Литье башмаков гусениц является важнейшим компонентом электрические лопаты, что составляет от 10% до 15% от общего веса оборудования. Являясь шагающей частью горнодобывающей техники, она работает в суровых условиях и испытывает сложные и переменные нагрузки, быстро приводящие к износу, деформации и даже разрушению башмаков гусениц. Башмаки гусениц большого оборудования обычно заменяются группами, что требует высоких затрат на замену. Поэтому гусеничные башмаки должны обладать комплексными эксплуатационными характеристиками, такими как высокая прочность, износостойкость, ударная вязкость и усталостная прочность. В настоящее время материалы для отливок башмаков гусениц в основном включают сталь с высоким содержанием марганца, низколегированную сталь и т. д., причем многие модели за рубежом выбирают башмаки гусениц из низколегированной стали.
Низколегированная сталь сохраняет износостойкость, обеспечивая при этом более высокие общие характеристики, чем сталь с высоким содержанием марганца. Однако добавление легирующих элементов в низколегированную сталь снижает теплопроводность сплава. Он расширяет диапазон затвердевания, делая его более склонным к созданию значительных напряжений во время затвердевания, что приводит к образованию трещин. Компания Qiming Casting исследовала процесс литья башмаков гусениц из низколегированной стали и столкнулась с такими проблемами, как трещины и налипание песка во время пробного производства. В ответ на эти проблемы в данной статье оптимизируется процесс литья башмаков гусениц, устраняются дефекты литья и производится качественная продукция отливки башмаков гусениц.
Анализ технических требований к башмакам гусениц и сложностей в процессе литья
Технические требования
Химический состав
Башмаки гусениц отлиты из высокопрочной низколегированной стали и обладают хорошей износостойкостью и ударопрочностью. Конкретный материал модифицирован в соответствии с AS-1444-Grade4320. Химический состав приведен в таблице 1.
Таблица 1. Требуемый химический состав, мас.% | ||||||||||
C | Si | Mn | S | P | Mo | Ni | Cu | Al | V | |
Минимум | 0.21 | 0.3 | 0.8 | 0 | 0 | 0.4 | 1.4 | 0.03 | 0 | |
Максимум | 0.25 | 0.6 | 1.1 | 0.035 | 0.035 | 0.45 | 1.7 | 0.3 | 0.06 | 0.03 |
Требования к качеству
В зависимости от условий эксплуатации различных конструктивных частей башмака гусеницы подразделяется на критические и некритические зоны. Критическими областями являются области, ограниченные ломаной линией на рисунке 1, и части ушка штифта. В ходе пробного производства отливки должны подвергаться общему визуальному, размерному, магнитопорошковому и ультразвуковому контролю. После механической обработки отверстия под штифты должны пройти капиллярный контроль на обработанной поверхности. После термообработки образцы также необходимо рассекать по мере необходимости, места рассечений показаны на рисунке 1. После рассечения на рассеченных поверхностях проводятся проникающий, магнитопорошковый, ультразвуковой и радиографический контроль. Обработка поверхности отливки должна соответствовать требованиям стандартов визуального контроля ASTM A802, а поверхность отливки не должна иметь налипания песка или оксидной пленки. Ультразвуковой контроль проводится в соответствии со стандартами ультразвукового контроля AS2574-2000 – Castech, с требованиями первого уровня для критических областей и требованиями второго уровня для некритических областей. Радиографический контроль проводится в соответствии с ASTM E94 – Стандартным руководством по радиографическому исследованию, при этом дефекты в критических зонах A, B и C ограничиваются уровнем ниже 2-го класса, а дефекты в D, E и F не допускаются. В некритических областях дефекты А и В должны быть ниже 2-го класса, С - ниже 3-го класса, а дефекты D, E и F не допускаются. В связи с жесткими требованиями к качеству отливок, к процессу литья предъявляются высокие требования.
Анализ сложностей процесса литья
Характеристики структуры продукта
Башмак гусеницы является важным компонентом электрического экскаватора, как показано на рисунке 2. Отдельный вес этого продукта составляет 909 кг, габаритные размеры 1,400 мм х 760 мм х 430 мм. Изделие имеет значительные различия по толщине стенок: максимальная толщина 190 мм и минимальная толщина 40 мм, основная толщина варьируется от 70 мм до 120 мм. На каждой стороне башмака гусеницы имеется по три отверстия для штифтов, которые требуют механической обработки. Использование трехмерной графики продукта позволяет четко наблюдать внутреннюю структуру отливки. Башмак гусеницы можно разделить на несколько взаимно независимых областей, включая центральную бобышку звездочки, шестипальцевые проушины и тринадцать больших дуг, соединяющих штифтовые проушины с корпусом, как показано на рисунке 2. Сложное поперечное сечение показано на рисунке. 3.
Анализ тенденции к образованию трещин
Характеристики сплавов, резкие изменения толщины стенок и ограниченная усадка могут повысить склонность отливок к образованию трещин. Отливки из сплавов с высокой прокаливаемостью склонны к образованию мартенсита во время сварки, что затрудняет ремонт трещин и даже приводит к образованию лома продукции. Поэтому уменьшение возникновения трещин в отливках башмаков гусениц является важнейшим аспектом проектирования процесса. По результатам анализа конструкции отливки известно, что дуговая часть, соединяющая ушки штифта с корпусом, является зоной, где отливка с наибольшей вероятностью будет затруднена песчаной формой во время затвердевания. Эта область подвержена значительным изменениям толщины стенок и является наиболее подверженной образованию трещин в отливке, что требует особого внимания при проектировании процесса.
