В статье рассматриваются маховик и стол массой 65 тонн, используемые в высокоскоростном прессе. Для решения трудностей производства таких высококачественных экспортных отливок был принят ряд технологических мер. За счёт рационального проектирования шлакоуловителя, снижения плотности белой модели, повышения её целостности, увеличения прочности покрытия для сопротивления размыву расплавом чугуна, добавления теплоизолированной прибыли, установки наружного холодильника, корректировки состава расплава чугуна и других мер удалось избежать соответствующих дефектов. Химический состав отливок, механические свойства и качество продукции полностью соответствуют техническим требованиям; это признано зарубежными заказчиками и также даёт ценный опыт для будущего производства таких отливок по технологии литья по газифицируемым моделям.
Описание отливок и технические требования
Маховик является деталью высокоскоростного пресса, предназначенной для накопления энергии и уравновешивания нагрузки. Максимальный наружный диаметр ø 820mm, толщина наружного кольца 210mm, толщина средней спицы 140mm, масса детали 620Kg. Белая модель вырезается вручную; заготовка отливки полностью обрабатывается, на обрабатываемой поверхности не допускаются явные литейные дефекты, динамический дисбаланс должен быть менее 50g.
750mmX350mmX140mm
Стол — устройство, используемое для прессования на высокоскоростном прессе. Максимальные габаритные размеры составляют 750mmX350mmX140mm, фактическая масса — 415Kg. Заготовка отливки должна быть полностью обработана; на большой плоскости выполняется обработка стягивающей канавки глубиной 20mm.
Материал обеих отливок — HT300; это крупные толстостенные отливки из высококачественного серого чугуна и важные детали пресса. Нагрузка велика, а при непрерывной работе требуется плотная внутренняя структура; отливки необходимо разрезать для контроля, при этом не допускаются усадка и пористость. Масса и объём отливок велики, требования к качеству высоки. Их трудно изготовлять литьём по газифицируемым моделям. В белой, жёлтой и чёрной зонах необходимо преодолеть множество проблем.
Схема технологического процесса литья
Конструкция прибыли отливки показана на рисунке 1. Операция установки холодильника и кольца прибыли показана на рисунке 2.
Рисунок 1 Конструкция прибыли отливки
Рисунок 2 Операция установки холодильника и кольца прибыли
Проектирование шлакоуловителя
Обе отливки имеют большие размеры и высоту; для обеих применяется ступенчатая литниковая система, обеспечивающая быстрое заполнение отливок, равномерное охлаждение и предотвращение локального перегрева из-за концентрации тепла.
Размеры литниковой системы маховика: прямой литниковый стояк: 1100×40×40mm; поперечный шлакоуловитель: 800×40×40mm; питатель: 15×50×60mm(h) ×2.
Размеры литниковой системы стола: литниковый стояк: 1000×40×40; поперечный канал:
300×40×40; питатель: 15×50×60(h)×4. (Примечание: используется открытая прибыль, высота прямого литникового стояка и литниковой чаши должна быть выровнена по высоте прибыли.)
Проектирование прибыли
Жидкий чугун имеет большую склонность к усадке, а успешность питания является важным фактором обеспечения плотности структуры, поэтому используется открытая прибыль. С другой стороны, прибыль из чугуна трудно очищать, поэтому площадь контакта необходимо контролировать. В противном случае даже при успешном питании её будет трудно удалить.
Прибыль для серого чугуна рассчитывают как 15%~20% фактической массы отливки. Диаметр по эмпирическому значению D равен 1.5 толщины теплового узла или диаметру вписанной окружности. Для этих двух отливок конструкция шейки прибыли особенно важна, поскольку связана с эффективностью питания и последующими затратами на очистку. Точка контакта шейки прибыли с отливкой имеет ширину 60mm и длину 300mm. Высота перехода составляет 70mm. Если в переходе имеется прямой угол, его необходимо скруглить.
Отливка маховика и стола
Белая модель
Для обеспечения общих размеров отливки и прочности белой модели, а также снижения газо- и углеотложения выбирают белую модель, вырезанную из пенополистироловой плиты плотностью 19g/L; усадка составляет 1%, припуск на обработку — 8mm.
При изготовлении моделей и литникового стояка необходимо учитывать целостность пены. При плохой целостности между вырезанными гранулами пены образуется зазор, вызывающий проникновение покрытия; при обработке появляются шлаковые дефекты. На участки модели с большими зазорами между гранулами пены наносят ремонтную пасту. Для больших площадей следует рассмотреть наклеивание газетной бумаги. Особенно это важно для шлакоуловителя: из-за высокой скорости потока расплава чугуна при плохой целостности белой модели покрытие сильно размывается, поэтому участок необходимо обработать.
Кроме того, прямые углы всех литниковых систем и моделей следует зашлифовать до скруглений. В прямых углах возникают напряжения, покрытие наносится плохо, его слой тонкий, а прочность низкая. При заливке это место легко растрескивается, поэтому велика склонность к разрушению опоки и пригару.
