǎn)一次性成功，鑄件表面光潔度和內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到用戶要求。
二、技術(shù)要求
此產(chǎn)品技術(shù)要求比較高,產(chǎn)品用于放射性核屏蔽。
1、鑄鋼件在澆注前要通知用戶進(jìn)行現(xiàn)場見證;每件鑄鋼件應(yīng)自帶本體試塊，鑄鋼件應(yīng)退火處理。
2、按熔煉爐次分別提供化學(xué)成份分析報(bào)告，每爐鑄鋼件至少進(jìn)行一次機(jī)械性能(密度檢測、拉力、沖擊等)試驗(yàn)和密度檢測,并提供力學(xué)性能和密度檢測報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容除應(yīng)滿足相關(guān)要求外,還應(yīng)注明爐批號所對應(yīng)的零件圖號、名稱和數(shù)量。
3、鑄鋼件的比重檢測要保證鑄鋼件的最薄弱區(qū)域密度比重不低于7.5g/cm3。
4、鑄件加工后，鑄件的內(nèi)部缺陷和近表面應(yīng)按GB/T7233進(jìn)行超聲波探傷進(jìn)行缺陷檢查,II級合格,并出具超聲波探傷報(bào)告。
5、鑄件加工后，業(yè)主對產(chǎn)品進(jìn)行射線探傷檢測。
三、箱體工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備
1、生產(chǎn)前準(zhǔn)備：木模實(shí)樣，坭芯實(shí)樣,中箱抽芯實(shí)樣，六個補(bǔ)貼實(shí)樣配套，澆注系統(tǒng)全用耐火管磚，直澆道為Φ120耐火管，橫澆道為Φ80耐火管，內(nèi)澆道為Φ60耐火管四道從四個冒口下的補(bǔ)貼處引入。中箱坭芯表面鉻礦砂,坭芯大平面用30厚的鉻鐵礦砂;帶本體試塊和密度試塊尺寸厚110x110x210制作。
2、收縮：2.0%。
3、毛坯重：12000kg，澆冒口重：10500kg。
4、分體造型，澆注1530℃快速澆注，澆注時(shí)間60秒。
5、壓鐵38噸，保溫：80小時(shí)，熱割保溫。
采用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開發(fā)的鑄造工藝設(shè)計(jì)及工藝模擬CAStsoftCAD/CAE技術(shù)對鑄件毛坯模數(shù)、工藝熱節(jié)計(jì)算、澆冒系統(tǒng)計(jì)算、澆注過程計(jì)算、凝固過程計(jì)算、保溫時(shí)間(開箱時(shí)間)，對鑄件毛坯進(jìn)行工藝缺陷的進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果對工藝進(jìn)行改進(jìn)。通過七0砂型重力鑄造12噸箱體鑄鋼件，材質(zhì)為ZG275-485H的箱體，七0砂型鑄件工藝進(jìn)行模擬后;在原工藝的下方兩直角邊共加四排覆砂冷鐵,原工藝圖的保溫冒口套大小及高度不變,采用樂山市市中區(qū)建茂保溫材料經(jīng)營部的漂珠保溫冒口套，確保冒口的保溫性能。(鑄造工藝設(shè)計(jì)模擬及優(yōu)化情況，如圖1--圖6)
四、箱體生產(chǎn)質(zhì)量重點(diǎn)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：模型按鑄造工藝、木模制作規(guī)程制作，模型要求結(jié)構(gòu)合理、尺寸準(zhǔn)確、外表光滑。
3、造型：造型按鑄造工藝及造型技術(shù)操作規(guī)程制作，造型前檢查模型，在模型上劃出澆口、試樣、鑄號等的位置：鉻礦砂的厚度一般不超過30毫米厚度過厚造成浪費(fèi),表面貼砂操作困難只有用實(shí)樣模具才好貼砂沖緊,要注意緊實(shí)度。要求砂型具有足夠的緊實(shí)度;排氣要保持暢通，澆注時(shí)所有引氣處引明火;合箱前后要及時(shí)清除內(nèi)腔及水口中的浮砂等雜物，澆注前采用天然氣對型腔進(jìn)行烘干，出鋼前鋼包烤紅將鋼包內(nèi)渣子打干凈才能出鋼。
