Telakengän valuprosessin suunnittelu ja tuotantokäytäntö

Telakenkien valu on kriittinen osa sähköiset lapiot, mikä on 10–15 % laitteiden kokonaispainosta. Kaivoslaitteiden kävelyosana se toimii ankarissa ympäristöissä ja kokee monimutkaisia ​​ja vaihtelevia jännitysolosuhteita, jotka johtavat nopeasti telakengän kulumiseen, muodonmuutokseen ja jopa murtumiin. Suuret laitteet vaihdetaan yleensä ryhmissä korkein vaihtokustannuksin. Tästä syystä tela- kengillä on oltava kattavat suorituskykyominaisuudet, kuten korkea lujuus, kulutuskestävyys, iskunkestävyys ja väsymiskestävyys. Tällä hetkellä telaketjukenkien valumateriaalit sisältävät pääasiassa runsaasti mangaanipitoista terästä, niukkaseosteista terästä jne., ja monet ulkomaiset mallit valitsevat niukkaseosteisen teräksen telakengät.

Vähäseostettu teräs säilyttää kulutuskestävyyden ja tarjoaa paremman yleisen suorituskyvyn kuin korkea mangaaniteräs. Seoselementtien lisääminen niukkaseosteiseen teräkseen vähentää kuitenkin lejeeringin lämmönjohtavuutta. Se laajentaa jähmettymisaluetta, mikä tekee siitä alttiimman synnyttämään merkittävää jännitystä jähmettymisen aikana, mikä johtaa halkeamien muodostumiseen. Qiming Casting on tutkinut niukkaseosteisten telaketjukenkien valuprosessia ja kohdannut koetuotannon aikana ongelmia, kuten halkeamia ja hiekan tarttumista. Vastauksena näihin ongelmiin tämä artikkeli optimoi telaketjukenkien valuprosessin, eliminoi valuvirheet ja tuottaa laadukkaita telaketjukenkien valutuotteita.

Ratakenkien teknisten vaatimusten ja valuprosessin vaikeuksien analyysi

Tekniset vaatimukset

Kemiallinen koostumus

Telakengät on valettu erittäin lujasta niukkaseosteisesta teräksestä ja niillä on hyvä kulutus- ja iskunkestävyys. Tietty materiaali on modifioitu AS-1444-Grade4320:n mukaisesti. Kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1.

Laatuvaatimukset

Telakengän eri rakenneosien käyttöolosuhteiden perusteella se jaetaan kriittisiin ja ei-kriittisiin alueisiin. Kriittisiä alueita ovat kuvan 1 polylinjan ja tapin korvaosien ympäröimät alueet. Koetuotannon aikana valukappaleille on suoritettava kokonaisvaltaiset visuaaliset, mittasuhteet, magneettiset hiukkaset ja ultraäänitarkastukset. Koneistuksen jälkeen tapin reiät on tarkastettava koneistetulla pinnalla. Lämpökäsittelyn jälkeen näytteet on myös leikattava tarvittaessa kuvan 1 mukaisilla dissektoiduilla paikoilla. Dissektion jälkeen leikatuille pinnoille tehdään tunkeutumis-, magneettipartikkeli-, ultraääni- ja radiografiset tarkastukset. Valun pinnan tulee täyttää ASTM A802 visuaalisen tarkastuksen standardien vaatimukset, eikä valupinnassa saa olla hiekkaa tarttuvaa tai oksidoitua pintaa. Ultraäänitarkastus suoritetaan AS2574-2000 – Castechin ultraäänitarkastusstandardien mukaisesti, jossa ensimmäisen tason vaatimukset ovat kriittisiä alueita ja toisen tason vaatimukset ei-kriittisille alueille. Radiografinen tarkastus suoritetaan ASTM E94 – Standard Guide for Radiographic Examination -standardin mukaisesti, ja viat kriittisillä alueilla A, B ja C rajoitetaan alle 2. luokkaan, kun taas D-, E- ja F-virheet eivät ole sallittuja. Ei-kriittisillä alueilla A- ja B-virheiden tulee olla alle 2. luokan, C:n alle 3. luokan ja D-, E- ja F-virheet eivät ole sallittuja. Valujen tiukkojen laatuvaatimusten vuoksi valuprosessille asetetaan korkeat vaatimukset.

