Proces odlévání Návrh a výrobní praxe pásové boty

Odlévání kolejových bot je kritickou součástí elektrické lopaty, což představuje 10 % až 15 % celkové hmotnosti zařízení. Jako pochozí část důlního zařízení pracuje v drsném prostředí a zažívá složité a proměnlivé namáhání, což rychle vede k opotřebení, deformaci a dokonce i ke zlomení botky dráhy. Velké výstrojní pásové boty se obecně vyměňují ve skupinách s vysokými náklady na výměnu. Proto musí mít pásové boty komplexní výkonnostní charakteristiky, jako je vysoká pevnost, odolnost proti opotřebení, rázová houževnatost a odolnost proti únavě. V současné době mezi materiály pro odlitky pásových bot patří především vysoce manganová ocel, nízkolegovaná ocel atd., přičemž mnoho modelů v zahraničí volí pásové botky z nízkolegované oceli.

Nízkolegovaná ocel si zachovává odolnost proti opotřebení a zároveň nabízí lepší celkový výkon než ocel s vysokým obsahem manganu. Přidání legovacích prvků do nízkolegované oceli však snižuje tepelnou vodivost slitiny. Rozšiřuje rozsah tuhnutí, takže je náchylnější ke vzniku značného napětí během tuhnutí, což vede k tvorbě trhlin. Společnost Qiming Casting zkoumala proces odlévání pásových bot z nízkolegované oceli a během zkušební výroby narazila na problémy, jako jsou praskliny a lepení písku. V reakci na tyto problémy tento článek optimalizuje proces odlévání pásových bot, odstraňuje vady odlévání a vyrábí kvalifikované produkty odlévání pásových bot.

Analýza technických požadavků na pásové boty a úskalí v procesu odlévání

Technické požadavky

Chemické složení

Pásové patky jsou odlity z vysokopevnostní nízkolegované oceli a mají dobrou odolnost proti opotřebení a nárazu. Specifický materiál je upraven podle AS-1444-Grade4320. Chemické složení je uvedeno v tabulce 1.

Požadavky na kvalitu

Na základě podmínek použití různých konstrukčních částí boty se dělí na kritické a nekritické oblasti. Kritické oblasti jsou oblasti ohraničené křivkou na obrázku 1 a části ucha špendlíku. Při zkušební výrobě musí odlitky projít celkovou vizuální, rozměrovou, magnetickou částicovou a ultrazvukovou kontrolou. Po obrobení je třeba otvory pro čepy podrobit penetrační kontrole na obrobené ploše. Po tepelném ošetření musí být vzorky podle potřeby také preparovány, přičemž místa vypreparování jsou znázorněna na obrázku 1. Po preparaci se na vypreparovaných površích provedou penetrační, magnetické částice, ultrazvuk a radiografie. Povrchová úprava odlitku by měla splňovat požadavky norem vizuální kontroly ASTM A802 a povrch odlitku by neměl mít ulpívající písek nebo oxidovou kůži. Ultrazvuková kontrola se provádí podle standardů AS2574-2000 – Castech ultrazvukové kontroly, s požadavky první úrovně na kritické oblasti a požadavky druhé úrovně na nekritické oblasti. Radiografická kontrola se provádí podle ASTM E94 – Standardní příručka pro radiografické vyšetření, přičemž defekty v kritických oblastech A, B a C jsou omezeny na méně než 2. stupeň, zatímco defekty v D, E a F nejsou povoleny. V nekritických oblastech by defekty A a B měly být nižší než 2. stupeň, C nižší než 3. stupeň a defekty D, E a F nejsou povoleny. Vzhledem k přísným požadavkům na kvalitu odlitků jsou na proces odlévání kladeny vysoké nároky.

Analýza obtíží procesu odlévání

Charakteristika struktury produktu

Pásová botka je kritickou součástí elektrické lopaty, jak je znázorněno na obrázku 2. Individuální hmotnost tohoto produktu je 909 kg s celkovými rozměry 1,400 760 mm x 430 mm x 190 mm. Výrobek má výrazné rozdíly v tloušťce stěny, s maximální tloušťkou 40 mm a minimální tloušťkou 70 mm, s hlavní tloušťkou v rozmezí od 120 mm do 2 mm. Na každé straně patky dráhy jsou tři otvory pro kolíky, které vyžadují opracování. Použití trojrozměrné grafiky výrobku umožňuje jasné pozorování vnitřní struktury odlitku. Patka dráhy může být rozdělena do několika vzájemně nezávislých oblastí, včetně středového nástavce ozubeného kola, uší se šesti kolíky a třinácti velkých oblouků spojujících uši kolíků s tělem, jak je znázorněno na obrázku 3. Náročný průřez je znázorněn na obrázku XNUMX.

