铸造基本工艺设计优化.docx

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铸造基本工艺设计优化

铸造工艺设计模拟优化CASTsoft在核屏蔽箱体铸钢件生产应用

乐山市沙湾长兴铸钢有限责任企业（614900）罗建君

北京北方恒利科技发展（100089）宋彬

摘要：

本文介绍北京北方恒利科技开发铸造工艺设计及模拟优化CASTsoftCAD/CAE在核屏敝箱体铸钢件工艺设计及优化方面应用，同时介绍了水玻璃七0砂型（石灰石水玻璃砂型）在核屏敝箱体铸钢件上应用；证实了用优异科学技术，合理铸造工艺，控制生产关健步骤，采取铬铁矿砂作坭芯面砂能生产出要求较高探伤核屏敝铸钢件。

关键词：

铸造工艺设计CASTsoft铸造工艺模拟 浇注温度 工艺优化核屏蔽铸钢件水玻璃七0砂型漂珠保温冒口套

ThecastingprocesssimulationandoptimizationCASTsoftinthenuclearshieldingboxofsteelcastingproductionapplications

LeshanCity,SandyBay,ChangxingCastSteelCo.,Ltd.（614900）LuoJianjun

BeijingNorthFanghengLiTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.（100089）SongBin

Abstract：

ThisarticledescribesthecastingprocessdesignandsimulationandoptimizationofBeijingNorththeHengliTechnologyCo.,Ltd.developedCASTsoftCAD/CAEinthedesignandoptimizationofthenuclearshieldingboxforSteelCasting,alsointroducedwaterglass70sand（limestonewaterglasssand）onthenuclearshieldingboxsteelcastings;provedthatadvancedscienceandtechnology,castingprocess,productionofkeyaspectsoftheuseofchromitesandCementcoresurfacesandcanproducehigherflawnuclearshieldingsteelcastings.

Keywords:

CastingProcessDesignCASTsoftCastingprocesssimulationPouringtemperatureProcessoptimizationNuclearshieldingofsteelcastingsFloatingBeadsriser

一、序言

现在，在川内多数铸造企业采取传统水玻璃七0砂型（石灰石水玻璃砂型）工艺进行铸件生产。

传统铸造工艺要生产出技术要求比较高探伤产品很不轻易，常常出现探伤不合格甚至报废。

在铸件结构较为简单和铸造类似铸件时，经验可能起到一定作用；在浇铸大型、复杂铸件且无相关经验时，只能经过反复工艺试验来确定工艺；只有对模具进行改善改变传统车板及框架结构，把木模做成实样模具。

型腔表面必需用风枪打紧使砂型致密紧实，采取铬铁矿砂作坭芯面砂改善水玻璃砂型缩沉和砂型膨胀，提升铸件质量，满足实际铸件生产需要。

在10月份我企业受用户要求生产一批核屏敝箱体铸钢件，在生产过程中利用了优异生产技术及铸造工艺模拟和铸造过程严格控制，生产一次性成功，铸件表面光洁度和内部质量达成用户要求。

二、技术要求

此产品技术要求比较高,产品用于放射性核屏蔽。

1、铸钢件在浇注前要通知用户进行现场见证；每件铸钢件应自带本体试块，铸钢件应退火处理。

2、按熔炼炉次分别提供化学成份分析汇报，每炉铸钢件最少进行一次机械性能（密度检测、拉力、冲击等）试验和密度检测,并提供力学性能和密度检测汇报。

汇报内容除应满足相关要求外,还应注明炉批号所对应零件图号、名称和数量。

3、铸钢件比重检测要确保铸钢件最微弱区域密度比重不低于7.5g/cm³。

4、铸件加工后，铸件内部缺点和近表面应按GB/T7233进行超声波探伤进行缺点检验,II级合格,并出具超声波探伤汇报。

5、铸件加工后，业主对产品进行射线探伤检测。

三、箱体工艺设计和生产准备

1、生产前准备：

木模实样，坭芯实样,中箱抽芯实样，六个补助实样配套，浇注系统全用耐火管砖，直浇道为Φ120耐火管，横浇道为Φ80耐火管，内浇道为Φ60耐火管四道从四个冒口下补助处引入。

