150 MN鋁型材擠壓機后梁的制造工藝

于洪巖

(天津市天重江天重工有限公司，天津300408)

150 MN鋁型材擠壓機后梁的制造工藝

于洪巖

(天津市天重江天重工有限公司，天津300408)

介紹了150 MN鋁型材擠壓機后梁的制造工藝過程，詳細說明了后梁的技術(shù)要求，并進行了工藝性分析。通過制定合理的工藝方案，成功地生產(chǎn)出符合要求的后梁鑄鋼件。

后梁鑄件；鑄造工藝；冒口

鋁型材因其具有質(zhì)輕、價格低、可回收的特點，廣泛應用于航空航天、船舶艦艇、軌道交通、家電、電子及機械設備、國防軍工等行業(yè)。在目前全球強調(diào)節(jié)能環(huán)保的形勢下，鋁型材的市場需求十分巨大，前景廣闊。新產(chǎn)品、新工藝、新用途鋁型材的不斷出現(xiàn)和產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對鋁型材加工裝備提出了更高的要求。隨著鋁加工工業(yè)的迅速發(fā)展，我國鋁加工裝備的科研、設計和制造也得到了很大的發(fā)展。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國制造鋁型材加工裝備也越來越多。其中，作為基礎構(gòu)件的后梁因為重量超大，技術(shù)質(zhì)量要求高，結(jié)構(gòu)復雜，制作加工難度大等因素，成為生產(chǎn)制作裝備的一道難題擺在廣大鑄造工作者面前。

1 后梁鑄鋼件技術(shù)要求

(1)鑄件按照JB/T 5000.6—2007《重型機械通用技術(shù)條件 鑄鋼件》執(zhí)行。

(2)鑄件的材質(zhì)為ZG270-500，化學成分要求見表1，力學性能要求見表2。

表1 化學成分要求(質(zhì)量分數(shù)，%)

表2 力學性能要求

(3)鑄件尺寸公差要求達到CT14級。

(4)鑄件表面要求光潔、平整，無氧化皮和粘砂。

(5)鑄件無損檢測按照JB/T 5000.14—2007《重型機械通用技術(shù)條件 鑄鋼件無損探傷》執(zhí)行。主要受力部位全部進行超聲檢測，達到3級驗收標準要求。所有的加工面、外圓角處及圖紙上面要求的部位均做磁粉檢測，按照2級驗收標準要求執(zhí)行。

2 鑄造工藝性分析

(1)鑄件重量大，毛重達328 t，一次性澆注鋼水量多。根據(jù)生產(chǎn)實際情況，需一次性組織5爐鋼水，冶煉時間長，澆注風險性極高，危險性極大。

(2)鑄件形狀復雜，鋼水量多，熱量過于集中，對型芯質(zhì)量要求高，造型操作時間長，難度大，型芯容易吸潮，發(fā)酥，進而導致掉涂料皮、掉砂等，影響表面質(zhì)量，產(chǎn)生氣孔、夾砂類鑄造缺陷。

(3)鑄件輪廓尺寸大，高度高，壁厚不均勻，難以形成順序凝固，導致鑄件補縮困難，容易產(chǎn)生縮孔、縮松類鑄造缺陷，難以保證檢測要求。

(4)鑄件為箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部芯子較多，收縮過程中阻力較大，易產(chǎn)生裂紋，而且尺寸不易控制，容易變形。

(5)整個鑄件僅上、下表面開有工藝孔，側(cè)面沒有清砂孔，致使坭芯固定困難，出氣困難，清砂更困難，且容易發(fā)生偏移、飄芯等。

根據(jù)以上分析可知，這件產(chǎn)品鑄造工藝性差，造型操作困難，澆注危險性大，清砂操作困難。據(jù)此，必須采取相關(guān)措施，制定科學合理的鑄造工藝，現(xiàn)場嚴格操控，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