Valuprosessin vaikeuksien analyysi

Tuotteen rakenteen ominaisuudet

Telakenkä on kriittinen komponentti sähköisessä lapiossa, kuten kuvassa 2 näkyy. Tämän tuotteen yksittäinen paino on 909 kg, ja sen kokonaismitat ovat 1,400 760 mm x 430 mm x 190 mm. Tuotteen seinämäpaksuus vaihtelee merkittävästi, maksimipaksuus on 40 mm ja vähimmäispaksuus 70 mm, pääpaksuuden ollessa 120 mm - 2 mm. Telakengän kummallakin puolella on kolme tapin reikää, jotka vaativat koneistuksen. Tuotteen kolmiulotteisen grafiikan käyttö mahdollistaa valun sisäisen rakenteen selkeän havainnoinnin. Telakenkä voidaan jakaa useisiin toisistaan ​​riippumattomiin alueisiin, mukaan lukien ketjupyörän keskiosa, kuusinapaiset korvat ja kolmetoista suurta kaaria, jotka yhdistävät tapin korvat runkoon, kuten kuvassa 3. Haastava poikkileikkaus on kuvattu kuvassa XNUMX.

Halkeamien trendianalyysi

Seosten ominaisuudet, äkilliset seinämän paksuuden muutokset ja rajoitettu kutistuminen voivat lisätä valujen taipumusta halkeamien muodostumiseen. Korkean karkenevuuden metalliseosvalut ovat alttiita martensiitin muodostumiselle hitsauksen aikana, mikä tekee halkeamista vaikeasti korjattavissa ja tuottaa jopa tuoteromua. Siksi halkeamien esiintymisen vähentäminen telaketjukenkien valuissa on ratkaiseva osa prosessin suunnittelua. Valurakenteen analyysin mukaan tiedetään, että tapin korvat runkoon yhdistävä kaari on alue, jossa hiekkamuotti todennäköisimmin haittaa valua jähmettymisen aikana. Tällä alueella tapahtuu merkittäviä seinämän paksuusvaihteluita ja se on herkin alue halkeamien muodostumiselle valussa, mikä vaatii erityistä huomiota prosessin suunnittelussa.

Telakengän valuprosessin suunnittelu

Perustuotannon olosuhteet

Prosessi sisältää fenolihartsin hiekkamuovauksen ja ytimen valmistuksen ja metalliseoksen sulatuksen 2 tonnin keskitaajuisessa uunissa. Konevalu on otettu käyttöön, ja ytimet valmistetaan käsin. Hiekkamuotien ja ytimien työpinnoille levitetään alkoholipitoista zirkoniumsilikaattijauhemaalausta.

Jakopinnan valinta

Telakenkä on valmistettu niukkaseosteisesta teräksestä ja sen nestekutistumis- ja jähmettymiskutistumisprosessit vaativat tietyn määrän sulaa terästä kulutukseen, joten sitä on täydennettävä nousuputkien kautta valuun. Telakengän kulutuspinta, hammaspyörän uloke ja tapin korvat ovat kriittisiä alueita, ja ne tulee sijoittaa ensin muotin pohjalle. Samalla suuren tasaisen pinnan sijoittaminen muotin yläosaan helpottaa nousuputkien järjestelyä ja puhdistamista. Sydänrakenteen yksinkertaistamiseksi ja hylsyn poistamisen helpottamiseksi jakolinja on suunniteltu tasolle, jossa tapin reiän keskipiste sijaitsee. Yksinkertaistettu valuprosessikaavio on esitetty kuvassa 4.

Hiekkaytimen muotoilu

Määritetyn jakolinjan perusteella tehdään hiekkaytimen suunnittelu telakenkävalua varten kuvan 5 mukaisesti. Kuuden ulomman tapinreiän hiekkaytimet ovat rakenteeltaan lieriömäisiä, mikä on yksinkertainen ja helppo valmistaa. Sisäontelon hiekkaydin on yleisesti L-muotoinen. Suuri ydinpää on sijoitettu pyrstön kohdalle sijoittamista ja kiinnitystä varten, kun taas sylinterimäinen ydinpää on sijoitettu päähän apuasemointia ja -kiinnitystä varten, mikä estää hiekkaytimien siirtymisen ja kellumisen.

