安玲玲,孟慶文
(共享裝備有限公司,寧夏銀川 750021)
燃?xì)廨啓C(jī)壓氣缸的鑄造工藝方法
安玲玲,孟慶文
(共享裝備有限公司,寧夏銀川 750021)
主要介紹一種燃?xì)廨啓C(jī)壓氣缸的鑄造工藝方法,由高效的擋渣澆注系統(tǒng),通暢的補(bǔ)縮通道,方便的操作工藝等組成,即通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì),應(yīng)用凝固模擬驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)。
工藝設(shè)計(jì);澆注系統(tǒng);凝固模擬
壓氣缸作為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中最重要的組成結(jié)構(gòu)之一,屬于高溫承壓類鑄件,使用環(huán)境特殊,產(chǎn)品質(zhì)量要求高。本文主要介紹一種壓氣缸產(chǎn)品的鑄造工藝方法,該方法基于鑄造充型模擬軟件,由高效的擋渣澆注系統(tǒng),通暢的補(bǔ)縮通道,方便的操作工藝等組成。旨在提高產(chǎn)品質(zhì)量,滿足顧客需求。
1.1產(chǎn)品的基本信息
鑄件的輪廓尺寸為2?778×1?394×1?446(mm),總質(zhì)量為6?645?kg,材質(zhì)為ASTM?A395?60-40-18,具體信息見(jiàn)表1,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
表1 產(chǎn)品基本信息
1.2產(chǎn)品的質(zhì)量要求
產(chǎn)品的主要質(zhì)量要求包括機(jī)械性能、微觀金相要求,及內(nèi)部缺陷要求,具體見(jiàn)表2。
2.1工藝設(shè)計(jì)
圖1 壓氣缸鑄件示意圖
表2 產(chǎn)品質(zhì)量要求
根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),做如下工藝設(shè)計(jì)。
(1)澆注方向及分型方法
壓氣缸鑄件一般有3種澆注方式,包括水平結(jié)合法蘭向上,水平結(jié)合法蘭向下,水平結(jié)合法蘭垂直放置。根據(jù)筆者所在公司的工裝限制,以及工廠實(shí)際可操作性,選擇圖2澆注方向及分型方案,即水平結(jié)合法蘭向上。
圖2 澆注方向及分型方案
此種澆注方案有如下優(yōu)點(diǎn):
補(bǔ)縮通道順暢,方便形成溫度梯度,實(shí)現(xiàn)順序凝固,最后由冒口進(jìn)行補(bǔ)縮;
合箱操作簡(jiǎn)化,所有砂芯都在下箱,合箱后容易檢驗(yàn)尺寸及砂型的型腔。
當(dāng)然,這種澆注方式的選擇也有一定的弊端。例如,需要專門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)澆道芯,以便將橫澆道設(shè)置在鑄件下方,內(nèi)澆道進(jìn)流位置在外缸的圓弧面上,造型操作有一定不便。
綜合產(chǎn)品質(zhì)量要求,選擇圖2方式進(jìn)行設(shè)計(jì),是各種方案中較合理的一種方式。
(2)分芯方式
壓氣缸為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),內(nèi)缸部位由一個(gè)砂芯形成,氣道及抽氣道一般也是由一個(gè)砂芯形成。但是本產(chǎn)品的氣道位置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,存在下芯干涉的問(wèn)題,無(wú)法由一個(gè)砂芯形成,因此工藝設(shè)計(jì)時(shí)將氣道及抽氣口位置分成3個(gè)砂芯,同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)假芯,增加下芯的空間。如前所述,由于分型面在水平結(jié)合法蘭,因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)澆道芯,將橫澆道盡量放置在鑄件下方。綜合以上分芯設(shè)計(jì),本方案中共有13個(gè)砂芯,具體見(jiàn)圖3,圖4。
如圖3、4所示,氣道芯的下芯順序?yàn)棰凇佟邸?,很好地解決了下芯干涉的問(wèn)題。此種分芯方式的優(yōu)點(diǎn):充分考慮鑄件的特殊結(jié)構(gòu),將此部位的砂芯拆分成三個(gè),并增加一個(gè)下芯假芯,既充分考慮氣道結(jié)構(gòu)的定位尺寸和精度,又方便實(shí)際操作。同時(shí),澆道芯的設(shè)計(jì)可以將橫澆道放置于鑄件下方,有利于橫澆道的充滿。
(3)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
此產(chǎn)品的重要加工面多,一般壓氣缸主要加工面為水平、垂直的結(jié)合法蘭,以及內(nèi)缸。此產(chǎn)品的加工量還包括外缸的兩處腰帶和多處臍子,因此RT、UT區(qū)域比一般壓氣缸多30%左右,產(chǎn)品的質(zhì)量要求高。設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮擋渣效果和內(nèi)澆道流速要求,做如下設(shè)計(jì)。
圖3 本方案合箱簡(jiǎn)圖
圖4 氣道芯局部顯示
