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.
Tabel 1. Krav til kemisk sammensætning wb/% | ||||||||||
C | Si | Mn | S | P | Mo | Ni | Cu | Al | V | |
Min. | 0.21 | 0.3 | 0.8 | 0 | 0 | 0.4 | 1.4 | 0.03 | 0 | |
Max. | 0.25 | 0.6 | 1.1 | 0.035 | 0.035 | 0.45 | 1.7 | 0.3 | 0.06 | 0.03 |
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
Fyldningsprocessimuleringsanalyse
Figur 8 viser påfyldningsprocessen af baneskostøbningen. Efter 1 sekund efter hældningen begynder det smeltede stål at fylde støbeformens hulrum, med en lille mængde sprøjt, når væsken kommer ind, som vist i figur 8a. Efterfølgende fylder det smeltede metal støbeformens hulrum, startende fra støbningens bundplan. Efter at bundplanet er fyldt, fyldes det smeltede stål gradvist opad i lag, og påfyldningsprocessen forløber glat. Under påfyldningsprocessen kan det ud fra temperaturen ses, at de områder, hvor der placeres kulderystelser, har den laveste temperatur, efterfulgt af støbningens kanter.