Støbeprocesdesign og produktionspraksis af banesko

Støbningen af ​​banesko er en kritisk komponent i elektriske skovle, der tegner sig for 10% til 15% af den samlede udstyrsvægt. Som den gående del af mineudstyr opererer det i barske miljøer og oplever komplekse og variable stressforhold, hvilket hurtigt fører til slid, deformation og endda brud på baneskoen. Store udstyrsløbesko udskiftes generelt i grupper med høje udskiftningsomkostninger. Derfor skal løbesko have omfattende præstationsegenskaber såsom høj styrke, slidstyrke, slagstyrke og træthedsbestandighed. I øjeblikket omfatter materialerne til skinnestøbninger hovedsageligt højmanganstål, lavlegeret stål osv., med mange modeller i udlandet, der vælger lavlegerede stålskinnesko.

Lavlegeret stål bevarer slidstyrken, mens det giver bedre samlet ydeevne end højt manganstål. Men tilføjelse af legeringselementer i lavlegeret stål reducerer legeringens termiske ledningsevne. Det udvider størkningsområdet, hvilket gør det mere tilbøjeligt til at generere betydelig stress under størkning, hvilket fører til revnedannelse. Qiming Casting har forsket i støbeprocessen af ​​båndsko i lavt legeret stål og stødt på problemer som revner og sand, der klæber til under prøveproduktion. Som svar på disse problemer optimerer denne artikel støbeprocessen af ​​båndsko, eliminerer støbefejl og producerer kvalificerede båndskostøbeprodukter.

Analyse af tekniske krav til banesko og vanskeligheder i støbeprocessen

Tekniske krav

Kemisk sammensætning

Bælteskoene er støbt af højstyrke lavlegeret stål og har god slid- og slagfasthed. Det specifikke materiale er modificeret i henhold til AS-1444-Grade4320. Den kemiske sammensætning er vist i tabel 1.

Kvalitetskrav

Baseret på brugsforholdene for forskellige strukturelle dele af løbeskoen er den opdelt i kritiske og ikke-kritiske områder. De kritiske områder er de områder, der er omsluttet af polylinjen i figur 1, og stiftøredelene. Under forsøgsproduktion skal støbegodset gennemgå overordnede visuelle, dimensionelle, magnetiske partikel- og ultralydsinspektioner. Efter bearbejdning skal stifthullerne gennemgå penetrantinspektion på den bearbejdede overflade. Efter varmebehandling skal prøver også dissekeres efter behov, med de dissekerede steder vist i figur 1. Efter dissektion udføres penetrant-, magnetiske partikel-, ultralyds- og radiografiske inspektioner på de dissekerede overflader. Støbningens overfladefinish skal opfylde kravene i ASTM A802 visuel inspektionsstandarder, og støbeoverfladen bør ikke have sandklæbning eller oxidhud. Ultralydsinspektion udføres i henhold til AS2574-2000 – Castech ultralydsinspektionsstandarder, med krav på første niveau for kritiske områder og krav på andet niveau for ikke-kritiske områder. Radiografisk inspektion udføres i henhold til ASTM E94 – Standardvejledning for røntgenundersøgelse, med defekter i kritiske områder A, B og C begrænset til mindre end 2. klasse, mens fejl i D, E og F ikke er tilladt. I ikke-kritiske områder bør fejl i A og B være mindre end 2. klasse, C mindre end 3. klasse, og D-, E- og F-fejl er ikke tilladt. På grund af strenge kvalitetskrav til støbegods stilles der høje krav til støbeprocessen.

Analyse af støbeprocessvanskeligheder

Produktets strukturegenskaber

Bælteskoen er en kritisk komponent i den elektriske skovl, som vist i figur 2. Den individuelle vægt af dette produkt er 909 kg, med samlede mål på 1,400 mm x 760 mm x 430 mm. Produktet har betydelige variationer i vægtykkelse, med en maksimal tykkelse på 190 mm og en minimumstykkelse på 40 mm, med hovedtykkelsen fra 70 mm til 120 mm. Der er tre stifthuller på hver side af løbeskoen, som kræver bearbejdning. Brug af produktets tredimensionelle grafik giver mulighed for en klar observation af støbningens indre struktur. Bælteskoen kan opdeles i flere indbyrdes uafhængige regioner, herunder det centrale kædehjul, seksbenede ører og tretten store buer, der forbinder stiftørerne med kroppen, som vist i figur 2. Det udfordrende tværsnit er afbildet i figuren 3.

