高炉受料斗组芯造型工艺的应用

高炉受料斗组芯造型工艺的应用

在我厂的铸造车间，无论重量如何，我厂的大型金元件（重量小于6.5.80吨）都很难铸造。这种铸造传统采用芯冲孔工艺，生产周期长，砂量大，样品制作成本高，往往导致壁厚不平等、裂纹、肿胀、多肉、飞叶、跑火等铸造缺陷。其中,以高炉料斗、受料斗及弯管等件最为典型。本文以高炉受料斗为例介绍“贴皮法”造型工艺的实际应用。1组芯工艺分析高炉受料斗,材质ZG270-500,有多种尺寸规格,铸件重3～8t之间。上下法兰直径一般为1800～2800mm,主体壁厚30～40mm,高度1300～1700mm。因料斗壁厚尺寸小,高度及直径尺寸大,生产较为困难。车间多年来一直采用“组芯”造型工艺,见图1。该工艺有如下特点及不足。(1)采用面砂为水玻璃石英砂,背砂为水玻璃石灰石砂,内外型壁全部组芯形成,组芯完毕再从砂芯外侧分别填废砂舂实,盖箱浇注,工艺如图1。(2)图1中的1#～4#砂芯一般按圆周分为8～12份(等份额视圆周大小而定),这样,上、下两层从内到外共有32～48块砂芯,制芯、组芯工作量大,各块砂芯制作时难免变形,尺寸出现偏差,组对时缝隙增大;在合箱、吊运过程中,砂芯极易发生边角损坏、局部掉砂情况;掉砂、浮砂在组芯完毕后,也难以用风管吸出、去除彻底,部分留在型腔内,最终在铸件上形成砂眼,造成大量补焊。多块砂芯组对缝隙多,难以用石棉绳或芯砂堵严,浇注后导致铸件存在大量的飞边、毛刺,不仅影响铸件在圆周方向的收缩,引发裂纹,且清砂不方便,还增加了打磨、清整工作量。(3)由于内外组芯,外圈砂芯周围需设置外套箱或挡铁,套箱与外圈砂芯之间,内圈砂芯与中央部位的浇注系统之间,均需用废砂舂实,将砂芯背紧;为防止紧实时砂芯移位,内外圈砂芯之间设置了大量铸卡。铸卡定位并不可靠,由于内外圈需同时背紧,手工操作难度大,有时在砂芯背紧过程中就发生了砂芯移位。(4)用组芯造型工艺,舂砂背紧砂芯的工作量也很大,且因为高度大,舂砂操作困难,易在废砂背紧的操作过程中出现紧实度不足、不均的问题,在紧实度不足的部位,砂芯由于受到浇注过程中钢液上升施加的压力(尤其是下层砂芯),往往有个别砂芯发生位移。而内、外层砂芯之间因使用铸卡定位(四柱方形卡),在浇注过程中,原先顶紧的部分铸卡在浇注过程中因砂芯位移而掉落,导致砂芯固定失效,砂芯继续产生平移或翘动,最终导致了铸件局部增厚甚至跑火。跑火严重时导致铸件报废。另外,由于铸型在合箱及浇注过程中发生了局部位移,导致局部壁厚增加,增厚处与未增厚部位尺寸相差大,凝固速度不一致,容易产生热裂纹。(5)用上述组芯工艺生产料斗及类似铸件多年,经常出现以下缺陷:因大量设置铸物卡,铸卡表面与铸件未熔合,影响铸件外观;圆台面多处产生热裂纹;增重、壁厚不均;多处砂眼、大量飞边毛刺;有时还因为跑火严重而报废。因铸件缺陷多,增加了缺陷处理成本,延长了生产时间,也影响了车间的声誉。