Gjutprocessdesign och tillverkningspraxis för bandsko

Gjutning av bandsko är en kritisk komponent i elektriska spadar, som står för 10 % till 15 % av den totala utrustningens vikt. Som den gångande delen av gruvutrustning fungerar den i tuffa miljöer och upplever komplexa och varierande stressförhållanden, vilket snabbt leder till slitage, deformation och till och med brott på bandskon. Stora utrustningsbandskor byts vanligtvis ut i grupper, med höga utbyteskostnader. Därför måste bandskor ha omfattande prestandaegenskaper såsom hög hållfasthet, slitstyrka, slagtålighet och utmattningsbeständighet. För närvarande inkluderar materialen för bandskogjutgods främst högmanganstål, låglegerat stål etc., med många modeller utomlands som väljer bandskor med låglegerat stål.

Låglegerat stål behåller slitstyrkan samtidigt som det ger bättre total prestanda än högt manganstål. Tillsats av legerade element i låglegerat stål minskar emellertid legeringens värmeledningsförmåga. Det utökar stelningsområdet, vilket gör det mer benäget att generera betydande spänningar under stelningen, vilket leder till sprickbildning. Qiming Casting har undersökt gjutningsprocessen för bandskor av låglegerat stål och stött på problem som sprickor och sand som fastnar under provproduktion. Som svar på dessa problem optimerar den här artikeln gjutningsprocessen för bandskor, eliminerar gjutdefekter och producerar kvalificerade bandskogjutningsprodukter.

Analys av tekniska krav på bandskor och svårigheter i gjutningsprocessen

Tekniska krav

Kemisk sammansättning

Bandskorna är gjutna av höghållfast låglegerat stål och har god slitstyrka och slagtålighet. Det specifika materialet är modifierat enligt AS-1444-Grade4320. Den kemiska sammansättningen visas i tabell 1.

Kvalitetskrav

Baserat på användningsförhållandena för olika strukturella delar av bandskon är den uppdelad i kritiska och icke-kritiska områden. De kritiska områdena är de områden som omges av polylinjen i figur 1 och stiftöradelarna. Under provproduktion måste gjutgodset genomgå övergripande visuella, dimensionella, magnetiska partikel- och ultraljudsinspektioner. Efter bearbetning måste stifthålen genomgå penetrantinspektion på den bearbetade ytan. Efter värmebehandling måste proverna även dissekeras efter behov, med de dissekerade platserna som visas i figur 1. Efter dissektion utförs penetrant-, magnetiska partikel-, ultraljuds- och radiografiska inspektioner på de dissekerade ytorna. Ytfinishen på gjutgodset bör uppfylla kraven i ASTM A802 visuella inspektionsstandarder, och gjutytan bör inte ha sandklibbning eller oxidskinn. Ultraljudsinspektion utförs enligt AS2574-2000 – Castechs ultraljudsinspektionsstandarder, med krav på första nivån för kritiska områden och andranivåkrav för icke-kritiska områden. Radiografisk inspektion utförs enligt ASTM E94 – Standardguide för radiografisk undersökning, med defekter i kritiska områden A, B och C begränsade till mindre än 2:a klass, medan defekter i D, E och F inte är tillåtna. I icke-kritiska områden bör defekter i A och B vara mindre än 2:a klass, C mindre än 3:e klass och D, E och F defekter är inte tillåtna. På grund av hårda kvalitetskrav på gjutgods ställs höga krav på gjutningsprocessen.

Analys av gjutprocesssvårigheter

Produktens strukturegenskaper

Bandskon är en kritisk komponent i den elektriska spaden, som visas i figur 2. Den här produktens individuella vikt är 909 kg, med totala dimensioner på 1,400 760 mm x 430 mm x 190 mm. Produkten har betydande variationer i väggtjocklek, med en maximal tjocklek på 40 mm och en minsta tjocklek på 70 mm, med huvudtjockleken från 120 mm till 2 mm. Det finns tre stifthål på varje sida av bandskon, som kräver bearbetning. Att använda produktens tredimensionella grafik möjliggör en tydlig observation av gjutningens inre struktur. Bandskon kan delas in i flera av varandra oberoende regioner, inklusive den centrala kedjehjulsbommen, sexstiftsöron och tretton stora bågar som förbinder stiftöronen med kroppen, som visas i figur 3. Det utmanande tvärsnittet visas i figuren XNUMX.

