Знание - Sanxin

Тази статия описва накратко структурните характеристики, техническите изисквания и трудностите при производството на тежки отливки от ковък чугун. В нея се разглеждат методите на леене, методите за проектиране на литникови системи и методите за производство на този тип отливки. Представени са характеристиките на процеса, производствените предимства и обхватът на приложение на леенето в плътни форми със смола и пясък. Чрез строг контрол на процеса, избор на подходящи суровини, правилни процеси на сфероидизация и инокулация, както и специални техники за предварителна обработка по време на производствения процес, могат да се произвеждат висококачествени големи отливки от ковък чугун. Това може да предостави технически референции за процеса на леене в плътни форми на подобни тежки отливки.

Ключови думи: Тежки отливки от ковък чугун; Леене в плътни форми; Процес на леене

Съвременната технология за леене ще ускори своето развитие и усъвършенстване в няколко аспекта, като например пестене на енергия и материали, намаляване на замърсяването, подобряване на точността на размерите на отливките, намаляване на дефектите при леенето и адаптиране към разработването на нови леярски сплави [1]. Нашата компания има годишен производствен капацитет от 20,000 XNUMX тона чугунени детайли (с изключение на центробежни тръби от ковък чугун). Ние сме в крак с развитието на леярската индустрия и последователно разработихме процеса на леене (фуранов пясък + твърда форма за пяна) и процеса на вакуумно леене на пяна, заменяйки традиционния процес на формоване и сглобяване на сърцевината (дървена форма + дървена кутия за сърцевина) с твърда форма за пяна.

Чугунената част (QT500-7), която поехме, е с бруто тегло 18,350 3,650 кг, с размери на основното тяло (дължина × ширина × височина) 1,480 мм × 1,230 мм × 100 мм, дебелина на стената на основното тяло 450 мм, а най-дебелата част достига 100 мм. Формата на монтажната повърхност е неправилна и има строги изисквания за качество. Има пет слепи отвора с диаметър 170 мм и дълбочина 70 мм и шест проходни отвора с диаметър 540 мм и дълбочина 1 мм. Количеството за поръчка е два броя, а общата трудност на леенето е сравнително висока. Структурата на частта е показана на Фигура XNUMX. Нашата компания разполага с производствен капацитет за леене във вакуумни пянови модели, пясъчни смоли и пянови модели в твърди форми. След анализ и оценка на процеса беше решено да се използва процесът на леене във твърди форми с фуранова смола пясък + пянови модели, наричан по-долу леене във твърди форми. Това може да гарантира времето за доставка и да намали производствените разходи.

Фигура 1 Триизмерна структурна диаграма

-------------------------------------------------- ---------------         

1. План за процес на леене на твърди частици

Леенето в пясъчни форми е доста различно от обикновеното леене в пясъчни форми. Най-съществената характеристика на леенето в пясъчни форми е, че се използва пяна вместо дървена форма. По време на процеса на проектиране на формата, техниците не е необходимо да вземат предвид отрицателните числа на разделяне, главите на сърцевината, позиционирането и ъглите на наклон при изваждане от формата. Те трябва само да добавят допустими отклонения за обработка и степен на свиване на отливката. Процесът на изработване на формата е прост. Първо, моделът се разделя на няколко части, а след това частите се сглобяват. Сглобената форма има висока размерна точност, използва по-малко суровини в процеса на изработване на формата и има много по-кратък производствен цикъл от дървената форма. В същото време се опростява операцията по формоване, като се елиминира отделното формоване, изработване на сърцевината и сглобяването на формата и сърцевината. Ефективността на производството се подобрява значително. Ако обаче процесът на леене не е добре обмислен, това може да причини специфични дефекти на леенето в пясъчни форми, като набръчкване, включване на шлака и порьозност.

