回转窑大型铸钢齿轮铸造工艺的设计.pdf

回转窑大型铸钢齿轮铸造工艺的设计 西安文理学院 陕西7 1 0 0 6 5 何斌锋 中煤西安设计工程有限责任公司 陕西7 1 0 0 5 4 陈伟 摘要 以水泥回转 窑大型铸钢 齿轮 为例 介 绍 了利 用计算机技术进行铸造工艺的优化设计 并对铸件 的凝 固过程进行 了模拟 计算 模拟结果表 明 方案一并不能完全消除铸件 中的缺陷 由于铸 件的体 积较 大 在浇注过程 中金属液的温度很 快降 低 导致在铸件 中形成 了铸造缺 陷 为 了消除这种 缺 陷 对 浇注 系统进 行 了保 温 处理 采 用保 温 浇 道 模拟结果显示这种 浇注系统 能有效地保持 浇道 中金属液的温度 从 而为铸件凝 固收缩提供 了足够 的 金 属液 1 概述 水泥 回转窑是水泥熟料 干法和湿法生产线的主 要 设备 在外界动力的驱动下 回转窑体在齿轮的 带动下作 回转运动 一般在 比较大的回转窑上齿轮 的尺寸也是非常大的 对于这种大型的齿轮 通常 是 先采用铸造的方法生 产出齿轮毛坯 然后再对毛 坯 进行加 工 传统的铸造工艺是建立在试错的基础 上 不但难以体现出铸造过程的科学性 而且 由于 试错法的试验周期长 成本高 所以越来越不能与 现 代化生产相适应 计算机模拟技术提供 了一种更 有效的设计浇注系统的方法 这样铸造过程就可以 在 计算机上进行模拟来 实现 既降低了成本 又缩 短 了试验的周期 目前 市场上所有的模拟软件都是建立在对现 有工艺验证的基础上 很难单独利用计算机软件来 进行铸造工艺系统的设计 我们所采用的是 比利时 WT C M铸造 中心研究开发 的V i e w C a s t 铸造模拟软 件 是一款集模拟 设计于一体的软件 该软件能 够 对充型凝 固过程流体流动与传热过程进行耦合模 拟 并且能通过模拟结果进行浇注及补缩 系统的设 计 本文以铸钢 齿轮 为例 说 明了利 用Vi e w Ca s t 软 件来进行铸造 工艺设计的一般过程 2 铸造工艺 设计 图1 所示是该大 型齿轮的三维实体 图 该铸件 直径5 3 0 0 mm 由于铸件 的尺寸较大 所 以将铸件 以 1 1 2 件的形式 来进行铸造 从 图中可以看 出 该 齿轮为轮 辐式 铸件尺 寸较大 可以判断出 如果 没有补缩措施 齿轮 的轮辐和外齿圈交汇处肯 定会 产生铸造缺 陷 因为这些地方是该铸件热节处 为 了不出现这种情况 在每个轮辐和 外齿 圈交汇处分 别设计 一个补缩 冒 口 其直 径为4 4 0 mm 高度为 6 5 0 mm 为了能有效补缩 将这些 冒口设计为保温 冒 口 图1 齿轮三维实体 对于浇注 系统 为 了能使金属液尽快地充入到 铸件 中 选择 了多内浇道进行浇注 内浇道的分布 是在每个轮辐处都有一个内浇道进入铸件 工艺方 案一 的浇注 系统 及其补缩系统如 图2 所示 图2 a 为 齿轮 铸件 的浇 冒 口系统 图2 b 为该铸件 的 网格 划 分 图中红色为铸件及浇冒 口系统部分 绿色为保 温 冒口外部的保温材料 a 浇冒口系统 b 网格 图2 方案一齿轮浇冒口系统 参磊 熟 2 3 3 模拟分析 1 方案一的模拟分析 图3 是方案一的凝固 过程模拟结果 从 图中可以看出铸件总的凝 固所需 要的时 间约 为3 1 3 mi n 也就 是说当凝 固时 间达 到 3 1 3 mi n 时 所有的处于液态的金属将会全部变成固 态 形成铸件 从凝 