4、冶煉：按冶煉操作規(guī)程進(jìn)行冶煉，材質(zhì)：ZG275-485H，化學(xué)成分C≤0.25%、Si≤0.50%、Mn≤1.20%、S、P≤0.04%，殘余元素總和≤0.8%，工頻爐冶煉;鋼水分析法：爐前樣分析，成品樣分析合格才能出鋼。
5、澆注：按鑄造工藝及操作規(guī)程進(jìn)行澆注，澆注溫度1510℃-1540℃，連續(xù)快速澆注;撒發(fā)熱劑1-1.2%，保溫劑厚≥100mm，嚴(yán)禁將鋼渣澆入型腔內(nèi)。
6、保溫、打箱：按鑄造工藝及操作規(guī)程進(jìn)行操作，箱體保溫時(shí)間約80小時(shí)，打箱時(shí)嚴(yán)禁碰撞，鑄件不允許淋水。
7、清理：按熱處理工藝規(guī)程進(jìn)行清理，箱體切割澆冒口溫度200-300℃，切割試塊。
8、熱處理，按熱處理工藝及操作規(guī)程進(jìn)行熱處理。(具體工藝如圖7)
圖7箱體熱處理退火工藝9、試塊標(biāo)記切除試塊：試塊切割后要及時(shí)打上標(biāo)記。
五、箱體生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量控制
1、木模實(shí)樣結(jié)構(gòu)合理，尺寸準(zhǔn)確。
2、砂型沖砂緊實(shí)，要求砂型緊實(shí)度高，并且均勻一致，型表面光潔，尺寸合符工藝尺寸。
3、扣箱砂型干燥，碎砂清理干凈，型腔尺寸控制準(zhǔn)確，冒口、澆口合符工藝尺寸及位置要求。(如圖7)
圖7箱體鑄鋼件扣箱檢查圖4、熔煉用邊角料廢鋼，化學(xué)成份合符標(biāo)準(zhǔn)要求。
5、澆注做到高溫出爐、出鋼溫度1620℃，把出鋼溫度提高，使鋼水在鋼包內(nèi)把渣子、氣體鎮(zhèn)靜掉。低溫澆注，注意控制澆注溫度及速度，澆注時(shí)間60秒。加快澆注速度，要求澆注時(shí)鋼水液面上升速度最低20mm/秒以上。
6、保溫時(shí)間按工藝執(zhí)行。
7、除砂、清理按工藝執(zhí)行。
8、熱處理嚴(yán)格按工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
9、嚴(yán)格按圖紙技術(shù)要求嚴(yán)格控砂型和扣箱尺寸。
10、注意補(bǔ)貼對位尺寸，要與冒口位置同心。
11、控制冒口澆注高度，澆到冒口高度的2/3時(shí)改點(diǎn)注冒口到滿。使冒口鋼水對鑄件鋼水有足夠的壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。加保溫劑搗冒口。
六、箱體鑄件毛坯和裝配情況(如圖8，圖9)
按照鑄造模擬軟件CASTsoftCAE模擬優(yōu)化后工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過化學(xué)成分，機(jī)械性能，超聲波探傷，射線探傷，屏蔽檢測，密度測試，氣密性測試。箱體鑄件符合質(zhì)量要求，表面光潔，進(jìn)行實(shí)際裝配，性能優(yōu)異。
目前，在川內(nèi)多數(shù)鑄造企業(yè)采用傳統(tǒng)水玻璃七0砂型(石灰石水玻璃砂型)工藝進(jìn)行鑄件生產(chǎn)。傳統(tǒng)的鑄造工藝要生產(chǎn)出技術(shù)要求比較高的探傷產(chǎn)品很不容易，經(jīng)常出現(xiàn)探傷不合格甚至報(bào)廢。在鑄件結(jié)構(gòu)較為簡單和鑄造類似鑄件時(shí)，經(jīng)驗(yàn)可能起到一定的作用;在澆鑄大型、復(fù)雜鑄件且無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，只能通過反復(fù)工藝實(shí)驗(yàn)來確定工藝;只有對模具進(jìn)行改進(jìn)改變傳統(tǒng)的車板及框架結(jié)構(gòu)，把木模做成實(shí)樣模具。型腔表面必須用風(fēng)槍打緊使砂型致密緊實(shí)，采用鉻鐵礦砂作坭芯面砂改善水玻璃砂型的縮沉和砂型膨脹，提高鑄件質(zhì)量，滿足實(shí)際鑄件生產(chǎn)需要。