澆注系統(tǒng)采用開(kāi)放式,同時(shí)在橫澆道中放置過(guò)濾網(wǎng),出于過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾量的考慮,將過(guò)濾網(wǎng)按照實(shí)際使用面積進(jìn)行核算。開(kāi)放式的澆注系統(tǒng),其內(nèi)道流速一般都小于1?m/s。本工藝方案中,內(nèi)澆道流速為0.62?m/s。但開(kāi)放式澆注系統(tǒng)有一個(gè)弊端,即直澆道一直無(wú)法充滿,金屬液容易與空氣中的氧氣反應(yīng),產(chǎn)生氧化物類渣子。為此,本工藝在橫澆道兩側(cè)設(shè)計(jì)了特殊的阻流截面,改變了傳統(tǒng)開(kāi)放式澆注將直澆道設(shè)計(jì)為阻流截面這一慣例,直澆道中的金屬液可以迅速充滿,防止其產(chǎn)生夾渣缺陷。具體參數(shù)見(jiàn)表3。
本澆注系統(tǒng)可歸納為以下四點(diǎn):
澆注系統(tǒng)中放置過(guò)濾網(wǎng),提高擋渣效果;
表3 澆注系統(tǒng)參數(shù)表
采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng),橫澆道盡量放置在鑄件下方,考慮到砂鐵比這一經(jīng)濟(jì)指標(biāo),實(shí)際工藝設(shè)計(jì)時(shí)未將橫澆道放置于鑄件下方。
為使直澆道能夠迅速充滿,以彌補(bǔ)開(kāi)放式澆注系統(tǒng)澆道不能充滿的弊端,在橫澆道上設(shè)置兩處阻流截面,兩處阻流截面的面積和是直澆道的0.9倍。
內(nèi)澆道設(shè)計(jì)充分考慮與鑄件接觸位置的模數(shù)要求,小于鑄件模數(shù);同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)進(jìn)流,鑄件液面均衡上升的要求,共設(shè)計(jì)了12道內(nèi)澆道。
(4)鑄件補(bǔ)縮通道設(shè)計(jì)
本產(chǎn)品整體壁厚較大,主體壁厚為83.6?cm,鑄造上表面即水平法蘭面的模數(shù)大于7?cm。鑄件屬于對(duì)稱回轉(zhuǎn)體,補(bǔ)縮方式選擇兩側(cè)對(duì)稱補(bǔ)縮,設(shè)計(jì)了4個(gè)發(fā)熱補(bǔ)縮冒口,如圖6所示。同時(shí)使用冷鐵將冒口的不同補(bǔ)縮區(qū)域進(jìn)行分割,另外通過(guò)計(jì)算每個(gè)補(bǔ)縮區(qū)域垂直方向的模數(shù),放置合適的冷鐵,完成補(bǔ)縮區(qū)域通道的建立。通過(guò)CAE模擬,產(chǎn)品的縮松傾向得到有效控制,符合鑄件的檢驗(yàn)要求。
本工藝方案總結(jié)如下:
(1)分型方案選擇水平法蘭為鑄造上表面,有利于鑄件補(bǔ)縮及實(shí)際操作;
(2)分芯方案的選擇應(yīng)有利于合箱操作,該產(chǎn)品氣道位置的特殊結(jié)構(gòu)在工藝上進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),即設(shè)計(jì)了特殊的下芯假芯,并對(duì)氣道位置進(jìn)行分割,解決合箱操作的困難。
圖6 模擬結(jié)果
(3)澆注系統(tǒng)采用開(kāi)放式,澆注系統(tǒng)中放置過(guò)濾網(wǎng),橫澆道上設(shè)計(jì)阻流截面,并將橫澆道放置在鑄件下方,可以有效地提高澆注系統(tǒng)的擋渣效率,并保證內(nèi)澆道的流速小于1?m/s。
(4)合理的設(shè)置補(bǔ)縮通道,可以有效地解決鑄件的縮松傾向。
(5)依據(jù)本工藝設(shè)計(jì)方案,產(chǎn)品首件生產(chǎn)合格,通過(guò)了顧客的驗(yàn)證,并獲得顧客的批量訂單,目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),且質(zhì)量穩(wěn)定滿足顧客需求。
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gas turbine casting process method
AN?LingLing,?MENG?QingWen
(Kocel?Manufacture?Co.,?Ltd.,YIN?Chuan?750021,Ningxia,?China?)
In?this?paper,?a?gas?turbine?casting?process?method,?namely?the?reasonable?process?design,?based?on?solidifcation?simulation?validation,?implementation?of?stable?quality?of?the?casting?production.
Process?design;Pouring?system;Solidifcation?simulation
TG242;
A;
1006-9658(2015)04-0021-03
10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.006
2015-03-01
稿件編號(hào):1503-830
安玲玲(1986—),女,助理工程師,主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì)工作.