Spricktendensanalys

Egenskaperna hos legeringar, plötsliga förändringar i väggtjocklek och begränsad krympning kan alla öka tendensen hos gjutgods att utveckla sprickor. Legeringsgjutgods med hög härdbarhet är benägna att bilda martensit under svetsning, vilket gör sprickor svåra att reparera och producerar till och med produktskrot. Därför är det en avgörande aspekt av processdesign att minska förekomsten av sprickor i spårskogjutgods. Enligt analysen av gjutstrukturen är det känt att bågdelen som förbinder stiftöronen med kroppen är det område där gjutningen med största sannolikhet kommer att hindras av sandformen under stelning. Detta område genomgår betydande väggtjockleksvariationer och är det mest mottagliga området för sprickbildning i gjutgodset, vilket kräver särskild uppmärksamhet vid processdesign.

Gjutprocessdesign av bandsko

Grundläggande produktionsvillkor

Processen involverar användning av sandformning av fenolharts och kärntillverkning och smältning av legeringen i en 2-tons medelfrekvent ugn. Maskingjutning antas, med kärnor tillverkade manuellt. En alkoholhaltig zirkoniumsilikatpulverbeläggning appliceras på arbetsytorna på sandformarna och kärnorna.

Val av skiljeyta

Bandskon är gjord av låglegerat stål, och dess vätskekrympnings- och stelningskrympningsprocesser kräver att en viss mängd smält stål förbrukas, och måste därför fyllas på genom stigrör till gjutgodset. Trackskons slitbaneyta, kedjehjulsbov och stiftöron är kritiska områden och bör placeras i botten av formen först. Samtidigt underlättar placeringen av den stora plana ytan i toppen av formen arrangemanget och rengöringen av stigrör. För att förenkla kärnstrukturen och underlätta avlägsnandet av kärnan är avskiljningslinjen utformad i det plan där mitten av stifthålet är placerat. Det förenklade gjutprocessdiagrammet visas i figur 4.

Sand kärna design

Baserat på den fastställda skiljelinjen, utförs sandkärnans design för bandskogjutningen, som visas i figur 5. Sandkärnorna för de sex yttre stifthålen är cylindriska till sin struktur, vilket är enkelt och lätt att tillverka. Den inre hålighetens sandkärna är överlag L-formad. Ett stort kärnhuvud är placerat vid svansen för att ge positionering och fixering, medan ett cylindriskt kärnhuvud är placerat vid huvudet för extra positionering och fixering, vilket förhindrar förskjutning och flytning av sandkärnorna.

Riser och kyljärn layout

De viktigaste hotspotsna på bandskon är den centrala kedjehjulsbommen och anslutningspunkterna för stiftöronen till kroppen, totalt 7 till antalet. Genom att placera frossa, kombineras de heta punkterna på kedjehjulet och dess sidor till en het punkt. Frossa placeras vid den nedre delen och sidorna av stiftöronen för att tillåta två yttre hot spots att dela en stigare. Därför krävs endast 3 stigare för gjutningen, som visas i figur 6.

Gating systemdesign

Gjutportsystemet är den passage genom vilken smält stål fyller gjutformens hålighet. Ett väldesignat grindsystem kan minska hastigheten för smält stål som kommer in i formhåligheten, minska turbulensen, minimera ståloxidation, förbättra gjutningsprocessens jämnhet, minska sannolikheten för porositet och mildra påverkan av smält stål på sandformen , vilket minskar risken för gjutfel. Grindsystemet för bandskogjutningen visas i figur 7, med sektionsareaförhållandena för varje komponent bestämda genom beräkningar enligt följande: A Rak : A Tvärgående : A Inre = 1 : 1.12 : 1.43, vilket utgör ett öppet hällsystem.

Chromite Sand Design

Jämfört med kiseldioxidsand har kromitsand högre eldfasthet, vilket kan minska tendensen att gjutsand fastnar på placeringsområdena. Dessutom kan kromitsand accelerera stelningshastigheten för placeringsområdena, vilket gör det möjligt för gjutytan i dessa områden att etablera styrka snabbare, vilket minskar tendensen till sprickbildning. Av bandskons struktur är det uppenbart att bågdelen som förbinder stiftöronen med kroppen hindras av sandformen under gjutningens stelning, vilket resulterar i betydande påkänningar. I kombination med den stora väggtjockleken i detta område är hållfasthetsbildningen relativt långsam, vilket gör det benäget att spricka. Därför bör kromitsand placeras i detta område för att minska sprickbildning, som visas i figur 6.

De regioner där kylningar placeras på gjutytan och de omgivande områdena upplever betydande temperaturgradienter under stelningen av metallvätskan, vilket leder till krympspänning. Särskilt, att placera kylningar runt tjocka delar av gjutgodset genererar betydande spänningar, som lätt kan överstiga styrkan hos metallvätskefilmen, vilket orsakar sprickdefekter. Att placera kromitsand med goda värmelagringsegenskaper mellan gjutgodset och kyla kan förhindra sprickbildning. Därför placeras kromitsand, 10~20 mm tjock, runt kylan i tjocka sektioner av gjutningen, i processdesignen av gjutning av spårsko.

