采煤机摇臂铸件缺陷分析及防止措施.doc

采 煤 机 摇 臂 材 质 一 般 为 铸 钢 ZG270-500、 ZG25Mn 。 不同型号的尺寸大小不一,但基本结构相 同 。 摇臂性能要求高,是重要受力件之一,在巨大的 力和剪切力作用下不能变形 。 该铸件外形复杂,壁厚 差别大,易产生缩孔 、 裂纹等缺陷 。 以无锡某厂生产 的 50CKD 摇臂为例,分析了采煤机摇臂铸造缺陷产生 的原因及防止措施 。 1采煤机摇臂的结构及技术要求 1.1结构特点 该铸件外形尺寸为 3200mm 1100mm 1150mm , 中间为一箱体结构,内腔分布着较多的孔 、 筋和凸 块,整体呈 L 形,属于凝固收缩受阻件 。 主要壁厚 60175mm ,重约 5800kg ,如图 1所示 。 1.2技术要求 化学成分和力学性能见表 1、 表 2,铸件不允许有 气孔 、 疏松 、 裂纹 、 夹渣 、 砂眼等缺陷,粗加工后表 面经 MT 检查,重要的部位须达到 UT2级 。 铸件热处理 要求正火 回火 。 2铸造工艺及常见的铸造缺陷 2.1铸造工艺 铸件用木模两箱造型,分型面如图 1所示,变速箱 和电机座孔全放在下箱,冒口位置如图 2所示,型砂 、 芯砂均采用邦尼树脂砂 。 浇注系统采用二层横浇口, 底部三个浇道,中间三个浇道,漏包浇注 。 浇注温度 陆亦工 1,岳先才 2,曹 文 3 1. 新疆工程学院,新疆乌鲁木齐 830091; 2. 无锡市铸造有限公司,江苏无锡 214115; 3. 中国联合工程公司,浙江杭州 310022 摘要为解决采煤机摇臂铸造生产中出现的铸造缺陷,对铸件的结构特点进行了分析,并运用顺序凝固理论,设计浇冒 系统及内外冷铁的安放位置 。 采取提高砂芯的退让性 、 制定合理的浇注工艺等项措施 。 结果表明铸件内形成了顺序凝 固的温度梯度,缩孔 、 缩松 、 裂纹 、 夹渣 、 气孔等缺陷得到有效防止;经机加工和探伤等检验,产品满足技术要求 。 关键词采煤机摇臂;铸件缺陷;凝固理论 中图分类号TG250.6文献标识码A 文章编号1001-49772012 05-0530-03 LU Yi-gong 1, YUE Xian-cai 2, CAO Wen 3 1. Xinjiang Institute of Engineering, Urumqi 830091, Xinjiang, China; 2. Wuxi Foundry Co., Ltd., Wuxi 214115, Jiangsu, China ; 3. China United Engineering Corporation, Hangzhou 310022, Zhejiang, China 采煤机摇臂铸件缺陷分析及防止措施 Shearer Rocker Arm Casting Defect Analysis and Its Preventive Measures 收稿日期2012-01-18。 作者简介陆亦工 1958- ,男,高级工程师,副教授,主要研究方向为机械制造及铸钢工艺 。 E-mail Abstract The structural characteristics of shearer arm were analyzed, and gating and riser system and the position of the chills were designed by using of solidification theory for solving the casting defects of shearer arm production. The measures were adopted, such as increasing the deability of sand core and establishing of reasonable pouring process, etc. The results show that the temperature gradient beneficial to sequential solidification was established, and shrinkage, dispersed shrinkage, cracks, slag inclusion, gas hole and other defects were effectively prevented; through machining, flaw detection, and other check tests, the castings meet the technical requirements. Key words shearer rocker arm; casting defect; solidification theory 表 1铸件化学成分 Table 1Chemical composition of the casting w B / Cu ≤ 0.3 C ≤ 0.40 Si ≤ 0.50 Mn ≤ 0.80 P ≤ 0.040 S ≤ 0.040 Cr ≤ 0.3 表 2铸件力学性能 Table 2Mechanical properties of the casting A KV /J≥ 25 屈服点 /MPa≥ 270R m /MPa500 A /18 May 2012Vol.61No.5 铸 造 FOUNDRY 530 为 155010 ℃ ,浇注后 72h 打箱清砂 。 