大型铸钢件工艺大型铸钢件工艺.doc

大型铸钢件工艺设计的关键技术 武汉钢铁重工集团铸钢车间 孙凡 摘要：简要介绍大型铸钢件的铸造工艺设计的铸件的工艺性分析、铸造工艺方案选择、铸造工艺参数的选定、铸件成形的控制、铸件的热处理技术、铸造工艺装备的设计、铸件的后处理技术及计算机数值模拟技术等关键技术。 1 零件的工艺性研究 铸造工艺设计时，首先要仔细地阅读和研究铸件的制造或采购技术条件、质量要求。如探伤要求，表面质量要求，机械性能要求，特殊热处理要求等，其次，要研究零件的结构特点，如质量要求高的表面或主要的加工面，主要的尺寸公差要求等，再次，研究材料化学成分，特别是铸造合金中含碳量，合金元素含量作用和机理。这些对下一步的工艺设计有直接影响。需格外重视，做好零件的工艺性研究，能为工艺设计奠定良好的开端。 1.1 材料的工艺性分析 在大型铸件的制造中，材料的物理性能和机械性能，对工艺参数的选定、浇冒口和冷铁设置、热处理技术、铸件的后处理技术等都有重大影响。深入了解铸造合金中含碳量，合金元素含量对铸态组织形态的影响，对力学性能的影响，了解材料的凝固方式，收缩倾向，冒口补缩效果，了解材料的热导率，热应力倾向等，对工艺设计有重要意义。 在砂型条件下，随着合金中碳的质量分数量增加，结晶温度范围扩大。低碳钢为逐层凝固方式，中碳钢为中间凝固方式，高碳钢为体积凝固方式凝固，但改变冷却条件，可以改变结晶温度范围，从而改变合金的凝固方式。由于凝固方式的不同，窄结晶温度范围的合金，容易形成细小的晶粒组织，补缩性好，热烈倾向小；反之，宽结晶温度范围的合金，容易形成粗大的晶粒组织，补缩性差，热烈倾向大。因此，高碳钢的厚大部位，要采取强制冷却工艺缩小结晶温度范围，改善晶粒组织。合金中的碳、锰、铬等元素的含量增加，可以提高强度，提高淬透性，却降低导热性，直接影响铸件各部位冷却、加热的温度差，因此，合金钢较容易造成高的残余应力。工艺上要减少各部位浇注后冷却、热处理加热的温度差。合金在相变时，各种组织组成相的比体积不同，会产生相变应力，其中，马氏体的比体积最大，马氏体相变最容易产生较大的相变应力。碳、锰、铬等淬透性元素含量高的合金钢，冷割冒口时极易产生裂纹，原因就是导热性差热应力大，产生马氏体转变导致相变应力大，必须热割冒口， 1.2 铸件结构的工艺性分析 对于需要铸造的零件，必须检查它的结构是否符合铸造工艺的基本要求。因为有时对铸件的结构，作很小的改动，并不影响铸件的使用性能, 但却大大地简化了铸造工艺，有利于提高铸件质量。在铸造生产中 , 对铸件结构的基本要求有以下几点：铸件的壁厚应大于铸件允许的最小壁厚，以免产生浇不足等缺陷。铸件的尺寸越大，合金液充满铸型也就越困难 ,铸件允许的最小壁厚也应越大。铸件的壁厚应尽可能地均匀，否则铸件容易产生缩孔和裂纹。壁厚相差悬殊 , 在厚的部分容易形成缩孔，在厚薄交接处 容易形成裂纹。尽量避免铸件上部 ( 指铸件在浇注位置 ) 有较大的水平面，最好带有合理的斜度，以有利于气体和熔渣等的排出，减少形成气孔和渣眼的可能。铸件的结构应保证泥芯能牢固地安置在铸型里。铸件的结构应使造型时减少分型面和砂芯，简化造型操作，有利于后处理。 2 工艺方案的确定 在选定铸造工艺方案时，必须考虑铸造车间的具体条件，如铸造设备运转情况、生产能力，铸件的结构和尺寸、技术要求以及生产数量等。下面就铸造工艺方案选择的主要原则，进行初步讨论。 2.1 浇注位置的选择 铸件浇注位置的选择, 对铸件质量、造型方法、砂箱尺寸、机械加工余量等都有着很大的影响。在选定浇注位置时应以保证铸件质量为主，一般应注意下面的几个原则：应将铸件上质量要求高的表面或主要的加工面，放在铸型的下面。或者置于铸型的侧面或倾斜放置进行浇注。应把截面较厚的部分放在铸型的上部或侧面。这样便于在铸件的厚壁处放置冒口，造成良好的顺序凝固，有利于铸件补缩。薄壁部分放在铸型的下部，或者置于铸型的侧面立着或倾斜着浇注，这样有利于金属的充填。对于具有大平面的铸件，应将铸件的大平面放在铸型的下面，这样可使铸件的大平面不容易产生夹砂等缺陷。对于带有泥芯的铸件，应使泥芯能放置牢固并在合箱时便于检验。长、宽、高三个方向高度方向尺寸应最小，减少偏析和跑火机率，有利于补缩。 1.3铸型分型、分模面的选择 铸型分型面、分模面选择得正确，可以简化造型操作，提高劳动生产率，使铸件尺寸准确 , 减少废品等。在选择时，一般应注意下面几点：尽量把铸件的大部分或全部放在同一铸型内，从而减少因错箱造成的尺寸偏差，还可使高度减低，便于合箱。应使铸件的加工面及加工基准面，放在同一个铸型内。由于加工面与加工基准面都处在同一个型内，当铸件的加工面很多，又不可能都与基准面放在分型面的同一侧时，则应尽量使加工的基准面与大部分的加工面放在分型面同一侧。从而减少因错箱造成的