Nousuputki ja jäähdytetty rautarakenne

Telakengän tärkeimmät kuumat kohdat ovat ketjupyörän keskiosa ja tappien korvien liitoskohdat runkoon, yhteensä 7 kappaletta. Vilunväristyksiä asettamalla ketjupyörän ja sen sivujen kuumat kohdat yhdistetään yhdeksi kuumaksi pisteeksi. Vilunväristykset asetetaan neulakorvien alaosaan ja sivuille, jotta kaksi ulompaa kuumapistettä jakavat yhden nousuputken. Siksi valua varten tarvitaan vain 3 nousuputkea, kuten kuvassa 6.

Porttijärjestelmän suunnittelu

Valumuottijärjestelmä on kanava, jonka kautta sula teräs täyttää valumuotin ontelon. Hyvin suunniteltu porttijärjestelmä voi vähentää sulan teräksen nopeutta muottipesään, vähentää turbulenssia, minimoi teräksen hapettumista, parantaa kaatoprosessin tasaisuutta, vähentää huokoisuuden todennäköisyyttä ja lieventää sulan teräksen vaikutusta hiekkamuottiin. , mikä vähentää valuvirheiden riskiä. Telakenkien valun porttijärjestelmä on esitetty kuvassa 7, jossa kunkin komponentin poikkipinta-alasuhteet on määritetty laskelmilla seuraavasti: A Suora: A Poikittaissuuntainen: A Sisäinen = 1:1.12:1.43, muodostaen avoimen kaatojärjestelmän.

Kromihiekkasuunnittelu

Piidioksidihiekkaan verrattuna kromiittihiekalla on korkeampi tulenkestävyys, mikä voi vähentää taipumusta valuhiekan tarttumiseen sijoitusalueille. Lisäksi kromiittihiekka voi kiihdyttää sijoitusalueiden jähmettymisnopeutta, jolloin valupinta näillä alueilla vahvistuu nopeammin, mikä vähentää halkeilua. Telakengän rakenteesta käy ilmi, että valun jähmettymisen aikana hiekkamuotti estää tapin korvat runkoon yhdistävän kaariosan, mikä aiheuttaa merkittävää rasitusta. Yhdessä tämän alueen suuren seinämänpaksuuden kanssa lujuuden muodostuminen on suhteellisen hidasta, mikä tekee siitä alttiin halkeilulle. Siksi kromiittihiekkaa tulisi sijoittaa tälle alueelle halkeamien muodostumisen vähentämiseksi, kuten kuvassa 6.

Alueet, joissa vilunväristykset asetetaan valupinnalle, ja ympäröivät alueet kokevat merkittäviä lämpötilagradientteja metallinesteen jähmettymisen aikana, mikä johtaa kutistumisjännitykseen. Erityisesti kylmyyden asettaminen valukappaleen paksujen osien ympärille synnyttää merkittävää jännitystä, joka voi helposti ylittää metallinestekalvon lujuuden ja aiheuttaa halkeamia. Kromihiekan, jolla on hyvät lämmönvarausominaisuudet, sijoittaminen valun ja jäähdytysten väliin voi estää halkeamien muodostumista. Siksi telakenkien valuprosessissa 10–20 mm paksua kromiittihiekkaa asetetaan kylmien ympärille valun paksuihin osiin.

Valuprosessin toteutettavuuden ennuste

Kiinteytysprosessin simulointianalyysi

Kuva 9 havainnollistaa nestefaasin jakautumista telaketjukengän valun jähmettymisprosessin aikana. Kuvassa näkyy, että valu alkaa jähmettyä alhaalta ja sivuilta, joille vilunväristykset asetetaan, vähitellen alhaalta ylöspäin, kolmen nousuputken jähmettyessä viimeisenä. Valu saa aikaan kokonaisen peräkkäisen jähmettymisen alhaalta ylöspäin ilman, että valun sisään muodostu yksittäisiä nestefaasialueita jähmettymisprosessin aikana. Kuvassa 10 on esitetty kutistumisen ja kutistumien jakautuminen valussa. Kuvasta voidaan nähdä, että kutistuminen ja kutistuvuustyhötet jakautuvat porttijärjestelmään ja nousuputkiin, eikä itse valussa havaita kutistumista tai kutistumisonteloita. Siksi prosessisuunnittelu on saavuttanut odotetut tulokset.