         

1.1 Процес на изработка на кройки

1.1.1 Модел на пяна

Моделът от пяна е точно същият по форма и структура като отливката. Въз основа на чертежа на детайла се създава триизмерен модел на модела, след добавяне на допустима обработка и степен на свиване на отливката. След това моделът се разделя на няколко модула, за да се гарантира лесното рязане и съхранение на пенопластови плоскости от работниците, както и за да се улесни сглобяването и да се гарантира точността на размерите на сглобения модел. Използваните пенопластови плоскости се изрязват и оформят чрез CNC гравиране и рязане с електрическа тел, след което се сглобяват чрез свързване, за да се образува моделът. За да се гарантира, че моделът има достатъчна якост на натиск и устойчивост на деформация, се избират пенополистиролови плоскости с плътност 20-22 г/л. Сглобеният модел се поставя в специална сушилня за 10-12 часа. Температурата на сушене обикновено се контролира на 45-55 ℃. След изсъхване моделът се покрива с два слоя чугунено покритие от изгубена пяна на водна основа и един слой графитно покритие на алкохолна основа. Методът на нанасяне е потапяне, а дебелината на покритието се контролира на 3-3.5 мм.

                 

1.1.2 Специализирана матрица за пяна

Средната част на отливката е голяма кухина. Поради големия общ контур на модела, за да се осигури достатъчна здравина в тази част по време на формоването, се изработва специализирана форма за пяна с точната форма на кухината. По време на формоването тази специализирана форма за пяна служи като долна опора, за да се подобри твърдостта на цялостния модел, като се гарантира, че моделът няма да се деформира по време на процеса на трамбовка. След като формата е изработена, кутията се обръща и формата за пяна се изважда. Тази форма за пяна може да се използва повторно.

      

1.2 Проектиране на процеса

Отливката е с голям, дебел и тежък профил. Използвана е двугрупова система за стъпково леене с отворено дъно и двуслойно отваряне. Локалните критични зони са оборудвани с външни кокили, за да се предотврати вътрешната порьозност от свиване. При проектирането на процеса е взет предвид принципът на балансирано втвърдяване. Щанговете и вентилационните отвори са разположени така, че да осигуряват подаване, отстраняване на шлаката и отвеждане на газовете.

 

1.2.1 Проектиране на стробираща система

При производството на дебели и големи отливки от ковък чугун е полезно времето за отливане да се съкрати максимално, за да се намали плаването на графит и натрупването на включвания [3]. Чрез анализ на формата и вътрешната структура на отливката се използва двугрупова отворена стъпаловидна система за пълнене, разделена на горен и долен слой. Системата за пълнене на долния слой се използва главно за пълнене, докато системата за пълнене на горния слой се използва главно за отстраняване на шлака, вентилация на газ и подаване. Двете системи за пълнене са разпределени от двете страни на пяната. Системата за пълнене на горния слой се въвежда в долната част на горния повдигач, което благоприятства вентилацията на газ и позволява на плаващата шлака в разтопеното желязо и шлаката, получена от газификацията на пенопласт, да се издигнат напълно, осигурявайки ефекта на подаване на повдигача и елиминирайки повърхностните дефекти от шлакови включвания на отливката.

Тази отливка е тежка чугунена част и времето за изливане може да се изчисли въз основа на отливки от сив чугун:

t = S2L (1)

Във формулата L представлява общото тегло на разтопения метал във формата, с изчислен коефициент на добив от 92%, като L е взето като 19,945 2 kg; S2.2 е коефициентът на дебелина на стената, взет като 310; следователно времето за изливане t = 155 секунди, а за две системи за изливане времето за изливане е взето като 1 секунди. Времето за изливане за отливки от ковък чугун може да се определи по метода на изчисление за отливки от сив чугун и след това да се намали с 3/1 до 2/1 [90], като се вземе времето за изливане t = XNUMX секунди. Съгласно диаграмата за време за изливане за големи отливки от ковък чугун, времето за изливане е проверено и може да се види, че избраното време за изливане е разумно.

Съгласно формулата за изчисляване на площта на напречното сечение, блокиращо потока:

∑A_блок = L / (0.31μPt) (2)

Във формулата: коефициентът на поток μ е взет за 0.5, Hp е взет за 40 cm, а L = 19945/2 = 9972.5 kg.