固过程中可以看出大齿轮的轮 辐处凝固较快 这是 因为这些位 置的尺寸较小 在 整个铸件凝 固过程 中凝 固所需要的时间较短 在凝 固初期这些位置就开始凝固 而且凝固很快 铸件 齿轮先进翩造技术专题 持续凝 固lO O mi n 后齿轮轮辐 基本全部凝 固 只剩 下齿轮轮圈没有凝 固 另外 从 图3 b 中可以看出 所有冒 口的显示颜 色很浅 尤其是 冒口心部 从旁 边颜 色条可以看 出 颜色越浅表明凝 固所需的时间 越长 所以 冒口的凝 固时间最长 这符合铸件凝固 的要 求 从 图3 c 也可以看出 所有的冒 口都能满足 铸件凝固时的补缩需求 但是通过缺 陷预测之后发 现 在 大齿轮 的轮辐处 轮辐 与每个 内浇道交 接 处 都 出现了缺陷 如图3 d 所示 图3 方案一的凝固过程模拟 从方案一的模拟结果可以看出 这套浇注 系统 基本能满足该铸件的铸造 尤其是补缩 系统 均匀 分布 的 冒1 3 都 能按 照设 计思想 来实现其 补缩 的 目 的 但是铸件中还是 出现了缺 陷 从缺 陷出现的位 置可以分析 出 这个部位出现铸造缺陷是由于 内浇 道的补缩能 力不足 但是在实际中不可能将内浇道 设计的很大 而是根据铸件的实际情况来设计的 那 么 增大内浇道的补缩能力就是解决该问题 的关 键所在 为此 我们对该浇注系统进行 了优化 即 增大 内浇道的补缩能力 也就是想办法延长内浇道 的凝 固时间 为此将该浇注 系统中的内浇道改成 了 保温浇道 就是采用耐火材料来形成浇注 系统 以 此来达到对金属液保温的 目的 如 图4 所示是对浇 注系统加上保温材料 后的方案 2 方案二的模拟分析图5 所示是方案二凝 固过程模拟结果 从模拟结果可以看出 铸件基本 的凝固过程都没有发生变化 总的凝固时 间也基本 和方案一相 同 可以看 出浇注 系统加上保温以后对 2 4 参 磊 工 d 缺陷预测 铸件其 他部位的 凝 固影 响不大 只是延 长 了浇注 系统的 凝固时 间 从图5 b 可 以看 出 同样在凝 固 1 O O mi n 的时候 方案二中由于保温材料的加入 使 内浇道凝 固时间延长 从图5 d 中可以看出 加上保 温材料后的浇注系统能为大齿轮轮辐处提供凝固时 所需要 的金属液补 充 因此 凝 固模拟结果显示铸 件 中几乎没有缺陷产生 说明工艺的改进确实是起 到 了优化作用 a 浇冒口系统 b 网格 图4 方案二的齿轮浇冒口系统 I 移 大齿轮铸造工艺研究与生产应用 济钢集团重工机械有限公司 山东济南2 5 0 1 0 1 郭洪涛郭林 摘 要 根据 大齿轮的结构特点 介 绍 了外型 采用水玻璃石英砂 芯子采用水玻璃石灰石砂 以及 关键部位采用铬铁矿砂作造型材料 刮板手工造型 进行合理 的冒口和浇注 系统设计 通过 所给 出的质 量控制措 施 调质热处理 工艺 以及相应 的操作方 法 成功地获得 了表 面质量 良好的大齿轮铸件 铸 中摸索出了大 齿轮的铸造生产技术 成功地铸造出 单重为8 1 3 t 的双幅板结构的大齿轮 结构特点与材质 我公司铸 造的双幅板结构的大齿轮 铸件最大 轮廓尺 寸为 1 9 6 7 mm 7 7 5 mm 铸件单 重为1 3 t 造生产 的齿轮性 能完全满足各项性 能指标要 求 为 结构 如图 1 所示 要求做静平衡试验 不平衡 性在 大型合金钢铸 件的铸造生产提供 了重要 参考 铸 钢大齿轮 在工农业 生产 中应 用很广 尤其 在矿 山机械和减速机行业广泛应用 大齿轮在转动