朱慶堯,賀 妍（沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司,沈陽 110000）

壓氣機第六～十五級氣缸鑄造工藝研究

朱慶堯,賀 妍
（沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司,沈陽 110000）

摘 要：介紹了重型燃?xì)廨啓C壓氣機第六～十五級氣缸鑄件的生產(chǎn)工藝，分析了鑄件生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，利用Pro-cast數(shù)值模擬仿真軟件對工藝方案進行了模擬，通過采取合理的工藝措施，成功完成了鑄件的生產(chǎn)任務(wù)并一次交檢合格。

關(guān)鍵詞：重型燃?xì)廨啓C;壓氣機；馬氏體不銹鋼；鑄造工藝

壓氣機是重型燃?xì)廨啓C的核心鑄件，燃?xì)廨啓C是大功率、高性能的動力機械，廣泛應(yīng)用于發(fā)電、船舶動力、機械驅(qū)動等領(lǐng)域。有著功率密度極大、啟動速度快等特點，它集中了機械制造行業(yè)所有高精尖技術(shù)，被稱為裝備制造業(yè)皇冠上的明珠。重型燃?xì)廨啓C的制造水平是一個國家科技水平、軍事實力、綜合國力的重要標(biāo)志之一，是關(guān)系到國家能源和國防建設(shè)的重要產(chǎn)業(yè)。世界上只有美、英、俄、法、德、日本等幾個少數(shù)發(fā)達(dá)國家具備獨立研制燃?xì)廨啓C的能力，其核心技術(shù)一直被這些國家所壟斷。該項目是為了打破少數(shù)發(fā)達(dá)國家技術(shù)封鎖，打造自主知識品牌的國家科技部“863”項目。壓氣機第六～十五級氣缸鑄件是壓氣機部件中整體鑄造、整體加工的重要部件，產(chǎn)品質(zhì)量直接影響整個機組的可靠性、安全性。

壓氣機第六～十五級氣缸為ZG06C r16Ni5Mo馬氏體不銹鋼鑄件，屬于超高附加值類鑄件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度極大。分為上、下半缸，為半圓結(jié)構(gòu)鑄件，全高1400mm，最大外徑4500mm，鑄件毛坯重量約為14Τ，最大壁厚220mm，最小壁厚50mm，壁厚差異大，局部熱節(jié)多。未注明的鑄件一般尺寸公差12級，非加工表面粗糙度≤12.5，鑄件100%進行MΤ、UΤ探傷檢查，MΤ探傷及質(zhì)量分級方法按JB/Τ9630.1-1999，（1）區(qū)機械加工表面的質(zhì)量等級為1級，其余機械加工表面的質(zhì)量等級為2級，（2）區(qū)鑄造表面的質(zhì)量等級為3級，其余所有鑄造表面的質(zhì)量等級均為4級。UΤ探傷及質(zhì)量分級方法JB/ Τ9630.2-1999，（3）區(qū)的質(zhì)量等級均為2級，吊耳座和吊耳座根部檢查的質(zhì)量等級均為1級，其它部位的質(zhì)量等級均為3級。

1 制造關(guān)鍵點分析

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)條件分析，該產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵點如下：

（1）鑄件整體內(nèi)在質(zhì)量，特別是吊耳座及吊耳座根部的UΤ檢測滿足1級要求。

（2）鑄件整體表面質(zhì)量，特別是機械加工（1）區(qū)域的MΤ檢測滿足1級要求。

（3）部分無法利用冒口補縮區(qū)域如何達(dá)到UΤ檢測要求。

（4）鑄件尺寸較大，各部分受阻趨勢不一致，非加工面如Φ2300 +0-5 容易超差。

（5）十級放氣活門、吊耳座型芯的固定。

2 工藝設(shè)計

2.1 鑄件的工藝性分析

從氣缸鑄件的幾何結(jié)構(gòu)看，鑄件厚大熱節(jié)處很多，鋼液從凝固到冷卻過程中將產(chǎn)生很大的收縮、內(nèi)應(yīng)力和組織變化，極易出現(xiàn)變形、縮孔、縮松等缺陷，壁厚差異大且不規(guī)律，易產(chǎn)生粘砂、裂紋等缺陷。根據(jù)內(nèi)在質(zhì)量要求嚴(yán)和鑄件的結(jié)構(gòu)特點，鑄件的凝固順序確定為順序凝固。