Тогава, A_блок = 9972.5 / (0.31 × 0.5 × 90) ≈ 113 cm². Тъй като минималното сечение, ограничаващо потока на отворената литникова система, е литиковият канал, за изчислението на прохода на литиковия канал е избрана керамична тръба с диаметър Φ120 mm. Съотношението на площта на напречното сечение на всеки компонент на литниковата система е зададено като A_литиков канал : A_напречно : A_входно = 1 : (1.2 - 2.0) : (1.5 - 2.0). Следователно, напречното сечение на напречния канал е избрано като 150 mm × 120 mm; напречното сечение на входния канал е избрано като трапецовидна форма с две единични групи, като горната основа на трапеца е 110 mm, долната основа е 140 mm, а височината е 80 mm. Действителното съотношение на площта на напречното сечение на литниковата система е приблизително A_ливник : A_напречно : A_вход ≈ 1 : 1.6 : 1.8. Диаграмата на разположението на литниковата система е показана на Фигура 2.

Фигура 2 Схематична диаграма на разположението на системата за изливанеt

 

1.2.2 Проектиране на външни охлаждащи елементи

За отливки с дебели стени, външните кокили се използват в критични и дебели зони, за да се предотвратят дефекти от свиване и порьозност и да се постигне балансирано втвърдяване. По време на производството честотата на използване на кокилите трябва да бъде стриктно контролирана. Повърхността на кокилите трябва да бъде гладка, без ръжда или дупки [4]. Преди всяка употреба те трябва да бъдат дробеструйни и покрити със слой покритие на алкохолна основа. Те трябва да прилягат плътно към повърхността на отливката без никакви фуги.

1.2.3 Проектиране на щрангове и вентилация

Принцип на проектиране: Осигуряване на ефективно компенсиране на свиването в дебелите зони. Тъй като отливката е дебела и голяма, за компенсиране на свиването се използват компенсиращи повдигачи, за да се получат качествени отливки [5]. Десет компенсиращи повдигачи с диаметър 280 мм и височина 400 мм са разположени от двете страни на горната повърхност на отливката. Горният хоризонтален канал и вътрешният канал преминават през повдигачите, позволявайки събирането на горещо разтопено желязо в повдигачите и осигурявайки възможност на шлаката да се изплува и да се изхвърля, като по този начин се постига комбинираният ефект на компенсация, отстраняване на шлаката и вентилация.

Вътрешните вентилационни канали на пянообразния модел и външните вентилационни канали на матрицата са две технологични мерки за подобряване на условията на газификация на модела и ускоряване на пълното излизане на газове от матрицата. За дебели и големи отливки, освен поставянето на повдигачи на горната повърхност на отливката, могат да се поставят множество външни вентилационни канали вътре в матрицата и по външната страна на пянообразния модел. Преди затваряне на горната кутия, вентилационни канали се отварят вътре в модела в дебелите области на горната част на отливката, за да се гарантира, че газифицираните газове в кухината на матрицата могат да бъдат изпуснати навреме по време на началния етап на изливане.

2 Контрол на процеса на формоване

Добавянето на смола се контролира от 0.9% до 1.2%, като горната граница е за големи отливки и сърца. Първо, специалната пяна се фиксира върху платформата за формоване и върху нея се поставя шаблонът от пяна, за да се направи долната форма. След пълно втвърдяване кутията се обръща и специалната пяна се отстранява, преди да се направи горната форма.

За глухите отвори и дългите проходни отвори в предния край на отливката, във всеки отвор са предварително вградени специално изработени пръти за образуване на отвори. Прътите за образуване на отвори се изработват чрез свързване на керамични тръби с размер, еквивалентен на глухите отвори и дългите проходни отвори, запълването им със смолен пясък, поставянето на стоманени пръти в средата, уплътняването им и покриването на външната страна с графитно покритие на алкохолна основа. След пълно втвърдяване, те се поставят във всеки отвор на модела от пяна. За да се предотврати изместването на керамичните тръби по време на процеса на газификация на твърдия модел, в средата се вкарват стоманени пръти с резба Φ16 мм, за да се закрепят към пясъчната форма, а към външния край на стоманената сърцевина с резба се добавя Т-образна конструкция, за да се закрепят здраво прътите със смолния пясък отвън. След като долната форма е направена, кутията се обръща и кръгли стоманени пръти с диаметър Φ10 мм се използват за пробиване на вентилационни канали в дебелите области на модела от пяна. Множество външни вентилационни канали с диаметър Φ30 мм са разположени на 40 мм от външната страна на пяната, а дълбочината на вентилационните канали е основно същата като височината на пяната.