Analyse af revnetendens

Egenskaberne ved legeringer, pludselige ændringer i vægtykkelse og begrænset svind kan alle øge støbegodsets tendens til at udvikle revner. Legeringsstøbegods med høj hærdeevne er tilbøjelige til at danne martensit under svejsning, hvilket gør revner svære at reparere og endda producerer produktskrot. Derfor er reduktion af forekomsten af ​​revner i skinnestøbninger et afgørende aspekt af procesdesign. Ifølge analysen af ​​støbestrukturen er det kendt, at den buedel, der forbinder stiftørerne med legemet, er det område, hvor støbningen mest sandsynligt vil blive hindret af sandformen under størkning. Dette område gennemgår betydelige vægtykkelsesvariationer og er det mest modtagelige område for revnedannelse i støbningen, hvilket kræver særlig opmærksomhed i procesdesign.

Støbeproces Design af Track Shoe

Grundlæggende produktionsforhold

Processen involverer anvendelse af phenolharpikssandstøbning og kernefremstilling og smeltning af legeringen i en 2-tons mellemfrekvent ovn. Maskinstøbning er vedtaget, med kerner fremstillet manuelt. En alkoholisk zirconiumsilikatpulverbelægning påføres arbejdsoverfladen af ​​sandforme og -kerner.

Valg af skilleflade

Bælteskoen er lavet af lavlegeret stål, og dens væskesvind- og størkningssvindprocesser kræver en vis mængde smeltet stål, der skal forbruges, og skal derfor genopfyldes gennem stigrør til støbningen. Træningsskoens slidbaneoverflade, tandhjulsbov og stiftører er kritiske områder og bør placeres i bunden af ​​formen først. Samtidig letter placeringen af ​​den store flade overflade i toppen af ​​formen arrangementet og rengøringen af ​​stigrør. For at forenkle kernestrukturen og lette fjernelse af kerne er skillelinjen designet på det plan, hvor midten af ​​stifthullet er placeret. Det forenklede støbeprocesdiagram er vist i figur 4.

Sand kerne design

Baseret på den fastlagte skillelinje udføres sandkernedesignet til sporskostøbningen, som vist i figur 5. Sandkernerne til de seks yderste stifthuller er cylindriske i strukturen, hvilket er enkelt og nemt at fremstille. Den indre hulrumssandkerne er overordnet L-formet. Et stort kernehoved er placeret ved halen for at give positionering og fiksering, mens et cylindrisk kernehoved er placeret ved hovedet til hjælpepositionering og fiksering, hvorved sandkernernes forskydning og flydning forhindres.

Riser og kølejern layout

De vigtigste hot spots på løbeskoen er det centrale tandhjulsbov og forbindelsespunkterne på stiftørerne til kroppen, i alt 7 i antal. Ved at placere kuldegysninger kombineres hot spots på tandhjulsboven og dens sider til et hot spot. Kuldegysninger er placeret ved den nederste del og siderne af stiftørerne for at tillade to ydre hot spots at dele en stigerør. Derfor kræves der kun 3 stigrør til støbningen, som vist i figur 6.

Gatesystemdesign

Støbeportsystemet er den passage, gennem hvilken smeltet stål fylder støbeformens hulrum. Et veldesignet portsystem kan reducere hastigheden af ​​smeltet stål, der kommer ind i formhulrummet, mindske turbulens, minimere ståloxidation, forbedre glatheden af ​​hældeprocessen, reducere sandsynligheden for porøsitet og afbøde virkningen af ​​smeltet stål på sandformen , hvorved risikoen for støbefejl reduceres. Portsystemet til sporskostøbningen er vist i figur 7, hvor snitarealforholdene for hver komponent er bestemt ved beregninger som følger: A lige : A tværgående : A indre = 1 : 1.12 : 1.43, der udgør et åbent hældesystem.

Chromite Sand Design

Sammenlignet med silicasand har chromitsand højere ildfasthed, hvilket kan reducere tendensen til, at støbesand klæber til placeringsområderne. Derudover kan chromitsand accelerere størkningshastigheden af ​​placeringsområderne, hvilket gør det muligt for støbeoverfladen i disse områder at etablere styrke hurtigere, hvilket reducerer tendensen til revnedannelse. Ud fra strukturen af ​​løbeskoen er det tydeligt, at den buedel, der forbinder stiftørerne med kroppen, hindres af sandformen under støbestørkningen, hvilket resulterer i betydelig belastning. Kombineret med den store vægtykkelse i dette område er styrkeetableringen relativt langsom, hvilket gør den tilbøjelig til at revne. Derfor bør chromitsand placeres i dette område for at reducere revnedannelse, som vist i figur 6.

De områder, hvor kuldegysninger er placeret på støbeoverfladen, og de omkringliggende områder oplever betydelige temperaturgradienter under størkningen af ​​metalvæsken, hvilket fører til krympespænding. Især at placere kuldegysninger omkring tykke sektioner af støbegodset genererer betydelige belastninger, som let kan overstige styrken af ​​den flydende metalfilm, hvilket forårsager revnedefekter. Placering af chromitsand med gode varmelagringsegenskaber mellem støbning og kulde kan forhindre revnedannelse. Derfor placeres chromitsand, 10~20 mm tykt, rundt om kuldegysningerne i tykke sektioner af støbningen i procesdesignet til støbning af sporsko.