3 鑄造工藝方案設計

(1)澆注位置及分型面的選擇：根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及鑄件特點，以有利于補縮和順序凝固的原則，綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，選取高度3000 mm較厚的一面為鑄造過程中的上分型面。

(2)根據(jù)鑄件的技術(shù)要求和產(chǎn)品的鑄造工藝性分析，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，確定采用地坑組芯造型的鑄造工藝方法，底面、側(cè)面、內(nèi)腔和上面均出坭芯，通過控制摏砂方向，可以有效地保證型芯強度和表面質(zhì)量，同時方便制芯操作對于鑄件表面敷鉻鐵礦砂的要求，更解決了木型制作脫落式樣的制造難度，有利于保證質(zhì)量和提高效率。

(3)造型材料的選擇：根據(jù)以往壓機梁類鑄件的生產(chǎn)經(jīng)驗，底層芯、外皮芯、蓋芯使用石英砂，內(nèi)腔芯考慮到鑄件凝固過程中收縮的需要，選用七零砂作為內(nèi)腔芯子的砂種的工藝，保證芯子在收縮過程中不產(chǎn)生大的阻力，防止產(chǎn)生裂紋等缺陷，所有活面敷鉻鐵礦砂，充分利用鉻鐵礦砂耐火度高、抗燒結(jié)能力強的特點，可以有效防止鑄件產(chǎn)生粘砂類缺陷。所有芯砂均采用吹二氧化碳硬化水玻璃砂的工藝。芯子在使用前均上窯烘干，防止因發(fā)氣量過大而嗆火。為防止反復吹二氧化碳而使型芯砂強度降低，在刮底面、長冒口操作中使用自硬七零砂工藝，芯子外面埋箱使用回用粘土砂，用風錘摏實，防止產(chǎn)生漲箱。

(4)縮尺的確定：綜合考慮決定縮尺選取1.8%。

(5)加工量及工藝補正量：依據(jù)JB/T 5000.6—2007《重型機械通用技術(shù)條件 鑄鋼件》的要求，上面、孔選取30 mm，下面、側(cè)面選取25 mm，考慮到鑄件在收縮過程中阻力較大，特別是在高度方向上收縮受阻，綜合鋼水對于內(nèi)腔芯子的浮力作用，所以在上、下平板內(nèi)側(cè)增減了10 mm，以保證鑄件的尺寸和壁厚要求。

(6)冒口的設置：根據(jù)鑄鋼件冒口設置的基本原則，既要滿足鑄件補縮的要求，又要兼顧型腔排氣，造型、清理操作方便。由于此鑄件熱節(jié)較多、較大，單個熱節(jié)需要的鋼水補縮量較多，不考慮使用一個冒口補縮幾個熱節(jié)，而使用合適的冒口對單個熱節(jié)進行補縮。在開襠口處及油缸口處共設置14個冒口，全部為明保溫冒口，尺寸分別為?700 mm×1400 mm，?1000 mm×1400 mm，1000 mm×1250 mm×1400 mm，可以同時滿足對上平板、立筋等處的補縮。

(7)冷鐵的設置：由于鑄件下平面較厚大，補縮困難，因此在底層芯子中放置厚度為150 mm的明冷鐵，加強底面的激冷作用，得到組織致密的鑄件。

(8)在開襠與孔壁交接處設置收縮筋，并加大交接處的圓角設計，有效地防止熱裂紋的產(chǎn)生。在開襠口之間設置拉筋數(shù)道，防止冷卻過程中或熱處理過程中產(chǎn)生變形，保證尺寸公差要求。

