Cr20Mn14Si2N
Колосниковая решётка агломерационной машины используется для поддержки высокотемпературного кокса и золошлака после сгорания. Материал должен быть жаростойким и износостойким; марка — Cr20Mn14Si2N. Габаритные размеры отливки: высота 70mm, ширина 40mm, длина 800mm; размер опоки: длина 2200mm, ширина 1200mm и высота 800mm; масса одной литой заготовки составляет 19kg. Требуется полностью использовать пространство опоки; в одной опоке заливают 36 или более деталей. Отливка должна полностью обрабатываться, а на рабочей поверхности не допускаются литейные дефекты. Поэтому, хотя конструкция отливки проста, требования к литейной технологии и производству высокие. Конструкция отливки показана на рисунке 1.
Исходный процесс и состояние производства
Форма производства по исходному процессу
30min
Применяется технология литья по газифицируемым моделям, для формовки используется сборка моделей в опоке, а трещины заполняются влажным покрытием. Размер опоки составляет 2200mm в длину, 1200mm в ширину и 800mm в высоту. В каждой опоке засыпается один кластер отливок, в каждом кластере изготавливается 12 моделей. Схема литниковой системы показана на рисунке 2. Температура заливки 1620℃, вакуум при заливке -0.055MP, вакуум при выдержке давления -0.02MP, время выдержки давления 30min.
Рисунок 2 Кластер моделей, изготовленный по исходному процессу
Особенности исходного процесса и состояние качества отливок
Особенности исходного процесса
В исходном процессе отливка имеет две прибыли. Расплав заливается в отливку через одну прибыль. Прибыль на дальнем конце является холодной, а прибыль в сечении около литникового стояка — горячей. Поскольку расстояние питания прибыли равно трём диаметрам прибыли, эта схема питания нерациональна. Питающее действие дальней холодной прибыли слабое, а средняя часть отливки не может питаться, поскольку расстояние питания превышено.
Из-за относительно большого размера опоки в ней можно разместить больше отливок, что повышает производительность; поэтому нерационально изготавливать кластер из 12 моделей в одной опоке и засыпать только один слой. Пространство опоки используется неэффективно, а производительность слишком низкая.
Состояние качества отливок
Дефекты песчаных и шлаковых включений
Отливки полностью обрабатываются, поэтому требования к качеству высокие. Однако при сборке моделей в опоке прочность участков, заполненных влажным покрытием, недостаточна, а соединение непрочно, что легко приводит к проблемам. Во время заливки эти соединения разрушаются высокотемпературным расплавом, в результате чего возникают шлаковые и песчаные дефекты. Кроме того, при разработке литейной технологии не учитывалось фактическое применение отливки, поэтому рабочая поверхность отливки при заливке была направлена вверх. Поскольку на рабочей поверхности дефекты не допускаются, отливка с включениями шлака и песка браковалась, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 Дефекты шлаковых и песчаных включений после полной обработки
Газовые раковины
На поверхности отливки появляются складчатые поры. По форме дефекта определяется, что поры образуются водяным паром из-за неполной сушки покрытия. Форма дефекта показана на рисунке 4. Из-за особенностей производственного процесса рабочие недостаточно тщательно выполняют сушку и контроль покрытия, поэтому покрытие высушивается не полностью.
Рисунок 4 Схема дефекта газовых раковин
Оптимизация процесса
С учётом проблем фактического производства и причин брака отливок оптимизирован процесс литья колосниковой планки.
Улучшение конструкции литниковой системы и прибылей
60X60mm
Для повышения стабильности процесса изменена конструкция литниковых прибылей: две исходные прибыли перемещены к середине отливки по направлению длины; согласно расчёту расстояния питания, при расстоянии от центра прибыли 260 mm до обоих концов отливки обеспечивается питание. Длина прибыли составляет 300 mm, высота 110 mm, ширина 60 mm; одна прибыль перекрывает три расположенные ниже колосниковые планки. Питатель напрямую соединён с двумя прибылями для обеспечения питания горячих прибылей и повышения эффективности питания, благодаря чему температурное поле отливки становится более рациональным. После оптимизации прямой литниковый стояк имеет размер 60X60mm, литниковый стояк — 60X50mm по высоте, а питатель — 50X40mm по высоте. Кластер моделей имеет три слоя, расстояние между слоями составляет 60mm.
Контроль дефектов шлаковых, песчаных включений и пористости
Рабочая поверхность отливки направлена вниз относительно положения при заливке, чтобы обеспечить её качество. Сборка моделей выполняется вне опоки, чтобы после нанесения покрытия обеспечить герметичность модели и предотвратить дефекты шлаковых и песчаных включений, вызываемые повреждением хрупкого участка покрытия при заполнении стыка. Литниковая чаша выполняется из пеноматериала. При нанесении покрытия литниковую чашу покрывают более тщательно. При формовке с засыпкой вокруг литниковой чаши размещают смоляной песок, чтобы обеспечить её прочность и контролировать соединение литниковой чаши с литниковым стояком.
Что касается газовых раковин, требуется строго контролировать производство, технологию и надзор. Необходимо обеспечить сушку покрытия, чтобы предотвратить его увлажнение. Для предотвращения влияния таких небрежных операций на эффективность литейного производства завод должен обучить рабочих и соответствующий управленческий персонал, закрепить ответственность за конкретными лицами, обеспечить надзор и тщательное выполнение производственных операций.
Повышение производительности
При исходном способе размещения пеномоделей коэффициент использования опоки низкий. В направлении высоты можно разместить ещё два слоя отливок, обеспечив заливку 36 отливок в трёх слоях двух кластеров моделей. С учётом двух указанных решений можно получить усовершенствованный процесс литья колосниковой планки, как показано на рисунке 5.
Рисунок 5 Схема кластера моделей после оптимизации процесса
Производственное применение и результат
После оптимизации процесса производительность увеличилась в 3 раза, а себестоимость также снизилась. При мелкосерийном производстве дефекты шлаковых и песчаных включений в отливках были полностью устранены. В настоящее время уровень брака отливок составляет менее 4%. После обработки дефектов усадочной раковины и пористости не обнаружено; серийное производство выполняется стабильно.
Заключение
(1) Благодаря оптимизации литейного процесса производительность успешно повышена, а себестоимость снижена.
(2) Сборка моделей в опоке позволяет избежать разрушения соединений и попадания песка. Изменение положения отливки при заливке и рациональная оптимизация прибылей делают литейный процесс более стабильным. Завод приступил к массовому производству; практика доказала зрелость процесса.
(3) Литейное производство состоит из множества взаимосвязанных операций; необходимо уделять внимание продвижению всех процессов, чтобы все проблемы решались на предшествующей операции и в итоге производились соответствующие требованиям отливки. Поэтому технический персонал и рабочие должны обладать богатым практическим опытом и серьёзно относиться к работе, обеспечивая упорядоченность каждой операции и эффективную систему ответственности. Только так можно предотвратить брак отливок из-за ненужных элементарных ошибок и избежать снижения эффективности цеха.