Forudsigelse af støbeprocess gennemførlighed

Størkningsprocessimuleringsanalyse

Figur 9 illustrerer fordelingen af ​​væskefasen under størkningsprocessen af ​​baneskostøbningen. Figuren viser, at støbningen begynder at størkne fra de nederste og sideområder, hvor der placeres kuldegysninger, gradvist størkner fra bund til top, hvor de tre stigrør størkner sidst. Støbningen opnår samlet sekventiel størkning fra bund til top, uden at der dannes isolerede væskefaseregioner i støbningen under størkningsprocessen. Figur 10 viser fordelingen af ​​krympning og krympningshulrum i støbningen. Det kan ses af figuren, at krympnings- og krympningshulrum er fordelt i portsystemet og stigrørene, uden at der registreres krympning eller svindhulrum i selve støbningen. Derfor har procesdesignet opnået de forventede resultater.

Produktprøveproduktion og defektanalyse

Baseret på støbeprocesdesignet af løbeskoen blev der gennemført et produktforsøg. Stål blev smeltet i en 2-tons mellemfrekvent ovn og hældt ved hjælp af en 3-tons bundstøbeske. Temperaturen af ​​det smeltede stål ved udløbet var 1605°C med en hældetemperatur på ca. 1580°C, og den målte hældetid var 55 til 70 sekunder. Støbningen efter fjernelse fra formen er vist i figur 11. Efter sandrensning og skubblæsning blev der udført en ekstern inspektion efterfulgt af processer som slibning, skubblæsning, magnetisk partikelinspektion, ultralydsinspektion, tæthedsobduktion, penetrantinspektion af obduktion blokke, og ultralydsinspektion af obduktionsblokke.

Ved det udvendige eftersyn blev det konstateret, at der var sandklæbedefekter inde i støbningens nålehuller, og en del af sandet, der klistrede i visse områder, var vanskeligt at håndtere, som vist på figur 12. Årsagen til, at sandet satte sig fast i disse områder var bl.a. sandkernens lille diameter, som gjorde det muligt for det smeltede stål at opvarme sandkernen til en høj temperatur under fyldning og størkning.

Efter obduktion blev det konstateret, at der også var sandklæbefejl i støbningens indvendige hjørner med samme årsag som sandet, der klæber ved stifthullerne. Magnetisk partikelinspektion af obduktionsblokkene afslørede flere revner i de indvendige hjørner, som vist i figur 12. Disse revner blev dannet, fordi dette område udgør et lukket hulrum, og under størkning oplever det spændinger, der overstiger legeringens styrkegrænse på grund af hindring. fra sandkernen, hvilket fører til termisk revnedannelse.

 

Procesoptimering og produktionsverifikation

Chromitsand med høj ildfasthed blev brugt til at eliminere sandklæbningsdefekterne ved stifthullerne, med alle sandkerner ved stifthullerne udelukkende lavet af chromitsand. Hvad angår revnedefekterne ved de indvendige hjørner af støbningen, blev kernesandet på den ene side erstattet med chromitsand for at accelerere størkningshastigheden af ​​overfladedelen af ​​det indre hulrum, hvilket gør det muligt for overfladen af ​​det indre hulrum at etablere styrke hurtigere. På den anden side, under fremstillingsprocessen for sandkernen, blev udluftningsreb og halmreb placeret for at forbedre sammenklappeligheden af ​​sandkernen. Efter procesoptimering blev der udført prøveproduktion, og sandklæbnings- og revnefejlene i støbningen blev løst. Støbningen bestod ekstern inspektion, magnetisk partikelinspektion, ultralydsinspektion, tæthedsobduktion, penetrantinspektion af obduktionsblokke og ultralydsinspektion af obduktionsblokke, som alle opfylder kravene. Efterfølgende blev der foretaget røntgenundersøgelse af obduktionsblokkene, og resultaterne opfyldte de tekniske forhold krav. De færdige afstøbninger og deres obduktionsblokke er vist i figur 13.

 

Opsummer

1. For støbegods med strenge densitetskrav er det muligt at opdele støbningen i forskellige områder. Ved at koordinere placeringen af ​​stigrør og kulde, kan sekventiel størkning opnås i de enkelte regioner, hvorved der opnås sekventiel størkning af hele støbningen. Dette sikrer, at den indvendige tæthed af støbningen opfylder kravene.
2. Når en støbning indeholder lukkede hulrum og områder med spændingskoncentration, kan placering af chromitsand i disse områder reducere sandklæbningsfejl. Ved at bruge chromitsand til at fremskynde størkning i disse områder, er det tilrådeligt at øge sammenklappeligheden af ​​sandkernerne for at reducere eller forhindre støbning i at revne.