トラックシューの鋳造工程設計と製作実践

トラックシューの鋳造は重要なコンポーネントです 電気シャベル、機器の総重量の10％から15％を占めます。鉱山機械の歩行部分として、過酷な環境で動作し、複雑で変動する応力条件にさらされるため、すぐにトラックシューの摩耗、変形、さらには破損につながります。大型機器のトラックシューズは通常、まとめて交換するため、交換コストが高くなります。したがって、トラックシューズには、高強度、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性などの総合的な性能特性が必要です。現在、トラックシューの鋳造材料には主に高マンガン鋼、低合金鋼などが含まれており、海外の多くのモデルは低合金鋼トラックシューを選択しています。

低合金鋼は耐摩耗性を維持しながら、より優れた全体的な性能を提供します。 高マンガン鋼。ただし、低合金鋼に合金元素を添加すると、合金の熱伝導率が低下します。凝固範囲が拡大し、凝固中に大きな応力が発生しやすくなり、亀裂の形成につながります。 Qiming Casting は低合金鋼トラックシューズの鋳造プロセスを研究し、試作中に亀裂や砂の付着などの問題に遭遇しました。これらの問題に対応して、この記事はトラックシューの鋳造プロセスを最適化し、鋳造欠陥を排除し、認定されたトラックシュー鋳造製品を製造します。

トラックシューズの技術要件と鋳造工程の難しさの分析

技術的要件

化学物質・組成の識別

トラックシューズは高強度低合金鋼から鋳造されており、優れた耐摩耗性と耐衝撃性を備えています。特定の材料は AS-1444-Grade4320 に従って変更されています。化学組成を表 1 に示します。

品質要件

トラックシューズのさまざまな構造部品の使用条件に基づいて、重要な領域と非重要な領域に分類されます。クリティカルエリアは、図 1 の折れ線で囲まれた領域と松の耳部分です。試作中に、鋳物は全体的な外観検査、寸法検査、磁粉検査、および超音波検査を受ける必要があります。加工後、ピンホールは加工面の浸透検査を受ける必要があります。熱処理後、必要に応じて、図 1 に示す切断位置で試験片を切断する必要があります。切断後、切断された表面に対して浸透検査、磁性粒子検査、超音波検査、および X 線検査が実行されます。鋳物の表面仕上げは ASTM A802 目視検査基準の要件を満たす必要があり、鋳物の表面には砂の付着や酸化皮膜があってはなりません。超音波検査は、AS2574-2000 – Castech 超音波検査規格に従って実行され、重要な領域には第 94 レベルの要件が、非重要な領域には第 2 レベルの要件が定められています。放射線写真検査は ASTM E2 – 放射線写真検査の標準ガイドに従って実行され、重要領域 A、B、C の欠陥は 3 級未満に制限され、D、E、F の欠陥は認められません。非クリティカル領域では、A および B の欠陥は XNUMX グレード未満、C は XNUMX グレード未満である必要があり、D、E、および F の欠陥は許可されません。鋳造品には厳しい品質要件が求められるため、鋳造プロセスには高い要求が課せられます。

鋳造工程の難しさの分析

製品構造の特徴

図 2 に示すように、履帯は電動ショベルの重要なコンポーネントです。この製品の単体重量は 909 kg、全体の寸法は 1,400 mm x 760 mm x 430 mm です。この製品は肉厚のバリエーションが大きく、最大肉厚は 190 mm、最小肉厚は 40 mm で、主な肉厚は 70 mm から 120 mm の範囲です。トラックシューの両側に 2 つのピン穴があり、加工が必要です。 3次元グラフィックスにより鋳物の内部構造を鮮明に観察できます。図 XNUMX に示すように、トラック シューは、中央のスプロケット ボス、XNUMX つのピン イヤー、ピン イヤーを本体に接続する XNUMX 個の大きな円弧など、相互に独立したいくつかの領域に分割できます。 難しい断面を図に示します。 XNUMX.