在2010年10月份我公司受用戶要求生產(chǎn)一批核屏敝箱體鑄鋼件，在生產(chǎn)過程中運(yùn)用了先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)及鑄造工藝模擬和鑄造過程的嚴(yán)格控制，生產(chǎn)一次性成功，鑄件表面光潔度和內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到用戶要求。
二、技術(shù)要求
此產(chǎn)品技術(shù)要求比較高,產(chǎn)品用于放射性核屏蔽。
1、鑄鋼件在澆注前要通知用戶進(jìn)行現(xiàn)場見證;每件鑄鋼件應(yīng)自帶本體試塊，鑄鋼件應(yīng)退火處理。
2、按熔煉爐次分別提供化學(xué)成份分析報(bào)告，每爐鑄鋼件至少進(jìn)行一次機(jī)械性能(密度檢測、拉力、沖擊等)試驗(yàn)和密度檢測,并提供力學(xué)性能和密度檢測報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容除應(yīng)滿足相關(guān)要求外,還應(yīng)注明爐批號所對應(yīng)的零件圖號、名稱和數(shù)量。
3、鑄鋼件的比重檢測要保證鑄鋼件的最薄弱區(qū)域密度比重不低于7.5g/cm3。
4、鑄件加工后，鑄件的內(nèi)部缺陷和近表面應(yīng)按GB/T7233進(jìn)行超聲波探傷進(jìn)行缺陷檢查,II級合格,并出具超聲波探傷報(bào)告。
5、鑄件加工后，業(yè)主對產(chǎn)品進(jìn)行射線探傷檢測。
三、箱體工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備
1、生產(chǎn)前準(zhǔn)備：木模實(shí)樣，坭芯實(shí)樣,中箱抽芯實(shí)樣，六個補(bǔ)貼實(shí)樣配套，澆注系統(tǒng)全用耐火管磚，直澆道為Φ120耐火管，橫澆道為Φ80耐火管，內(nèi)澆道為Φ60耐火管四道從四個冒口下的補(bǔ)貼處引入。中箱坭芯表面鉻礦砂,坭芯大平面用30厚的鉻鐵礦砂;帶本體試塊和密度試塊尺寸厚110x110x210制作。
2、收縮：2.0%。
3、毛坯重：12000kg，澆冒口重：10500kg。
4、分體造型，澆注1530℃快速澆注，澆注時(shí)間60秒。
5、壓鐵38噸，保溫：80小時(shí)，熱割保溫。
采用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開發(fā)的鑄造工藝設(shè)計(jì)及工藝模擬CAStsoftCAD/CAE技術(shù)對鑄件毛坯模數(shù)、工藝熱節(jié)計(jì)算、澆冒系統(tǒng)計(jì)算、澆注過程計(jì)算、凝固過程計(jì)算、保溫時(shí)間(開箱時(shí)間)，對鑄件毛坯進(jìn)行工藝缺陷的進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果對工藝進(jìn)行改進(jìn)。通過七0砂型重力鑄造12噸箱體鑄鋼件，材質(zhì)為ZG275-485H的箱體，七0砂型鑄件工藝進(jìn)行模擬后;在原工藝的下方兩直角邊共加四排覆砂冷鐵,原工藝圖的保溫冒口套大小及高度不變,采用樂山市市中區(qū)建茂保溫材料經(jīng)營部的漂珠保溫冒口套，確保冒口的保溫性能。(鑄造工藝設(shè)計(jì)模擬及優(yōu)化情況，如圖1--圖6)