中箱坭芯表面铬矿砂,坭芯大平面用30厚铬铁矿砂；带本体试块和密度试块尺寸厚110x110x210制作。

2、收缩：

2.0%。

3、毛坯重：

1kg，浇冒口重：

10500kg。

4、分体造型，浇注1530℃快速浇注，浇注时间60秒。

5、压铁38吨，保温：

80小时，热割保温。

采取北京北方恒利科技发展开发铸造工艺设计及工艺模拟CAStsoftCAD/CAE技术对铸件毛坯模数、工艺热节计算、浇冒系统计算、浇注过程计算、凝固过程计算、保温时间（开箱时间），对铸件毛坯进行工艺缺点进行分析，依据分析结果对工艺进行改善。

经过七0砂型重力铸造12吨箱体铸钢件，材质为ZG275-485H箱体，七0砂型铸件工艺进行模拟后；在原工艺下方两直角边共加四排覆砂冷铁,原工艺图保温冒口套大小及高度不变,采取乐山市市中区建茂保温材料经营部漂珠保温冒口套，确保冒口保温性能。

（铸造工艺设计模拟及优化情况，图1--图6）

图1铸造工艺装配图图2铸造工艺剖分效果图（1000万网格）

图3铸件毛坯凝固过程状态图图4铸件毛坯凝固过程温度状态图

图5铸件缺点位置CT图图6铸件缺点位置解剖图

四、箱体生产质量关键工序控制

1、型砂配置：

七0砂100%、白泥1.5-2%、白渣1.2-1.5%、水玻璃8-10%。

2、木模制作：

模型按铸造工艺、木模制作规程制作，模型要求结构合理、尺寸正确、外表光滑。

3、造型：

造型按铸造工艺及造型技术操作规程制作，造型前检验模型，在模型上划出浇口、试样、铸号等位置：

铬矿砂厚度通常不超出30毫米厚度过厚造成浪费,表面贴砂操作困难只有用实样模具才好贴砂冲紧,要注意紧实度。

要求砂型含有足够紧实度；排气要保持通畅，浇注时全部引气处引明火；合箱前后要立即清除内腔及水口中浮砂等杂物，浇注前采取天然气对型腔进行烘干，出钢前钢包烤红将钢包内渣子打洁净才能出钢。