        

3 Сфероидизираща и инокулационна обработка

Сфероидизиращата обработка е един от ключовите процеси в производството на детайли от сферографитен чугун, а технологията на обработка влияе пряко върху характеристиките на сферографитения чугун [6]. Прилага се сфероидизираща и инокулираща обработка в торбички, като се използва сфероидизиращ агент ZFCR-7 в доза 1.2% и инокулант YFY-150 в доза 0.6%. Ефектът на сфероидизация и инокулация се осигурява чрез увеличаване на дозата на инокуланта и многократни инокулации.

Поради голямото тегло на отливките, за да се отговорят на изискванията за различни показатели за производителност и да се подобри антиразграждащата способност на разтопеното желязо, въз основа на опита на много производители, се извършва предварителна обработка на разтопеното желязо. Това означава, че преди сфероидизиращата обработка към разтопеното желязо се добавят агенти за предварителна обработка, обикновено 0.8% SiC агент за предварителна обработка, с цел увеличаване на ядрата на зародишите и подобряване на вътрешното качество и течливостта на разтопеното желязо.  

4 Контрол на процеса на изливане

Използва се едновременно изливане с два пакета. По време на процеса на изливане се изисква висок дебит и непрекъснато изливане без прекъсване. Температурата на изливане за модела с изгубена пяна обикновено е с 30 до 50 градуса по Целзий по-висока от тази за обикновените пясъчни форми. За относително дебели и тежки части температурата на изливане се избира да бъде от 1410 до 1420 градуса по Целзий. Преди сфероидизацията съставът на разтопеното желязо е 3.5% до 3.7% C, 1.2% до 1.4% Si, Mn ≤ 0.5%, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.04% и 0.5% Cu. След сфероидизацията, съставът се контролира да бъде 3.4% до 3.6% C, 2.3% до 2.5% Si, Mn ≤ 0.5%, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.012%, 0.5% Cu и 0.04% до 0.06% остатъчен Mg. По време на процеса на изливане, подаването в процеса се извършва през чашата за изливане, като скоростта на подаване се контролира на 0.08% до 0.1%.

5 Естествено охлаждане

След завършване на отливането, отличната топлоизолация и свиваемостта на смолния пясък се използват, за да се позволи на отливката да се охлади бавно и свободно във формата, постигайки целта за облекчаване на напрежението и отгряване при стареене [7]. Въз основа на предишен опит с големи отливки, уплътнителната система се отстранява 8 часа след отливането, пресоващата кутия се отстранява 24 часа по-късно, а формата се отваря и пясъкът се отстранява 96 часа по-късно, като горната система за затваряне и повдигане се отстраняват.

6 Микроструктура и свойства на отливката

Бяха проведени тестове за експлоатационни характеристики на тестовите пръти. Металографските резултати на отливката са показани на Фигура 3. ​​​​​​​

Фигура 3 Микроструктура          

 

7 Заключение

Чрез производството на първата част от тежката отливка от ковък чугун, ефективността и рационалността на системата за шлюзове и повдигане бяха проверени по време на производствения процес. Дизайнът на системата за шлюзове, която интегрира пълнене, изпускане, отстраняване на шлака и подаване, беше допълнително подобрен. Проблемите с включването на повърхностна шлака, набръчкването и порьозността от свиване, които са склонни да възникват в процеса на формоване на черупки, бяха решени. Поради дебелата стена на отливката, дългото време за втвърдяване и високите изисквания за производителност, съществуват големи трудности в производствения процес. Чрез строг контрол на процеса, избор на подходящи суровини, подходящи процеси на сфероидизация и инокулация, както и специални техники за предварителна обработка, е напълно възможно да се произвеждат висококачествени големи отливки от ковък чугун.

 

Вигор има повече от 20 години опит и професионален екип в процесите на леене и коване. Ако можем да ви помогнем с нещо или имате нужда от разработване на продукти, моля, не се колебайте да се свържете с нас на info@castings-forging.com