Analýza tendence ke vzniku trhlin

Charakteristiky slitin, náhlé změny tloušťky stěny a omezené smršťování mohou zvýšit tendenci odlitků k tvorbě trhlin. Odlitky ze slitiny s vysokou prokalitelností jsou náchylné k tvorbě martenzitu během svařování, což ztěžuje opravu prasklin a dokonce produkuje odpad. Snížení výskytu trhlin v odlitcích pásových bot je proto zásadním aspektem návrhu procesu. Podle analýzy struktury odlitku je známo, že oblouková část spojující ouška kolíku s tělem je oblast, kde je největší pravděpodobnost, že odlitku bude bránit písková forma během tuhnutí. Tato oblast podléhá významným změnám tloušťky stěny a je nejnáchylnější oblastí k tvorbě trhlin v odlitku, což vyžaduje zvláštní pozornost při navrhování procesu.

Návrh procesu odlévání botky dráhy

Základní výrobní podmínky

Proces zahrnuje použití formování písku z fenolické pryskyřice a výrobu jádra a tavení slitiny ve 2tunové středofrekvenční peci. Je použito strojní lisování, přičemž jádra jsou vyráběna ručně. Na pracovní plochy pískových forem a jader je nanesen alkoholový práškový povlak zirkoniumsilikátu.

Výběr dělicí plochy

Pásová patka je vyrobena z nízkolegované oceli a její procesy smršťování v tekutém stavu a tuhnutí a smršťování vyžadují určité množství roztavené oceli, která má být spotřebována, a proto je třeba ji doplňovat pomocí nálitků do odlitku. Povrch běhounu pásové boty, výstupek řetězového kola a uši kolíku jsou kritickými oblastmi a měly by být umístěny na spodní straně formy jako první. Umístění velké rovné plochy v horní části formy zároveň usnadňuje uspořádání a čištění nálitků. Pro zjednodušení struktury jádra a usnadnění odstranění jádra je dělicí čára navržena v rovině, kde je umístěn střed otvoru pro čep. Schéma zjednodušeného procesu odlévání je znázorněno na obrázku 4.

Konstrukce pískového jádra

Na základě určené dělicí čáry je proveden návrh pískového jádra pro odlévání patky dráhy, jak je znázorněno na obrázku 5. Písková jádra pro šest vnějších kolíkových otvorů mají válcovou strukturu, což je jednoduché a snadno vyrobitelné. Vnitřní dutina pískového jádra je celkově ve tvaru L. Velká jádrová hlava je umístěna na zadní části pro zajištění polohy a upevnění, zatímco válcová jádrová hlava je umístěna na hlavě pro pomocné polohování a upevnění, čímž se zabrání posunutí a plavání pískových jader.

Uspořádání stoupačky a chladicího železa

Hlavními horkými body patky pásů jsou středový nálitek ozubeného kola a spojovací body uší čepu k tělu, celkem 7. Umístěním chladu se horká místa na nálitku řetězového kola a jeho stranách spojí do jednoho horkého místa. Ve spodní části a po stranách uší špendlíku jsou umístěny chladiče, které umožňují dvěma vnějším horkým místům sdílet jednu stoupačku. Proto jsou pro odlévání zapotřebí pouze 3 nálitky, jak je znázorněno na obrázku 6.

Návrh vtokového systému

Systém licího vtoku je průchod, kterým roztavená ocel vyplňuje dutinu licí formy. Dobře navržený vtokový systém může snížit rychlost roztavené oceli vstupující do dutiny formy, snížit turbulenci, minimalizovat oxidaci oceli, zlepšit hladkost procesu lití, snížit pravděpodobnost poréznosti a zmírnit dopad roztavené oceli na pískovou formu. , čímž se snižuje riziko vad odlitku. Vtokový systém pro odlévání patek dráhy je znázorněn na obrázku 7, přičemž poměry průřezových ploch každé součásti jsou určeny pomocí výpočtů následovně: A Přímý : A Příčný : A Vnitřní = 1 : 1.12 : 1.43, což představuje otevřený systém nalévání.

Design chromitový písek

Ve srovnání s křemičitým pískem má chromitový písek vyšší žáruvzdornost, což může snížit tendenci ulpívání licího písku na místech uložení. Kromě toho může chromitový písek urychlit rychlost tuhnutí v místech uložení, což umožní povrchu odlitku v těchto oblastech rychleji dosáhnout pevnosti, čímž se sníží sklon k praskání. Ze struktury patky dráhy je zřejmé, že oblouková část spojující uši kolíku s tělem je omezována pískovou formou během tuhnutí odlévání, což má za následek značné napětí. V kombinaci s velkou tloušťkou stěny v této oblasti je vytváření pevnosti relativně pomalé, takže je náchylné k praskání. Proto by měl být do této oblasti umístěn chromitový písek, aby se snížila tvorba trhlin, jak je znázorněno na obrázku 6.

Oblasti, kde jsou na odlévacím povrchu umístěny kokily, a okolní oblasti jsou vystaveny značným teplotním gradientům během tuhnutí kovové kapaliny, což vede k napětí při smršťování. Zejména umístění chladu kolem silných částí odlitku generuje značné napětí, které může snadno překročit pevnost kovového tekutého filmu a způsobit praskliny. Umístění chromitového písku s dobrými vlastnostmi akumulace tepla mezi odlitek a chladivo může zabránit tvorbě trhlin. Proto je při návrhu procesu odlévání kolejových bot chromitový písek o tloušťce 10~20 mm umístěn kolem chladíren v tlustých částech odlitku.