2.2常见铸造缺陷 2.2.1缩孔 安装电动机圆桶和变速齿轮箱连接处的缩孔较深, 在铸件检查时不易被发现,往往在加工时发现,这造 成返工修补,严重时铸件报废 。 2.2.2裂纹 裂纹出现在安装电动机圆桶外面的吊耳处,箱体 的大孔边沿,见图 3。 2.2.3夹渣和气孔 在顶面有夹渣,内部有气孔 。 3缺陷产生的原因分析 3.1缩孔 在圆筒的顶部产生缩孔,该处是 T 形结构 图 4 , 由于中间的箱体砂芯的阻碍,使得冒口补缩铸件下面 通道不畅,特别是电机孔的补缩更困难,而 T 形位置的 金属堆积体积最大,凝固时释放的热量最多,但该处 散热条件差,凝固时间长于其他部位,最后得不到液 态金属补缩形成缩孔 。 3.2裂纹 铸件在凝固期间固相骨架已经形成,在进行线收 缩时遇到铸型 芯 的阻碍,使铸件产生的收缩应力 超过金属在该温度下的强度极限,铸件就会断裂 。 收 缩应力的大小主要决定于铸件的实际收缩量和铸型的 变形量 。 如铸型中的有机粘结剂燃烧使强度减小,则 变形量可以增大;铸件收缩受到的阻力相对减小,使 实际收缩量增大,则收缩应力即可减小 。 试验发现金属在固相线附近收缩量大,此时金属的强度最低, 而型砂表层温度虽高但内层温度仍较低,退让性较差, 故产生较大的收缩应力,当收缩应力超过强度极限或 阻碍收缩的量超过伸长率时就会在铸件最脆弱的地方 产生热裂 。 此铸件的壁厚差别大,最厚的达 130mm ,最薄的 达 50mm 。 由于壁厚薄不均,厚处冷得慢,薄处冷却得 快而产生应力 。 还有一些筋板伸出厚大部位,两端的电 极孔和刀头阻碍铸件收缩,在薄厚交界易发生裂纹 。 3.3顶面夹渣,中间的箱体内部有气孔 中间的箱体狭长,长度达 2650mm ,但出砂孔少, 几乎全被钢液包围 。 同时砂芯排气困难,如果砂芯内 排气系统不畅,就会使铸件产生气孔 。 在铸件的上面 由于面积大,钢液到此位置时上升速度减慢,易产生 夹渣 。 4缺陷防止措施 4.1防止缩孔措施 根据分析,要使铸钢件在凝固过程中不产生缩孔 及缩松缺陷,必须将铸件最后凝固的部位引出铸件本 体,依据凝固理论的动态顺序凝固原则,需要在铸件 内形成顺序凝固的温度梯度,使金属液从较低温度开 始凝固,最后凝固的部分位于冒口中 。 铸造 陆亦工等 采煤机摇臂铸件缺陷分析及防止措施 531 要消除该 T 形处的缩孔,必须使该处凝固的缩孔得 到液态金属补缩 。 为此要建立补缩通道,并有冒口提 供液态金属 。 图 5所示,原工艺是通过加外冷铁和补 贴,但仍有缩孔出现,现工艺为了让 T 形热节处迟于下 面桶壁部位凝固,将原圆角处外冷铁取消,根据热节 直径 d 按 1∶ 1.07做补贴 [1],同时在冒口下面将原补贴加 大,并在远离冒口的部位加内冷铁,从而有效地实现 了凝固最佳的温度梯度 。 4.2防止裂纹措施 4.2.1造型方面 提高砂芯的退让性以减少砂芯对铸件的收缩阻力, 厚大部位放置一些焦炭,同时在芯骨上面多缠绕些通 气绳,这样既可增加砂芯里面的空腔,又便于排气 。 针对圆角部位易产生裂纹的因素,可适当加大圆角半 径 。 较大的圆角部位放置铬铁矿砂 [2]和随形外冷铁,以 便先凝固时形成外壳,从而减少裂纹的产生 。 4.2.2冶炼方面 适当的调整化学成分,根据有关资料介绍 [3],当 Mn/S大于 20时,铸件的裂纹发生率低于 0.1,故提高 Mn 的含量,将 Mn 含量内定为 0.60.85,减少 S 的含 量,使 S0.030。 在浇注温度方面,据文献介绍 [4]浇 注温度高,裂纹倾向大,因此采用增大内浇口数量, 用低温快浇的方法减小裂纹倾向 。 4.2.3控制开箱时间 铸件浇注后在温度低于 250℃ 以下落砂,因为过 高温度下落砂也易产生裂纹 。 铸件热处理时必须注意 升温速度,一般应小于 100℃ /h。 4.3防止夹渣 、 气孔措施 4.3.1钢包准备工作 及时清理钢包中粘接的熔渣,选较好的陶瓷管,陶 瓷管之间的接缝要严,出钢后要保证有一定的镇静时间 。 4.3.2砂芯制作 根据树脂砂的特点,砂芯硬化起模后要晾一段时 间再刷涂料,并且第一遍涂料烘干后才能接着刷第二 遍涂料,避免涂料中的水分和钢液反应产生气孔 。 封 箱条有一定的含水量,和钢液接触后发气,使铸件产 生气孔 。 因此,封箱条一定不要和钢液接触,最好用 石棉绳做封箱条 。 4.3.3冷铁准备工作 由于型腔有内冷铁,为了防止内冷铁吸湿,合箱 后应用热风吹 35h 。 5缺陷检验与工艺验证 按照上述措施生产了 4件采煤机摇臂后,经检验, 原位置的裂纹得以消除,通过机械加工后也没有发现 缩孔 、 缩松和裂纹,铸件的表面质量明显提高,粗加 工后经 MT 探伤达到 UT2级标准 。 6结论 1 对于受铸件结构的限制,补缩困难的地方, 采用内冷铁来调节铸件的模数,形成一个朝向冒口顺 序凝固的温度梯度;内冷铁一定要清洁,可采用喷铝 或镀锌的方法 。 2 适 当 提 高 Mn 的 含 量 ,将 S 、 P 含 量 控 制 在 0.030以下,这对解决铸件裂纹有一定作用 。 3 解决铸件裂纹要从造型 、 冶炼 、 落砂 、 热处 理诸方面工艺参数的严格控制着手 。 参考文献 [1]李弘英,赵成志 . 铸造工艺设计 [M].北京机械工业出版社, 2009334-337. [2]中国机械工程学会铸造分会 . 铸造手册第 4卷 [M].北京机械 工业出版社, 200223-24. [3]黄志广 . 铸件内在缺陷分析与防止 [M].北京机械工业出版社, 2011233-235. [4]陈国桢 . 铸件缺陷和对策手册 [M].北京机械工业出版 社 , 2010190-191. 编辑潘继勇, FOUNDRY May 2012 Vol.61 No.5 532