大型軋鋼機機架的鑄造工藝

　　　分析了大型軋鋼機機架的機構(gòu)特點及生產(chǎn)難點。生產(chǎn)中采用呋喃樹脂砂造型，利用計算機模擬鑄件凝固過程，預(yù)測縮孔及縮松等缺陷部位，優(yōu)化工藝方案，給出合理的澆注系統(tǒng)及冒口參數(shù)。

　　關(guān)鍵詞：機架；工藝設(shè)計；模擬；優(yōu)化方案

　　我公司具有多年的軋鋼機機架生產(chǎn)經(jīng)驗， 年產(chǎn)鑄鋼件40000t，其中軋機機架占60%以上。如何降低生產(chǎn)成本，提高鑄件生產(chǎn)綜合工藝水平一直是技術(shù)人員追求的目標(biāo)。生產(chǎn)實踐表明，合理的鑄造工藝設(shè)計，嚴(yán)格的過程控制，可以有效地保證鑄件合格率，提高企業(yè)效益。

　　一、零件的結(jié)構(gòu)特點

　　以某大型軋鋼機精軋機架為例， 鑄件最大外形尺寸為9555mm×4650mm×700mm，凈重為120.4t，材質(zhì)為ZG270-500，屬于典型的厚壁板狀類大型鑄件，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　二、技術(shù)難點

　　（1）鑄件長、寬、高比例相差懸殊，在凝固過程中極易產(chǎn)生變形、縮孔、縮松等缺陷，其收縮率、加工余量、冒口尺寸等參數(shù)難以確定。

　?。?）軋機機架工作時承受全部軋制力，是軋鋼機最重要的部件之一，設(shè)計對鑄件的強度、剛度、沖擊吸收能量、斷面收縮率等力學(xué)性能有嚴(yán)格要求。

　　三、工藝設(shè)計

　　1. 鑄造工藝方案的確定

　?。?）澆注位置及分型面的選擇 根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點，采取兩箱造型，分型面為鑄件上表面，分型面以上為冒口，鑄件全部在分型面以下。采用單層側(cè)進式澆注系統(tǒng)，具體形式如圖2所示。

　　（ 2 ） 造型方法及砂型種類 該件選擇呋喃樹脂砂地坑造型。分型面以下采用木制模樣制作砂型，分型面以上采用砂箱造型。砂型面砂采用鉻鐵礦砂，背砂使用硅砂。樹脂砂機自動混砂，手工放砂造型。

　　2. 軋鋼機工作原理主要工藝參數(shù)

　?。?）鑄件線收縮率 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，鑄件長、寬、高方向選用不同的線收縮率，詳見表1。

　　（2）機加工余量 考慮手工造型，砂型緊實度等條件不穩(wěn)定，而且鑄件結(jié)構(gòu)比例差別大，導(dǎo)致鑄件線收縮率的不確定性，結(jié)合以往生產(chǎn)經(jīng)驗，確定鑄件側(cè)面及底面加工余量為25mm，上表面為30mm，不加工面余量為3mm打磨量可以有效地保證鑄件尺寸，而且不會對劃線等工序帶來太多的困難。

　　3. 澆注系統(tǒng)設(shè)計

　　（1）澆注系統(tǒng)的類型 我廠鑄鋼件均為柱塞底注式澆包，為防止鋼液溢至型外而采用非充滿式澆道[1]。該類型澆道利于鋼液平穩(wěn)充型，防止鋼液在充型過程中濺起及劇烈擾動，卷入空氣或形成氧化夾渣。考慮到鋼液量多，在澆道內(nèi)流經(jīng)的時間長，為避免鋼液充蝕砂型，澆注系統(tǒng)全部選用耐熱陶瓷圓管。

　　（2）澆注系統(tǒng)的尺寸 根據(jù)相關(guān)資料介紹及多年的生產(chǎn)實踐，澆注系統(tǒng)各部位截面積比例為[2]：ΣA包∶ΣA直∶ΣA橫∶ΣA內(nèi)=1∶1.8~2∶1.8~2∶2~2.5。根據(jù)鑄造手冊和公司內(nèi)部鑄鋼件設(shè)計規(guī)范，對于此類鑄件應(yīng)確保鋼液在砂型內(nèi)的上升速度不低于8mm/s，從而確定鋼包包孔尺寸及數(shù)量為f 110mm×4個，按比例確定直澆道、橫澆道尺寸均為f 140mm，內(nèi)澆道尺寸及數(shù)量為f 80mm×20個。

　　4. 冒口設(shè)計

　　我廠典型的軋鋼機機架冒口設(shè)計方案為4個明冒口，位置為兩個橫梁各設(shè)置一個，兩個立柱各設(shè)置一個，任意兩個冒口間位置均設(shè)置冷鐵（見圖3），以延長冒口末端區(qū)，利于冒口對鑄件的補縮。冒口尺寸設(shè)計原則為保證冒口與補縮區(qū)域的模數(shù)比為1.2~1.3，橫梁部位冒口延續(xù)度≥35%，立柱部位冒口延續(xù)度≥20%，冒口的長寬比≤1.5，高寬比≤1.3。這樣的工藝方案持續(xù)了多年，查找資料及走訪相關(guān)外單位冒口設(shè)置方案基本相同[3]。

　　但實際計算發(fā)現(xiàn)，這樣的方案最大的弊端為立柱冒口高寬比偏大，浪費鋼液。本次工藝人員將立柱上的明冒口改為暗冒口，其高寬比為1.3。同時為了后續(xù)補澆，將暗冒口的出氣孔設(shè)置為f 400mm。利用Magmasoft軟件對工藝進行優(yōu)化模擬，結(jié)果顯示鑄件內(nèi)無縮孔、縮松缺陷，滿足設(shè)計要求。新的冒口設(shè)計方案比原方案少用鋼液5986kg，鑄件工藝出品率提高1.6%。