■鄭朝軍

摘要：分析了大型軋鋼機精軋機架的機構(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。生產(chǎn)實踐表明,，合理的鑄造工藝設(shè)計,，嚴格的過程控制，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。

（2）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)性能有嚴格要求。

三,、工藝設(shè)計

1. 鑄造工藝方案的確定

（1）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. 主要工藝參數(shù)

（1）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

圖1 鑄件結(jié)構(gòu)

圖2 機架鑄造工藝

（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,?？紤]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φ110mm×4個,，按比例確定直澆道、橫澆道尺寸均為φ140mm,，內(nèi)澆道尺寸及數(shù)量為φ80mm×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φ400mm。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%。

5. 鑄件澆注方案

澆注分兩次完成,，共需鋼液230t,。第一次澆注需鋼液198.5t，鋼液分兩個精煉吊包,，每包包孔尺寸及數(shù)量為φ110m m×2個,。均裝鋼液99.25t。澆注溫度1545～1555℃,。澆注時同時打開兩包4孔全流澆注,，第一次澆注結(jié)束后冒口內(nèi)液面距離分型面1100mm，第二次澆注在第一次澆注后1.5～2h進行,，需鋼液31.5t,，澆注溫度高于1600℃。通過專用澆口補澆,，第二次澆注后冒口高度為1780mm左右,。

圖3 缺陷概率參數(shù)

表1 鑄件線收縮率 （%）

外輪廓長度方向2.0外輪廓高度、寬度方向2.1窗口長度方向1.0窗口寬度方向0.5

表2 鑄件力學(xué)性能要求

抗拉強度σb/MPa沖擊吸收能量AKV/J≥500≥270≥22≥25≥22屈服強度σs/MPa斷后伸長率δ5(%)斷面收縮率ψ (%)

四,、試驗結(jié)果

鑄件落砂熱處理后進行噴丸處理,，噴丸后鑄件表面沒有粘砂，外形尺寸滿足設(shè)計要求,，加工余量滿足加工要求，超聲波檢測無嚴重超標缺陷,，達到了規(guī)定要求,。對鑄件本體附鑄試塊進行力學(xué)性能檢驗，各項指標滿足設(shè)計要求（見表2）,。

五,、結(jié)語

合理的工藝方案可以極大地提高鋼液利用率，降低生產(chǎn)成本,。我廠在與同類產(chǎn)品生產(chǎn)廠做工藝對比時發(fā)現(xiàn),，各自生產(chǎn)的某型完全相同的軋鋼機機架，我廠應(yīng)用文中所述改進后的冒口設(shè)計方案,，單件節(jié)省鋼液3274kg,，取得了較好的經(jīng)濟效益,。

參考文獻：

[1] 王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,，2002.

[2] 王君卿,，等.鑄造手冊[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社，2003.

[3] 劉小剛,，等.大型軋鋼機機架凝固過程溫度場應(yīng)力場模擬分析[J].鑄造,，2006.9（55）:922.

作者簡介：鄭朝軍，中國第一重型機械股份公司,，鑄造工藝員,，從事大型鑄鋼件工藝編制。