Predikce proveditelnosti procesu lití

Analýza simulace procesu tuhnutí

Obrázek 9 znázorňuje distribuci kapalné fáze během procesu tuhnutí při odlévání kolejových bot. Obrázek ukazuje, že odlitek začíná tuhnout od spodních a bočních oblastí, kde jsou umístěny chladící směsi, postupně tuhne zdola nahoru, přičemž tři nálitky tuhnou jako poslední. Odlitek dosahuje celkového sekvenčního tuhnutí zdola nahoru, přičemž se v odlitku během procesu tuhnutí nevytvářejí žádné izolované oblasti kapalné fáze. Obrázek 10 ukazuje rozložení smršťovacích a smršťovacích dutin v odlitku. Z obrázku je vidět, že smršťovací a smršťovací dutiny jsou distribuovány ve vtokovém systému a nálitcích, přičemž v samotném odlitku nejsou zjištěny žádné smršťovací nebo smršťovací dutiny. Proto návrh procesu dosáhl očekávaných výsledků.

Zkušební výroba produktu a analýza vad

Na základě návrhu procesu odlévání botky dráhy byla provedena zkouška produktu. Ocel byla tavena ve 2tunové středofrekvenční peci a odlévána pomocí 3tunové spodní licí pánve. Teplota roztavené oceli na výstupu byla 1605 °C, s teplotou lití přibližně 1580 °C a naměřená doba lití byla 55 až 70 sekund. Odlitek po vyjmutí z formy je znázorněn na obrázku 11. Po očištění pískem a otryskání byla provedena vnější kontrola, po které následovaly procesy jako broušení, tryskání, magnetická kontrola částic, ultrazvuková kontrola, hustotní pitva, penetrační kontrola pitvy bloků, a ultrazvuková kontrola pitevních bloků.

Při vnější kontrole bylo zjištěno, že uvnitř otvorů pro čepy odlitku byly defekty ulpívání písku a část ulpívajícího písku v určitých oblastech byla obtížně manipulovatelná, jak je znázorněno na obrázku 12. Důvodem ulpívání písku v těchto oblastech bylo malý průměr pískového jádra, který umožnil roztavené oceli zahřát pískové jádro na vysokou teplotu během plnění a tuhnutí.

Po pitvě bylo zjištěno, že ve vnitřních rozích odlitku byly také vady ulpívání písku se stejnou příčinou jako ulpívání písku u otvorů pro čepy. Inspekce pitevních bloků magnetickými částicemi odhalila mnohočetné trhliny ve vnitřních rozích, jak je znázorněno na obrázku 12. Tyto trhliny se vytvořily, protože tato oblast tvoří uzavřenou dutinu a během tuhnutí je vystavena napětí přesahujícímu mez pevnosti slitiny v důsledku překážek z pískového jádra, což vede k tepelnému praskání.

 

Optimalizace procesů a ověřování výroby

Chromitový písek s vysokou žáruvzdorností byl použit k odstranění defektů ulpívání písku v otvorech pro kolíky, přičemž všechna písková jádra v otvorech pro kolíky byla vyrobena výhradně z chromitového písku. Pokud jde o trhliny ve vnitřních rozích odlitku, na jedné straně byl jádrový písek nahrazen chromitovým pískem, aby se urychlila rychlost tuhnutí povrchové části vnitřní dutiny, což umožnilo povrchu vnitřní dutiny získat pevnost. rychleji. Na druhou stranu, během procesu výroby pískového jádra byla umístěna větrací lana a slaměná lana, aby se zlepšila skládací schopnost pískového jádra. Po optimalizaci procesu byla provedena zkušební výroba a vyřešeno ulpívání písku a trhliny v odlitku. Odlitek prošel vnější kontrolou, kontrolou magnetických částic, ultrazvukovou kontrolou, hustotní pitvou, penetrační kontrolou pitevních bloků a ultrazvukovou kontrolou pitevních bloků, všechny splňují požadavky. Následně byla provedena rentgenová kontrola pitevních bloků a výsledky splnily požadavky technických podmínek. Hotové odlitky a jejich pitevní bloky jsou na obrázku 13.

 

Shrnout

1. U odlitků s přísnými požadavky na hustotu je možné rozdělení odlitku do různých oblastí. Koordinací umístění nálitků a kokil lze dosáhnout postupného tuhnutí v jednotlivých oblastech, čímž se dosáhne postupného tuhnutí celého odlitku. Tím je zajištěno, že vnitřní hustota odlitku odpovídá požadavkům.
2. Pokud odlitek obsahuje uzavřené dutiny a oblasti koncentrace napětí, umístění chromitového písku do těchto oblastí může snížit vady přilnavosti písku. Využitím chromitového písku k urychlení tuhnutí v těchto oblastech je vhodné zvýšit stlačitelnost pískových jader, aby se snížilo nebo zabránilo praskání odlitku.