四、箱體生產(chǎn)質(zhì)量重點(diǎn)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：模型按鑄造工藝、木模制作規(guī)程制作，模型要求結(jié)構(gòu)合理、尺寸準(zhǔn)確、外表光滑。
3、造型：造型按鑄造工藝及造型技術(shù)操作規(guī)程制作，造型前檢查模型，在模型上劃出澆口、試樣、鑄號等的位置：鉻礦砂的厚度一般不超過30毫米厚度過厚造成浪費(fèi),表面貼砂操作困難只有用實(shí)樣模具才好貼砂沖緊,要注意緊實(shí)度。要求砂型具有足夠的緊實(shí)度;排氣要保持暢通，澆注時(shí)所有引氣處引明火;合箱前后要及時(shí)清除內(nèi)腔及水口中的浮砂等雜物，澆注前采用天然氣對型腔進(jìn)行烘干，出鋼前鋼包烤紅將鋼包內(nèi)渣子打干凈才能出鋼。
4、冶煉：按冶煉操作規(guī)程進(jìn)行冶煉，材質(zhì)：ZG275-485H，化學(xué)成分C≤0.25%、Si≤0.50%、Mn≤1.20%、S、P≤0.04%，殘余元素總和≤0.8%，工頻爐冶煉;鋼水分析法：爐前樣分析，成品樣分析合格才能出鋼。
5、澆注：按鑄造工藝及操作規(guī)程進(jìn)行澆注，澆注溫度1510℃-1540℃，連續(xù)快速澆注;撒發(fā)熱劑1-1.2%，保溫劑厚≥100mm，嚴(yán)禁將鋼渣澆入型腔內(nèi)。
6、保溫、打箱：按鑄造工藝及操作規(guī)程進(jìn)行操作，箱體保溫時(shí)間約80小時(shí)，打箱時(shí)嚴(yán)禁碰撞，鑄件不允許淋水。
7、清理：按熱處理工藝規(guī)程進(jìn)行清理，箱體切割澆冒口溫度200-300℃，切割試塊。
8、熱處理，按熱處理工藝及操作規(guī)程進(jìn)行熱處理。(具體工藝如圖7)
圖7箱體熱處理退火工藝9、試塊標(biāo)記切除試塊：試塊切割后要及時(shí)打上標(biāo)記。
五、箱體生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量控制
1、木模實(shí)樣結(jié)構(gòu)合理，尺寸準(zhǔn)確。
2、砂型沖砂緊實(shí)，要求砂型緊實(shí)度高，并且均勻一致，型表面光潔，尺寸合符工藝尺寸。
3、扣箱砂型干燥，碎砂清理干凈，型腔尺寸控制準(zhǔn)確，冒口、澆口合符工藝尺寸及位置要求。(如圖7)
圖7箱體鑄鋼件扣箱檢查圖4、熔煉用邊角料廢鋼，化學(xué)成份合符標(biāo)準(zhǔn)要求。
5、澆注做到高溫出爐、出鋼溫度1620℃，把出鋼溫度提高，使鋼水在鋼包內(nèi)把渣子、氣體鎮(zhèn)靜掉。低溫澆注，注意控制澆注溫度及速度，澆注時(shí)間60秒。加快澆注速度，要求澆注時(shí)鋼水液面上升速度最低20mm/秒以上。
6、保溫時(shí)間按工藝執(zhí)行。
7、除砂、清理按工藝執(zhí)行。
8、熱處理嚴(yán)格按工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
9、嚴(yán)格按圖紙技術(shù)要求嚴(yán)格控砂型和扣箱尺寸。
10、注意補(bǔ)貼對位尺寸，要與冒口位置同心。
11、控制冒口澆注高度，澆到冒口高度的2/3時(shí)改點(diǎn)注冒口到滿。使冒口鋼水對鑄件鋼水有足夠的壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。加保溫劑搗冒口。
六、箱體鑄件毛坯和裝配情況(如圖8，圖9)
按照鑄造模擬軟件CASTsoftCAE模擬優(yōu)化后工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過化學(xué)成分，機(jī)械性能，超聲波探傷，射線探傷，屏蔽檢測，密度測試，氣密性測試。箱體鑄件符合質(zhì)量要求，表面光潔，進(jìn)行實(shí)際裝配，性能優(yōu)異。
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