Литниковую систему белой модели соединяют горячим клеем; при минимальном количестве клея соединение должно быть прочным, стыковые швы не допускаются, чтобы покрытие не проникало внутрь и не вызывало шлаковых включений.
Покрытие
Эти две отливки имеют длительное время заливки, а внутренние стенки покрытия литниковой системы подвергаются сильному размыву. Покрытие должно обладать достаточной прочностью при высокой температуре. При движении расплава чугуна по шлакоуловителю часть покрытия на внутренней стенке отслаивается, вызывая дефекты покрытия на обрабатываемой поверхности.
Газопроницаемость покрытия также является важным показателем, влияющим на качество отливки и заливки. При хорошей газопроницаемости газы, образующиеся при сгорании пены, своевременно удаляются из полости, заливка проходит плавно, а сопротивление потоку расплава чугуна невелико. Чёрный дым и маслянистые вещества, образующиеся при сгорании пены, через покрытие адсорбируются наружу.
В итоге покрытие готовит компания Ruiou. Для повышения высокотемпературной прочности и газопроницаемости в покрытие добавляют 3% силика-золя и 15% кварцевого порошка фракции 100 mesh. Покрытие обладает хорошей прочностью при низкой и высокой температуре, газопроницаемостью, стойкостью к пригару, экологичностью и другими преимуществами, полностью удовлетворяя производственным требованиям.
Поскольку отливка крупная, покрытие наносят трижды; общая толщина составляет около 2mm. Температура сушильной камеры — 52~56℃, влажность — менее 20. Первая и вторая сушка продолжаются не менее 8h, третья — более 12h, чтобы обеспечить высыхание покрытия. В процессе сушки необходимо избегать ударов и учитывать деформацию: маховик размещают горизонтально, а длинный стол — на боку или вертикально.
Формование
Максимальные габариты отливки составляют ø820 ×210mm по толщине, поэтому выбирают опоку 1200×1200×1400mm, чтобы обеспечить необходимое количество песка и качество отливки. Используется песок из гранул фракции 20/40, обладающий хорошей газопроницаемостью, высокой огнеупорностью и хорошей текучестью.
Эти две отливки имеют простую конструкцию; песок послойно засыпают и вибрируют. Толстостенный серый чугун высокого качества имеет большую склонность к усадке и рыхлости. Для устранения усадки и обеспечения одновременного затвердевания в средней и верхней части отливки при формовании в опоке устанавливают наружный холодильник. Холодильник должен быть сухим и без ржавчины, а его толщина должна составлять 2/3 толщины стенки теплового узла.
Чтобы холодильник не сместился при вибрации, песок разделяют и устанавливают холодильник после уплотнения слоя песка. При засыпке песка до основания прибыли устанавливают железное кольцо; его диаметр на 100mm больше диаметра прибыли. Пространство между железным кольцом и прибылью заполняют теплоизоляционным материалом, приготовленным заранее. Для смеси используют золу с добавлением 5% бентонита натрия и 15% жидкого стекла; после уплотнения прочность формируют продувкой углекислым газом. Плотность материала обеспечивают добавлением холодильника и теплоизолированной прибыли. Затем накрывают плёнкой, засыпают песком и выполняют заливку.
Плавка и заливка
75SiFe
Для обеспечения материала и механических свойств расплава чугуна марки HT300 выбирают пониженный углеродный эквивалент. Подробный расчётный состав приведён в таблице 1. Для модифицирования используется 75SiFe: 0.6% в желобе выпуска чугуна и 0.1% при поточном модифицировании во время заливки. Температура перегрева составляет 1480~1490℃, температура заливки — 1420~1430℃.
Таблица 1 Требования к химическому составу отливок
| Наименование элемента | Si | Mn | |||
| Содержание（% |
Во время заливки поток не должен прерываться. После того как небольшой поток расплава открыл литниковый стояк, выполняют стабильную и быструю заливку, обеспечивая быстрое заполнение. После поступления расплава чугуна в шлакоуловитель немедленно пробивают прибыль резаком и открывают канал выпуска газов. Через 20 секунд после заливки в прибыль добавляют жидкий чугун. Прибыль покрывают теплоизоляционным составом и закрывают алюмосиликатной плитой.
Опрокидывание и очистка
Фотографии отливок после опрокидывания и очистки показаны на рисунках 3 и 4.
Рисунок 3 Фотографии отливок после опрокидывания
Рисунок 4 Фотография дробемётной очистки отливки
Заключение
После механической обработки отливок на обрабатываемой поверхности дефектов нет; после разрезания во внутренней полости также не обнаружено дефектов, таких как усадочная пористость и загрязнения, обе отливки успешно изготовлены.
Комплексная оценка успешности или неудачи технологии литья по газифицируемым моделям никогда не бывает простой. Требования к отливке, технология, материал отливки, действия персонала, материалы, окружающая среда, опыт и другие факторы влияют на качество отливки, причём все этапы взаимосвязаны. Только тщательно освоив содержание всех этапов литья по газифицируемым моделям можно получать годные отливки. Дефект на любом этапе приведёт к проблемам с качеством.