Tuotekoetuotanto ja vikaanalyysi

Telakengän valuprosessisuunnittelun perusteella suoritettiin tuotekoe. Teräs sulatettiin 2 tonnin keskitaajuisessa uunissa ja kaadettiin 3 tonnin pohjakaamalla. Sulan teräksen lämpötila ulostulossa oli 1605°C, kaatolämpötilan ollessa noin 1580°C, ja mitattu kaatoaika oli 55-70 sekuntia. Valu muotista poistamisen jälkeen on esitetty kuvassa 11. Hiekkapuhdistuksen ja ruiskupuhalluksen jälkeen suoritettiin ulkoinen tarkastus, jota seurasi prosessit, kuten hionta, ruiskupuhallus, magneettihiukkasten tarkastus, ultraäänitarkastus, tiheys ruumiinavaus, ruumiinavauksen tunkeutumistarkastus lohkot ja ruumiinavauslohkojen ultraäänitarkastus.

Ulkoisessa tarkastuksessa todettiin, että valun tappien rei'issä oli hiekan tarttumisvirheitä ja osa paikoin tarttuvasta hiekasta oli vaikeasti käsiteltävissä, kuten kuvasta 12 näkyy. Syy hiekan tarttumiseen näille alueille oli hiekkaytimen pieni halkaisija, joka mahdollisti sulan teräksen kuumentamaan hiekkaytimen korkeaan lämpötilaan täytön ja jähmettymisen aikana.

Ruumiinavauksen jälkeen todettiin, että valukappaleen sisäkulmissa oli myös hiekan tarttumisvirheitä, jotka johtuvat samasta syystä kuin hiekka tarttui tapin reikiin. Ruumiinavauskappaleiden magneettihiukkastarkastelu paljasti sisäkulmissa useita halkeamia, kuten kuvassa 12. Nämä halkeamat syntyivät, koska tämä alue muodostaa suljetun ontelon ja jähmettymisen aikana siihen kohdistuu esteen vuoksi seoksen lujuusrajan ylittävä jännitys. hiekkaytimestä, mikä johtaa lämpöhalkeamiseen.

 

Prosessin optimointi ja tuotannon todentaminen

Korkean tulenkestävyyden omaavaa kromiittihiekkaa käytettiin poistamaan hiekan tarttumisvirheet tapinrei'issä, ja kaikki hiekkaytimet tapinrei'issä tehtiin kokonaan kromiittihiekasta. Mitä tulee halkeamiin valun sisäkulmissa, toisaalta ydinhiekka korvattiin kromiittihiekalla sisäontelon pintaosan jähmettymisnopeuden kiihdyttämiseksi, jolloin sisäontelon pinta sai lujuuden. nopeammin. Toisaalta hiekkaytimen valmistusprosessin aikana sijoitettiin tuuletusköysiä ja olkiköysiä parantamaan hiekkaytimen kokoonpuristuvuutta. Prosessin optimoinnin jälkeen suoritettiin koetuotanto ja korjattiin valussa olevat hiekan tarttumis- ja halkeamisvirheet. Valu läpäisi ulkoisen tarkastuksen, magneettihiukkastarkastuksen, ultraäänitarkastuksen, tiheys ruumiinavauksen, ruumiinavauslohkojen penetrantin tarkastuksen ja ruumiinavauslohkojen ultraäänitarkastuksen, jotka kaikki täyttivät vaatimukset. Sen jälkeen ruumiinavauslohkoille tehtiin röntgentutkimus, jonka tulokset täyttivät tekniset olosuhteet. Valmiit valukappaleet ja niiden ruumiinavauslohkot on esitetty kuvassa 13.

 

Yhteenveto

1. Valukappaleissa, joissa on tiukat tiheysvaatimukset, valun jakaminen eri alueisiin on mahdollista. Koordinoimalla nousuputkien ja jäähdytysten sijoittelua voidaan saavuttaa peräkkäinen jähmettyminen yksittäisillä alueilla, jolloin saavutetaan koko valukappaleen peräkkäinen jähmettyminen. Näin varmistetaan, että valukappaleen sisätiheys täyttää vaatimukset.
2. Kun valussa on suljettuja onteloita ja jännityskeskittymiä, kromiittihiekan sijoittaminen näille alueille voi vähentää hiekan tarttumisvirheitä. Käytettäessä kromiittihiekkaa nopeuttamaan jähmettymistä näillä alueilla, on suositeltavaa lisätä hiekkaytimien kokoonpuristuvuutta, jotta valun halkeilu vähenee tai estetään.