(9)澆注系統(tǒng)設計：鋼液上升速度適宜是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要因素之一，在澆注過程中，應以最適宜的鋼液流量，使其均勻而又迅速地注滿型腔。鋼液上升速度緩慢，則型腔上部表面的涂料、砂子等會因長時間受鋼液的強烈熱輻射作用而脫落，造成鑄件夾砂、結(jié)疤及粘砂類缺陷，嚴重影響鑄件質(zhì)量。因此對于本鑄件來說，鋼水在型腔內(nèi)的上升速度應盡可能快些，根據(jù)設計規(guī)范和以往經(jīng)驗，要求上升速度到達15 mm/s，為達到此澆注速度，經(jīng)計算需要采用8個?110 mm包孔。根據(jù)我廠冶煉澆注實際情況，采用4包鋼水同時澆注加第5包鋼水補澆冒口的方案。澆注系統(tǒng)采用開放式澆注系統(tǒng)，其截面積比例為ΣF包∶ΣF直∶ΣF橫∶ΣF內(nèi)=1∶(1.8～2)∶(1.8～2)∶2，造型時選用合適尺寸的耐火磚管按上述比例制作，由于鑄件高度較高，直水口臥緩沖水口，內(nèi)水口分三層設置，階梯式進入型腔，確保鋼液平穩(wěn)充型。

(10)壓箱鐵重量及澆注方案：根據(jù)計算，本件產(chǎn)品浮力巨大，按1.5倍保險系數(shù)，需放置1000 t壓箱鐵。經(jīng)過反復磋商，確定了鑄鋼件的化學成分范圍，為各包鋼水的冶煉提供了依據(jù)。鑄鋼件采用低溫快澆的方式，澆注溫度控制在1540～1570℃之間，在180 s內(nèi)澆至分型面高度。鋼水量分兩次澆注，第1次4包鋼水同時開澆，上冒口后各包均關(guān)1個包孔，澆至工藝規(guī)定高度，第2次1包鋼水在第1次澆注完畢后1 h左右補點冒口，要求鋼水較鑄件低一個牌號，出鋼溫度1590℃，從專用水口直至冒口澆滿。這樣既可以提高冒口補縮效率，減少抬箱力，又利于生產(chǎn)組織，降低多1包澆鋼的危險性。

(11)使用計算機模擬軟件對鑄件凝固過程進行模擬分析，根據(jù)模擬情況確認，冒口和冷鐵設計合理，沒有發(fā)現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，故可以按照此工藝方案進行生產(chǎn)作業(yè)。

4 現(xiàn)場組織生產(chǎn)

(1)造型地坑的安全檢查：本件產(chǎn)品重量特別大，造型地坑要承受的重量超過1500 t，需要對地坑進行載重量的計算，并做好防水檢查。為生產(chǎn)本件產(chǎn)品，對造型用地坑重做了防水并進行了加固，確保安全生產(chǎn)，做到萬無一失。

(2)對操作者培訓：由于本件產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴格，重量大，芯子多，下芯及固定困難，危險性大容易出安全事故，所以在投產(chǎn)前對造型工人進行了工藝交底，對本件產(chǎn)品的關(guān)鍵性、重要性、復雜性進行宣貫，使操作者思想上認識到位，將操作中的重點、難點及工藝要求進行充分的溝通和交代說明，使所有操作者對各道工序作業(yè)內(nèi)容、要求、標準均明確。

(3)生產(chǎn)過程控制：按要求制作加固硬砂床，制作完成后放1600 t壓箱鐵靜壓24 h，檢查砂床無沉降后刮平地勢，開始組芯造型。在生產(chǎn)過程中，廣大工人與工程技術(shù)人員一起，充分發(fā)揮主觀能動性，創(chuàng)造性地解決了諸如特大型坭芯的制作、固定、出氣設置等難題。生產(chǎn)過程中的每一道工序均有專人明確負責，詳細記錄操作過程，并有專職檢驗人員跟班，確保操作過程的質(zhì)量。經(jīng)過20多天的緊張作業(yè)，鑄型組配完成，具備澆注條件。