2“贴皮法”造型工艺特点为解决受料斗的以上铸造缺陷,首先借鉴了传统造型方法之一的“骨架模造型法”的造型特点:骨架木条厚度做成与铸件壁厚相同,空腔部位用刮砂板刮出,利用一件骨架依次制造砂型的外型及内芯,常用于铸造回转体薄壁件,能节约大量模样费。其次,从求定积分的近似值的方法得到启发,用多个小长方形沿曲线放置,当长方形宽度尺寸足够小时,能构成一段或整个圆环。运用以上原理,制作了与铸件等厚的小尺寸长方体(也可是正方体)砂芯,在刮制完外砂型后,将薄砂芯逐层贴壁放入,形成了与铸件等厚的圆台,然后,再在圆台空腔制作内砂胎,合箱时取出“薄皮芯”,形成铸型空腔。经生产验证,得以成功。根据其操作特点,我们取名为“贴皮法”造型。本操作法应用条件是:铸件圆弧半径足够大;弧形部位壁厚相对较薄;铸件体积大或为非规则圆柱体,用常规实样造型及刮板造型法生产困难。“贴皮法“造型运用示意如图2。以高炉受料斗为例,“贴皮法”造型工艺过程如下(所用型、芯面砂为水玻璃石英砂)。(1)将外砂型刮板中轴找正,固定,安放外圈套箱,填砂,按图2刮板分界线逐层刮制外砂型。外砂型刮制完毕,用CO2气吹气硬化充分,各处修光。(2)制作1#芯多块(芯盒按圆周8～12等分制作,做一个);砂芯硬化后,按图纸尺寸划位置线,将1#芯沿外砂型全部摆放在相应位置,各芯彼此贴紧,各个1#砂芯的外圆弧面也贴紧在刮制型腔的内圆弧面上。(3)制作3#砂芯,长250mm～300mm(与受料斗高度方向对应,按圆台母线长度等分数值确定芯盒长度尺寸),宽200mm,砂芯厚度比相应位置铸件壁厚小1mm～2mm。按圆台内表面面积计算所需制作的3#砂芯块数,适当多制作数块。(4)在外刮板砂型型壁上,逐层紧贴该型壁摆放3#芯(沿圆台的母线方向),各块3#芯之间对接部位用压勺刮平,并用制芯面砂将缝隙修补齐整。全部内腔用贴放3#芯的方法形成后,在3#芯内表面(此时已成整圈圆台面)整圈铺上用柴油湿润过的旧报纸。(5)在砂型空腔内(3#芯贴皮整圈下入后形成的空腔)放置内砂胎芯骨架,保证砂胎圆周及底面的面砂层吃砂量在100mm～120mm,然后逐层加砂,舂制2#芯(整体圆台芯)。舂制期间,在2#芯内埋设浇注管道。2#芯面砂用水玻璃石英砂,背砂全部用石灰石砂。内砂胎制作完毕,硬化后,作好与外砂型对应位置的标记,然后将2#芯从型腔中取出,放置一旁。(6)2#芯取出后,再陆续取出所有3#芯及报纸,1#芯仍留在原位,清除干净型腔内所有干砂、浮砂。(7)沿先前所作标记位置线将2#芯再放入型腔,注意找正,保证各处内外砂胎间壁厚均匀。(8)设置浇口杯,合上上砂箱,将各层砂箱间连接紧固,放好压铁,等待浇注。4组芯工艺的推广采用“贴皮法”造型工艺生产高炉受料斗,由于内外砂台在一起制作,尺寸准确,定位可靠,彻底取消了铸物卡定位;因内外砂胎整体、依次成形,砂芯尺寸准确,合箱操作准确、便利;又由于取消了内外圈多层组芯,避免了因组芯工艺导致的壁厚不均、飞边毛刺多、热裂纹等铸造缺陷,铸件的质量明显提高。另外,因为采用一个刮板取代多个芯盒,节约了大量的模型费用,且由于砂芯、铸造飞边等大量减少,造型、合箱及清整工序的工作量也大为降低。目前,该工艺