2.2 澆注位置、分型面

從有利于實現(xiàn)順序凝固、充型平穩(wěn)、提高生產(chǎn)效率等因素綜合考慮，鑄件的澆注位置確定為Φ2800法蘭向上，分型面在Φ4500法蘭下端面。

2.3 澆注系統(tǒng)

為保證砂型不局部過熱、充型平穩(wěn)、降低鋼液沖刷力、提高冒口補縮效率，鑄件采用階梯式底注的澆注系統(tǒng)，直澆道為Φ120mm，第一層內(nèi)澆道從Φ4500邊暗冒口處進入、4道Φ80mm，第二層從環(huán)形通腔下端面邊暗冒口處進入、2道Φ100mm，第三層從明冒口頂面以下450mm處進入，2道Φ100mm。

根據(jù)t=G/nq，V=H/t計算得出鋼液上升速度為15.7mm/s，根據(jù)生產(chǎn)實際經(jīng)驗和鑄造手冊對于上升速度的要求，確定該澆注系統(tǒng)的設(shè)計是合理的。

2.4 收縮率

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點和材質(zhì)，工藝設(shè)計為軸向線收縮率1.8%，徑向線收縮率1.5%。

2.5 工藝方案

鑄件生產(chǎn)造型方式為地坑組芯造型，2個芯頭實樣，10個芯盒。其中1、4、6號1/2芯盒，10號芯盒做2個。

3 質(zhì)保措施

（1）由于鑄件輪廓尺寸較大加之組芯造型外皮邊芯頭較大，芯盒輪廓尺寸將達(dá)到6m左右，為保證型芯尺寸精度，利用槽鋼焊制底板骨架以保證模型的強度、平整度。

（2）為保證型芯不變形、不開裂、不影響鑄件質(zhì)量，芯骨均隨型研制，特別是4號芯芯骨斷面尺寸達(dá)到Φ80mm，利用加熱研制，以保證4號芯的強度。

（3）采用電弧爐+VOD雙聯(lián)熔煉的方案，VOD精煉由于惰性氣體氬氣的保護，可以減輕鋼液的二次氧化。并且降低鋼水中氣體和非金屬夾雜物的含量，氫可脫除15～40%，非金屬夾雜物可減少50%。以保證鋼液的純凈度和鑄件的性能。

（4）型砂采用先進的酯硬化堿酚醛樹脂自硬砂，以保證型芯尺寸精度、鑄件表面質(zhì)量、降低鑄件產(chǎn)生皮下氣孔的傾向。

（5）為保證吊耳座部分UΤ探傷滿足一級要求，采用內(nèi)、外冷鐵，鉻鐵礦砂激冷的方式保證組織致密。

（6）在4、6號芯內(nèi)預(yù)留焊點，將1/2外型型芯變?yōu)檎w芯，以保證型芯不下沉、變形，同時保證Φ372孔芯不被壓壞。降低了型芯重量、組芯操作難度。

（7）通過Procast數(shù)值模擬仿真軟件對工藝方案進行反復(fù)推演，通過對流場、溫度場、應(yīng)力場和微觀結(jié)構(gòu)的分析和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，對工藝參數(shù)進行反復(fù)修改，確定出最優(yōu)工藝方案。

4 結(jié)語

我公司歷時5個月成功完成了重型燃?xì)廨啓C氣缸鑄件粗加工狀態(tài)交付的生產(chǎn)任務(wù)，在解決了一系列的技術(shù)難題后，產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)完全滿足客戶要求，鑄件一次交檢合格。為生產(chǎn)高端鑄件積累了寶貴的經(jīng)驗，得到了用戶的高度肯定和贊揚,為后續(xù)生產(chǎn)更多高附加值鑄件奠定了良好的基礎(chǔ)。

對我國泵行業(yè)來說,雖然隨著水泵制造技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，無論從產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量都取得了長足的進步，但高端市場的需求還是得不到滿足，特別是這種材質(zhì)為ZG0Cr19Ni9的250CL-5型電動凝水泵的生產(chǎn)還尚屬首次。

據(jù)我們所了解的情況國外發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的電動凝水泵已經(jīng)有了成熟的制造技術(shù)，但無具體研究報告的報道。