Проектирование процесса литья башмаков гусениц
Основные условия производства
Процесс включает в себя формование песка из фенольной смолы, изготовление стержня и плавку сплава в 2-тонной среднечастотной печи. Применяется машинное формование, стержни изготавливаются вручную. На рабочие поверхности песчаных форм и стержней наносится спиртовое порошковое покрытие из силиката циркония.
Выбор поверхности разъема
Башмак гусеницы изготовлен из низколегированной стали, а процессы жидкостной усадки и усадки при затвердевании требуют расхода определенного количества расплавленной стали, поэтому ее необходимо пополнять через стояки к отливке. Поверхность протектора башмака гусеницы, бобышка звездочки и ушки штифта являются критически важными областями, и их следует сначала разместить на дне формы. В то же время размещение большой плоской поверхности в верхней части формы облегчает размещение и очистку стояков. Чтобы упростить конструкцию сердечника и облегчить удаление сердечника, линия разъема располагается в плоскости, где расположен центр отверстия для штифта. Упрощенная схема процесса литья представлена на рисунке 4.
Конструкция песчаного сердечника
На основе определенной линии разъема выполняется проектирование песчаных стержней для отливки башмаков гусеницы, как показано на рисунке 5. Песчаные стержни для шести внешних отверстий под штифты имеют цилиндрическую структуру, которую легко изготовить. Песчаный сердечник внутренней полости имеет в целом L-образную форму. Большая керновая головка расположена в хвостовой части для обеспечения позиционирования и фиксации, а цилиндрическая керновая головка расположена в головной части для вспомогательного позиционирования и фиксации, тем самым предотвращая смещение и плавание песчаных кернов.
Схема стояка и охлаждаемого утюга
Основными «горячими точками» башмака гусеницы являются центральная бобышка звездочки и точки соединения проушин с корпусом, всего 7 штук. При размещении холодов горячие точки на бобышке звездочки и ее боках объединяются в одну горячую точку. Охлаждающие устройства размещены в нижней части и по бокам ушек штифта, чтобы позволить двум внешним горячим точкам использовать один стояк. Поэтому для отливки потребуется всего 3 стояка, как показано на рисунке 6.
Проектирование литниковой системы
Литейная литниковая система представляет собой проход, через который расплавленная сталь заполняет полость литейной формы. Хорошо спроектированная литниковая система может снизить скорость попадания расплавленной стали в полость формы, уменьшить турбулентность, минимизировать окисление стали, улучшить плавность процесса разливки, уменьшить вероятность пористости и смягчить воздействие расплавленной стали на песчаную форму. , тем самым снижая риск возникновения дефектов отливки. Система литников для отливки башмаков гусениц показана на рисунке 7, при этом соотношения площадей поперечного сечения каждого компонента определяются путем расчетов следующим образом: A Прямой: A Поперечный: A Внутренний = 1: 1.12: 1.43, что представляет собой открытую систему заливки.
Хромитовый песок Дизайн
По сравнению с кварцевым песком, хромитовый песок имеет более высокую огнеупорность, что позволяет снизить склонность к прилипанию литейного песка к местам укладки. Кроме того, хромитовый песок может ускорить скорость затвердевания областей размещения, позволяя поверхности отливки в этих областях быстрее набирать прочность, тем самым уменьшая склонность к растрескиванию. Из конструкции башмака гусеницы видно, что дуговая часть, соединяющая проушины пальца с корпусом, во время затвердевания отливки блокируется песчаной формой, что приводит к значительному напряжению. В сочетании с большой толщиной стенок в этой области набор прочности происходит относительно медленно, что делает их склонными к растрескиванию. Поэтому в эту область следует поместить хромитовый песок, чтобы уменьшить образование трещин, как показано на рисунке 6.
Области, где на поверхности отливки размещаются кристаллы, и прилегающие области испытывают значительные температурные градиенты во время затвердевания металлической жидкости, что приводит к усадочному напряжению. В частности, размещение кристаллов вокруг толстых участков отливки создает значительные напряжения, которые могут легко превысить прочность пленки жидкой металлической пленки, вызывая появление трещин. Размещение хромитового песка с хорошими теплоаккумулирующими свойствами между отливкой и кристаллизатором может предотвратить образование трещин. Поэтому при проектировании процесса отливки башмаков гусениц вокруг кристаллов в толстых участках отливки укладывают хромитовый песок толщиной 10-20 мм.
Прогнозирование осуществимости процесса литья
Анализ моделирования процесса наполнения
На рис. 8 показан процесс заливки отливки башмаков гусениц. Через 1 секунду после заливки расплавленная сталь начинает заполнять полость литейной формы, при этом при входе жидкости происходит небольшое разбрызгивание, как показано на рисунке 8а. В дальнейшем расплавленный металл заполняет полость литейной формы, начиная с нижней плоскости отливки. После заполнения нижней плоскости расплавленная сталь постепенно послойно заливается вверх, и процесс заливки протекает плавно. В процессе заливки по температуре можно наблюдать, что наименьшую температуру имеют участки, где размещены кокили, за которыми следуют края отливки.