亀裂傾向解析

合金の特性、肉厚の突然の変化、および制限された収縮はすべて、鋳物に亀裂が発生する傾向を高める可能性があります。高硬化性合金鋳物は溶接中にマルテンサイトが形成されやすいため、亀裂の修復が困難になり、製品のスクラップが発生することもあります。したがって、トラックシュー鋳物における亀裂の発生を減らすことは、プロセス設計の重要な側面です。鋳造組織の解析によれば、ピン耳と本体を繋ぐ円弧部分が凝固時に砂型の影響を最も受けやすい部分であることがわかっています。この領域は肉厚の変動が大きく、鋳造品に亀裂が最も発生しやすい領域であるため、プロセス設計において特別な注意が必要です。

トラックシューの鋳造工程設計

基本的な製造条件

このプロセスには、フェノール樹脂の砂型を使用して中子を作成し、2トンの中周波炉で合金を溶解することが含まれます。機械成型を採用し、中子は手作業で作られています。アルコール性ケイ酸ジルコニウム粉末コーティングが砂型と中子の作業面に塗布されます。

パーティング面の選択

トラックシューは低合金鋼で作られており、その液体収縮および凝固収縮プロセスでは一定量の溶鋼が消費されるため、ライザーを介して鋳物に補充する必要があります。トラック シューのトレッド面、スプロケット ボス、ピンの耳は重要な領域なので、最初に金型の底に配置する必要があります。同時に、金型の上部に大きな平坦面を配置することで、ライザーの配置と洗浄が容易になります。中子の構造を簡素化し、中子の取り外しを容易にするために、パーティングラインはピンホールの中心が位置する平面上に設計されています。簡略化した鋳造プロセス図を図 4 に示します。

サンドコア設計

決定されたパーティングラインに基づいて、図5に示すように履帯鋳造用の砂中子の設計が行われます。外側のXNUMXつのピン穴の砂中子の構造は単純で製造が容易な円筒形です。内腔の砂中子は全体的にL字型をしています。尾部に大型の中子ヘッドを配置して位置決め固定し、頭部に円筒形の中子ヘッドを配置して補助的な位置決め固定を行い、砂中子のズレや浮きを防止します。

ライザーとチルドアイロンのレイアウト

トラックシューの主なホットスポットは、中央のスプロケットボスとピンイヤーのボディへの接続点で、合計 7 か所です。チルを配置することにより、スプロケット ボスとその側面のホット スポットが 3 つのホット スポットに結合されます。チルはピンイヤーの下部と側面に配置され、外側の 6 つのホット スポットが XNUMX つのライザーを共有できるようにします。したがって、図 XNUMX に示すように、鋳造に必要なライザーは XNUMX つだけです。

ゲートシステム設計

鋳造ゲート システムは、溶鋼が鋳型キャビティを満たす通路です。適切に設計されたゲート システムは、鋳型キャビティに入る溶鋼の速度を低減し、乱流を減少させ、鋼の酸化を最小限に抑え、注入プロセスの滑らかさを改善し、気孔の可能性を減らし、砂型への溶鋼の影響を軽減します。 、それにより鋳造欠陥のリスクが軽減されます。履帯鋳物のゲートシステムを図７に示します。各成分の断面積比は、A ストレート：A トランスバース：A インナー＝ 7 ： 1 ： 1.12 として計算され、オープン注湯システムを構成します。

クロマイトサンドデザイン

クロマイト砂は珪砂に比べて耐火性が高いため、打設箇所への鋳物砂の付着を軽減できます。さらに、クロマイト砂は配置領域の凝固速度を加速し、これらの領域の鋳造表面の強度をより早く確立できるため、亀裂の傾向が軽減されます。トラックシューの構造から、ピン耳とボディを繋ぐ円弧部分が鋳造凝固時に砂型に邪魔され、大きな応力が発生していることが分かります。この領域の壁厚が厚いことと相まって、強度の確立が比較的遅く、亀裂が発生しやすくなります。したがって、図 6 に示すように、亀裂の形成を軽減するために、この領域にクロム鉄砂を配置する必要があります。