Förutsägelse av gjutningsprocessens genomförbarhet

Solidifieringsprocesssimuleringsanalys

Figur 9 illustrerar fördelningen av vätskefasen under stelningsprocessen av bandskogjutningen. Figuren visar att gjutgodset börjar stelna från de nedre och sidoområdena där kylor placeras, gradvis stelnar från botten till toppen, med de tre stigarna som stelnar sist. Gjutningen uppnår total sekventiell stelning från botten till toppen, utan att isolerade vätskefasområden bildas i gjutgodset under stelningsprocessen. Figur 10 visar fördelningen av krympning och krympningshålrum i gjutgodset. Det kan ses från figuren att krympnings- och krympningshålrum är fördelade i grindsystemet och stigarrören, utan att några krympnings- eller krymphålrum detekteras i själva gjutgodset. Därför har processdesignen uppnått de förväntade resultaten.

Produktprovproduktion och defektanalys

Baserat på gjutprocessdesignen av bandskon genomfördes ett produktförsök. Stål smältes i en 2-tons medelfrekvent ugn och hälldes med en 3-tons bottengjutskänk. Temperaturen på det smälta stålet vid utloppet var 1605°C, med en gjuttemperatur på ungefär 1580°C, och den uppmätta hälltiden var 55 till 70 sekunder. Gjutningen efter borttagning från formen visas i figur 11. Efter sandrening och kulblästring genomfördes en extern inspektion, följt av processer som slipning, kulblästring, magnetisk partikelinspektion, ultraljudsinspektion, densitetsobduktion, penetrantinspektion av obduktion block, och ultraljudsinspektion av obduktionsblock.

Vid den yttre besiktningen visade det sig att det fanns sandstickningsdefekter inuti gjutgodsets stifthål och en del av sanden som fastnade i vissa områden var svårhanterlig, vilket framgår av figur 12. Orsaken till att sanden fastnade i dessa områden var den lilla diametern på sandkärnan, vilket gjorde att det smälta stålet kunde värma sandkärnan till en hög temperatur under fyllning och stelning.

Efter obduktion visade det sig att det även fanns sandstickningsdefekter i gjutstyckets inre hörn, med samma orsak som sanden som fastnade vid stifthålen. Magnetisk partikelinspektion av obduktionsblocken avslöjade flera sprickor i de inre hörnen, som visas i figur 12. Dessa sprickor bildades eftersom detta område utgör en stängd hålighet och under stelning utsätts den för spänningar som överskrider legeringens hållfasthetsgräns på grund av hinder. från sandkärnan, vilket leder till termisk sprickbildning.

 

Processoptimering och produktionsverifiering

Hög eldfast kromitsand användes för att eliminera sandvidhäftningsdefekterna vid stifthålen, med alla sandkärnor vid stifthålen gjorda helt av kromitsand. När det gäller sprickdefekterna vid de inre hörnen av gjutgodset, ersattes å ena sidan kärnsanden med kromitsand för att påskynda stelningshastigheten för ytdelen av den inre kaviteten, vilket gjorde det möjligt för ytan av den inre kaviteten att etablera styrka snabbare. Å andra sidan, under tillverkningsprocessen för sandkärnorna, placerades ventilationsrep och halmrep för att förbättra hopfällbarheten av sandkärnan. Efter processoptimering genomfördes provproduktion och sandsticknings- och sprickdefekterna i gjutgodset löstes. Gjutningen klarade extern inspektion, magnetisk partikelinspektion, ultraljudsinspektion, densitetsobduktion, penetrantinspektion av obduktionsblock och ultraljudsinspektion av obduktionsblock, alla uppfyller kraven. Därefter genomfördes röntgenundersökning av obduktionsblocken och resultaten uppfyllde de tekniska förutsättningarna. De färdiga gjutningarna och deras obduktionsblock visas i figur 13.

 

Sammanfatta

1. För gjutgods med strikta densitetskrav är det möjligt att dela upp gjutgodset i olika regioner. Genom att koordinera placeringen av stigare och kylningar kan sekventiell stelning uppnås i individuella regioner, och därigenom uppnå sekventiell stelning av hela gjutgodset. Detta säkerställer att den inre densiteten hos gjutgodset uppfyller kraven.
2. När ett gjutgods innehåller slutna kaviteter och områden med spänningskoncentration, kan placering av kromitsand i dessa områden minska sandklibbningsdefekter. Genom att använda kromitsand för att påskynda stelningen i dessa områden, är det tillrådligt att öka hopfällbarheten av sandkärnorna för att minska eller förhindra att gjutning spricker.