4、冶炼：

按冶炼操作规程进行冶炼，材质：

ZG275-485H，化学成份C≤0.25%、Si≤0.50%、Mn≤1.20%、S、P≤0.04%，残余元素总和≤0.8%，工频炉冶炼；钢水分析法：

炉前样分析，成品样分析合格才能出钢。

5、浇注：

按铸造工艺及操作规程进行浇注，浇注温度1510℃-1540℃，连续快速浇注；撒发烧剂1-1.2%，保温剂厚≥100mm，严禁将钢渣浇入型腔内。

6、保温、打箱：

按铸造工艺及操作规程进行操作，箱体保温时间约80小时，打箱时严禁碰撞，铸件不许可淋水。

7、清理：

按热处理工艺规程进行清理，箱体切割浇冒口温度200-300℃，切割试块。

8、热处理，按热处理工艺及操作规程进行热处理。

（具体工艺图7）

℃910℃±10℃

650℃±20℃

250℃

2h5h12h

h

图7箱体热处理退火工艺

9、试块标识切除试块：

试块切割后要立即打上标识。

五、箱体生产现场质量控制

1、木模实样结构合理，尺寸正确。

2、砂型冲砂紧实，要求砂型紧实度高，而且均匀一致，型表面光洁，尺寸合符工艺尺寸。

3、扣箱砂型干燥，碎砂清理洁净，型腔尺寸控制正确，冒口、浇口合符工艺尺寸及位置要求。

（图7）

图7箱体铸钢件扣箱检验图

4、熔炼用边角料废钢，化学成份合符标准要求。

5、浇注做到高温出炉、出钢温度1620℃，把出钢温度提升，使钢水在钢包内把渣子、气体镇静掉。

低温浇注，注意控制浇注温度及速度，浇注时间60秒。

加紧浇注速度，要求浇注时钢水液面上升速度最低20mm/秒以上。

6、保温时间按工艺实施。

7、除砂、清理按工艺实施。

8、热处理严格按工艺标准实施。

9、严格按图纸技术要求严格控砂型和扣箱尺寸。

10、注意补助对位尺寸，要和冒口位置同心。

11、控制冒口浇注高度，浇到冒口高度2/3时改点注冒口到满。

使冒口钢水对铸件钢水有足够压力，提升产品质量。

加保温剂捣冒口。

六、箱体铸件毛坯和装配情况（图8，图9）

根据铸造模拟软件CASTsoftCAE模拟优化后工艺进行生产，经过化学成份，机械性能，超声波探伤，射线探伤，屏蔽检测，密度测试，气密性测试。

箱体铸件符合质量要求，表面光洁，进行实际装配，性能优异。

图8铸件毛坯外观图图9箱体铸件机加及装配外观图

结语：

经过七0砂型重力铸造12吨核屏敝箱体铸钢件总结出以下几点经验①采取铸造工艺设计及模拟优化CASTsoftCAD/CAE进行铸造工艺设计直观且速度快，有利于新产品工艺开发和工艺优化。

②水玻璃七0砂型要生产探伤铸钢件,要用实样木模,型腔表面砂型必需用风枪打紧致密紧实,砂型要有足够抗冲刷能力和承受钢水静压力，浸润能力及强度，降低砂型膨胀。

③采取漂珠保温冒口套可节省钢水，减小冒口尺寸，提升冒口补缩较果。

④水玻璃七0砂型重力铸造工艺适合铸钢件生产，铸件应力小，表面比较光滑，也能生产出技术要求比较高铸钢件。

⑤应用合理热处理工艺,使组织转变,晶粒细化提升铸钢件性能。

⑥使用合理化铸造工艺也能生产出技术要求比较高铸钢件。

这次共生产30套核屏蔽箱体铸钢件得到用户好评。

作者：

1、罗建君：

出生于1973年，毕业于重庆大学铸造专科，铸造工程师，现在乐山市沙湾长兴铸钢有限责任企业工作，从事铸钢件工艺设计和铸造技术开发相关工作，任技术部部长。

电话：

；通讯地址:

中国·四川省·乐山市沙湾长兴铸钢有限责任企业罗建君邮编:

614900E-mail:

。

2、宋彬：

出生于1978年7月，材料成型及控制铸造专业，工程师，现在北京北方恒利科技发展工作，从事铸造数值化模拟技术相关工作。

电话：

，-8009，E-mail:

。

参考文件

[1]宋彬铸造工艺模拟CASTsoftCAD/CAE技术在铸造工艺设计及优化中应用铸造技术２０１１年３2卷第１０期（第1403页），刊号：

ＩＳＳＮ１００0－8365—CN61-1134/TG

[2]李魁盛铸造工艺及原理机械工业出版社1988年

[3]范英俊铸造手册之特种铸造机械工业出版社2月

[4]王智平底杯铸件铸造工艺模拟铸造

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[5]胡汉起金属凝固原理机械工业出版社1997年8月

[6]徐宏铸造工艺设计及模拟技术教育出版社

[7]柳百成等铸造工程模拟仿真和质量控制机械工业出版社，6月

[8]李庆春铸件形成理论基础机械工业出版社1982年1月