大型铸钢件工艺.doc
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1、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、铸件成形的把握、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 零件的工艺性争辩铸造工艺设计时,首先要认真地阅读和争辩铸件的制造或选购技术条件、质量要求。如探伤要求,外表质量要求,机械性能要求,特别热处理要求等,其次, 要争辩零件的构造特点,如质量要求高的外表或主要的加工面,主要的尺寸公差要求等,再次,争辩材料化学成分,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
2、格外重视,做好零件的工艺性争辩,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,但转变冷却条件,可以转变结晶温度范围,从而转变合金的凝固方式。由于凝固方式的不同,
3、窄结晶温度范围的合金,简洁形成细小的晶粒组织,补缩性好,吵闹倾向小;反之,宽结晶温度范围的合金,简洁形成粗大的晶粒组织,补缩性差,吵闹倾向大。因此,高碳钢的厚大部位,要实行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,合金钢较简洁造成高的剩余应力。工艺上要削减各部位浇注后冷却、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,马氏体相变最简洁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,
4、缘由就是导热性差热应力大, 产生马氏体转变导致相变应力大,必需热割冒口,1.2 铸件构造的工艺性分析对于需要铸造的零件,必需检查它的构造是否符合铸造工艺的根本要求。由于有时对铸件的构造,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 , 对铸件构造的根本要求有以下几点:铸件的壁厚应大于铸件允许的最小壁厚,以免产生浇缺乏等缺陷。铸件的尺寸越大,合金液布满铸型也就越困难 ,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,否则铸件简洁产生缩孔和裂纹。壁厚相差悬殊 ,在厚的局部简洁形成缩孔,在厚薄交接处 简洁形成裂纹。尽量避开铸件上部 ( 指铸
5、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,削减形成气孔和渣眼的可能。铸件的构造应保证泥芯能结实地安置在铸型里。铸件的构造应使造型时削减分型面和砂芯,简化造型操作,有利于后处理。2 工艺方案确实定在选定铸造工艺方案时,必需考虑铸造车间的具体条件,如铸造设备运转状况、生产力量,铸件的构造和尺寸、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,进展初步争辩。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,一般应留意下面的几个原则:应将铸件上质量要求高的外
6、表或主要的加工面,放在铸型的下面。或者置于铸型的侧面或倾斜放置进展浇注。应把截面较厚的局部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,造成良好的挨次凝固,有利于铸件补缩。薄壁局部放在铸型的下部,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简洁产生夹砂等缺陷。对于带有泥芯的铸件,应使泥芯能放置结实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,削减偏析和跑火机率,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 ,
7、 削减废品等。在选择时,一般应留意下面几点:尽量把铸件的大局部或全部放在同一铸型内,从而削减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,又不行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局部的加工面放在分型面同一侧。从而削减因错箱造成的加工余量不够。应使铸模简洁从铸型中取出,并尽量削减活块模、高大的吊砂和弯曲的分型面等。尽量削减泥芯的数量。这样可以省去制造和安放泥芯的工作,也可削减由此造成的误差及产生的披缝,降低铸件的制造本钱。铸件的不加工外表应尽量避开有披缝,提高铸
8、件的外观质量。 3.工艺参数的设计铸造生产的工艺方案打算以后 , 还应依据产品零件图的外形、尺寸和技术要求 , 选定好各种铸造工艺参数。铸造工艺参数是由金属种类和铸造方法等的特点打算的。其内容主要包括铸造收缩率、机械加工余量、拔模斜度、铸造圆角和芯头尺寸等,还有工艺补正量和分型负数等。选择铸造工艺参数时必需依据实际的生产状况,机敏运用。3.1 铸造收缩率对于铸钢件在铸型内凝固和冷却过程中收缩和变形规律的把握,是保证获得铸件根本外形轮廓和尺寸精度的关键技术。影响铸件收缩率的因素较多,主要的有:铸型的退让性,铸件的材料,铸件的构造。铸型的退让性好,铸件的收缩率增大。随着铸件的尺寸增大,铸型的退让性
9、变差,铸件的收缩率也就减小。铸件的构造简单,收缩困难,铸件的收缩率减小。铸件的材料的不同,收缩率不同。同一成分浇注的铸钢件,因构造外形不同,收缩率不同,同一个铸件,由于构造上的缘由,其轴向与径向或长、宽、高三个方向的收缩率可能不全都。对于尺寸要求较准确的铸件,各个方向应给以不同的收缩率。其中以自由收缩时的收缩率最大。所以铸造收缩率要结合实际状况来选择。在实际生产中,一般的铸件,特别是尺寸不大的铸件,各个方向都用同一的收缩率,尽管这样会造成一些误差,但由于误差一般不大,而这样大大便于铸模的加工制造。3.2 机械加工余量加工余量是参照机械加工余量表和结合生产实际状况而确定的。加工余量应当合理地选定
10、。加工余量过大,不仅铺张金属,增加机械加工工作量 , 有时还会因截面变厚,热节变大,使铸件晶粒粗大, 甚至造成缩孔或缩松。加工余量过小,不能把铸件的 加工外表全部切净,使零件达不到要求的精度和光滑度。加工余量的大小与铸造金属的种类、生产条件以及铸件尺寸和加工面部位等有关。铸件的尺寸大,变形往往也大,加工余量需要大一些,铸件上面 ( 指浇注时位置 ) 与底面和侧面相比,外表质量较差,加工余量也需要大一些。小的孔槽一般不宜铸出。否则,不但使造型工艺简单,而且会因孔槽的偏斜 , 给机械加工带来困难。3.3 拔模斜度拔模斜度取法有三种:增加壁厚法、加减壁厚法、削减壁厚法。拔模斜度选取时不应超出铸件的壁
11、厚公差要求。由于大件的起模往往需要借助机械装置,设置不当时,过小简洁损坏工装或型芯,过大影响铸件外形构造或加工余量。为了便利芯盒起模, 要把铸模的垂直壁做成向起模面扩大的斜度,需要与协作的型芯全都,拔模斜度过大最好做成劈模,避开过大的拔模斜度。铸件要加工的侧面, 一般按增加铸件壁厚的方法确定。铸模在起模方向如已有足够的构造斜度,便不再加拔模斜度。金属模的拔模斜度可比木模稍小些。3.4 铸造圆角铸造圆角是不行无视的工艺因素,因尖角砂在浇注时简洁造成冲砂、砂眼和粘砂等缺陷,而且转角没有圆角过渡的铸件会因简洁产生较大的铸造应力而裂开。没有圆角过渡的铸件的强度也较低,因锋利的棱角局部在结晶时会形成强度
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