鋳造表面の冷やしが加えられる領域とその周囲の領域では、金属液体の凝固中に大きな温度勾配が発生し、収縮応力が発生します。特に、鋳物の厚い部分の周囲にチルを配置すると、大きな応力が発生し、金属液膜の強度を容易に超えて、亀裂欠陥が発生する可能性があります。鋳物とチルの間に蓄熱性に優れたクロマイト砂を入れると亀裂の発生を防ぐことができます。したがって、履帯鋳造のプロセス設計では、鋳物の厚い部分のチルの周囲に厚さ10〜20 mmのクロマイト砂を配置します。

鋳造プロセスの実現可能性予測

凝固過程シミュレーション解析

図 9 は、履帯鋳物の凝固プロセス中の液相の分布を示しています。図は、鋳物がチルが置かれている下部および側面の領域から凝固し始め、下部から上部に向かって徐々に凝固し、最後に 10 つのライザーが凝固することを示しています。鋳物は、凝固プロセス中に鋳物内に孤立した液相領域が形成されることなく、下から上へ全体的に順次凝固を達成します。図 XNUMX は、鋳造品の収縮と収縮ボイドの分布を示しています。この図から、収縮および収縮ボイドがゲート システムおよびライザーに分布しており、鋳物自体の内部には収縮または収縮ボイドが検出されないことがわかります。したがって、プロセス設計は期待どおりの結果を達成しました。

製品試作・不良解析

トラックシューズの鋳造工程設計に基づいて製品試作を実施しました。鋼は2トンの中周波炉で溶解され、3トンの底注湯取鍋を使用して注入されました。出口における溶鋼の温度は 1605°C、注入温度は約 1580°C、測定された注入時間は 55 ～ 70 秒でした。型から取り出した後の鋳造品を図 11 に示します。砂洗浄とショットブラストを行った後、外観検査を実施し、研削、ショットブラスト、磁粉検査、超音波検査、密度解剖、解剖浸透探傷などの工程を実施しました。ブロック、および解剖ブロックの超音波検査。

外観検査の結果、図 12 に示すように、鋳物のピン穴内に砂の付着欠陥があり、一部の部分に砂の付着があり、処理が困難であることが判明しました。この部分に砂が付着した原因は、次のとおりです。砂中子の直径が小さいため、充填および凝固中に溶鋼が砂中子を高温に加熱することができました。

解剖の結果、ピンホールへの砂の付着と同じ原因で、鋳物の内側の隅にも砂の付着欠陥があることが判明しました。剖検ブロックの磁粉検査により、図 12 に示すように、内側の角に複数の亀裂が明らかになりました。これらの亀裂は、この領域が閉じた空洞を構成し、凝固中に障害により合金の強度限界を超える応力を受けるために形成されました。砂中子からの熱亀裂の原因となります。

 

プロセスの最適化と生産検証

ピンホール部の砂固着欠陥を解消するために高耐火性クロマイト砂を使用し、ピンホール部の砂中子はすべてクロマイト砂のみで構成しました。一方、鋳物内部隅部の亀裂欠陥については、中子砂をクロマイト砂に置き換えることにより、内部空洞表面部の凝固速度を促進し、内部空洞表面の強度を確保することができた。もっと早く。一方、砂中子の製造工程では、砂中子の崩壊性を向上させるためにベントロープとストローロープが配置されました。工程の最適化を経て試作を行い、鋳物の砂付着や亀裂欠陥を解消しました。鋳造品は、外観検査、磁粉検査、超音波検査、密度解剖、解剖ブロック浸透検査、解剖ブロック超音波検査に合格し、すべての要件を満たしていました。その後、解剖ブロックに対して X 線検査が実施され、結果は技術的条件の要件を満たしていました。完成した鋳造品とその解剖ブロックを図 13 に示します。

 

まとめる

1. 厳密な密度要件がある鋳物の場合、鋳物を異なる領域に分割することが可能です。ライザーとチルの配置を調整することにより、個々の領域で逐次凝固を達成することができ、それによって鋳物全体の逐次凝固が達成されます。これにより、鋳物の内部密度が要件を満たすことが保証されます。
2. 鋳物に密閉された空洞や応力が集中する領域がある場合、その領域にクロマイト砂を配置すると、砂の付着欠陥を減らすことができます。これらの領域の凝固を促進するためにクロマイト砂を利用し、砂中子の崩壊性を高めて鋳物の亀裂を軽減または防止することをお勧めします。