(4)澆注前的準備工作：特大型鑄件的澆注是一個系統(tǒng)工程，需要牽涉的過程、流程、配合、部門、人員等特別繁雜，需要精心的組織和周密的安排，才能保證鑄件的澆注成功。這其中最重要的是保證安全，絕對不允許出現(xiàn)重特大安全生產(chǎn)事故，為此，在整個生產(chǎn)過程中，始終把安全生產(chǎn)放在第一位，無論是造型還是冶煉澆注。由于是多包同時澆注，故生產(chǎn)前對所有的設備進行了專項檢查，重點是起重設備和冶煉設備，確保生產(chǎn)過程安全。開專題會討論、現(xiàn)場模擬澆注演練，確定每一個操作細節(jié)，記錄每一個環(huán)節(jié)的操作時間，強化天車與地面指揮人員的配合，突發(fā)性事件的應急預案與處置等等全部完備后，所有的準備工作就緒。

(5)澆注過程：煉鋼廠經(jīng)過10余個小時的緊張奮戰(zhàn)，5包鋼水全部冶煉合格，具備出鋼條件，同時，鑄鋼廠澆鋼前的準備工作也全部就緒，幾包鋼水順序吊至澆注現(xiàn)場對正包孔，隨著澆注總指揮的一聲令下，各包同時打開包孔進行澆注，180 s內(nèi)鋼水平穩(wěn)地上升至分型面，各包關(guān)1孔繼續(xù)澆至工藝規(guī)定高度，1 h后補點冒口至滿，放入高效覆蓋劑，至此鑄件澆注成功。

(6)保溫打箱及割冒口清砂過程：保溫20天后經(jīng)測溫打箱，由于鑄件超重，打箱采用逐步進行的方式，用挖掘機先清除冒口周圍的砂子，露出冒口后趁熱切割，24 h后吊走冒口，先將鑄件周圍砂子打活清走，再清鑄件內(nèi)部的砂子，砂子清凈后，用兩臺天車通過抬梁吊去熱處理。

(7)熱處理及清理過程：鑄件執(zhí)行正火加回火的工藝過程，按要求鑄件敷偶，力學性能試驗結(jié)果合格。由于采取了合理的工藝措施并且表面大量使用鉻鐵礦砂，鑄件表面質(zhì)量良好，無冷隔、裂紋、粘砂等缺陷，碳刨工作量大幅減少，大大縮短了清理工期，減少了后序工作量，降低了勞動強度。

(8)機加工劃線及無損檢測結(jié)果：清理完畢后，轉(zhuǎn)運至機加工車間劃線加工，經(jīng)過細致的劃線，鑄件毛坯各加工面余量均符合工藝設計，滿足加工要求。對圖紙要求部位進行檢測后，鑄件表面和內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)超標缺陷，滿足設計使用要求。

5 結(jié)束語

150 MN鋁型材擠壓機后梁鑄鋼件的成功生產(chǎn)，為后序生產(chǎn)特大型梁類鑄鋼件積累了寶貴經(jīng)驗，提升了技術(shù)設計攻關(guān)、生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)、質(zhì)量把關(guān)等方面人員的能力與水平，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 俞正江.大型壓機橫梁類鑄鋼件的生產(chǎn)[C]. 第十屆中國鑄造協(xié)會年會，2012.

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[3] 孫仁昌，陳秀娟，崔紅偉. 150 MN水壓機活動橫梁的鑄造[J]. 大型鑄鍛件, 2006(4)：24-25.

編輯 杜青泉

Manufacture Process of Back Beam of 150 MN Aluminum Extrusion Machine

Yu Hongyan

This article describes the manufacturr process of back beam of 150 MN aluminum extrusion machine，introduces the technical requirement of back beam in details and analyzes the process. By working out a reasonable process, the steel casting of back beam was manufactured successfully as required.

back beam casting, casting process, feeder

2017—03—27

于洪巖(1982—)，男，工程師，主要從事大型鑄鋼件的技術(shù)、質(zhì)量和管理工作。

TG269

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