鑄造工藝模擬優化在核箱體鑄鋼件中的應用
一、概述
目前，在川內多數鑄造企業采用傳統水玻璃七0砂型(石灰石水玻璃砂型)工藝進行鑄件生產。傳統的鑄造工藝要生產出技術要求比較高的探傷產品很不容易，經常出現探傷不合格甚至報廢。在鑄件結構較為簡單和鑄造類似鑄件時，經驗可能起到一定的作用;在澆鑄大型、復雜鑄件且無相關經驗時，只能通過反復工藝實驗來確定工藝;只有對模具進行改進改變傳統的車板及框架結構，把木模做成實樣模具。型腔表面必須用風槍打緊使砂型致密緊實，采用鉻鐵礦砂作坭芯面砂改善水玻璃砂型的縮沉和砂型膨脹，提高鑄件質量，滿足實際鑄件生產需要。
在2010年10月份我公司受用戶要求生產一批核屏敝箱體鑄鋼件，在生產過程中運用了先進的生產技術及鑄造工藝模擬和鑄造過程的嚴格控制，生產一次性成功，鑄件表面光潔度和內部質量達到用戶要求。
二、技術要求
此產品技術要求比較高,產品用于放射性核屏蔽。
1、鑄鋼件在澆注前要通知用戶進行現場見證;每件鑄鋼件應自帶本體試塊，鑄鋼件應退火處理。
2、按熔煉爐次分別提供化學成份分析報告，每爐鑄鋼件至少進行一次機械性能(密度檢測、拉力、沖擊等)試驗和密度檢測,并提供力學性能和密度檢測報告。報告內容除應滿足相關要求外,還應注明爐批號所對應的零件圖號、名稱和數量。
3、鑄鋼件的比重檢測要保證鑄鋼件的最薄弱區域密度比重不低于7.5g/cm3。
4、鑄件加工后，鑄件的內部缺陷和近表面應按GB/T7233進行超聲波探傷進行缺陷檢查,II級合格,并出具超聲波探傷報告。
5、鑄件加工后，業主對產品進行射線探傷檢測。
三、箱體工藝設計和生產準備
1、生產前準備：木模實樣，坭芯實樣,中箱抽芯實樣，六個補貼實樣配套，澆注系統全用耐火管磚，直澆道為Φ120耐火管，橫澆道為Φ80耐火管，內澆道為Φ60耐火管四道從四個冒口下的補貼處引入。中箱坭芯表面鉻礦砂,坭芯大平面用30厚的鉻鐵礦砂;帶本體試塊和密度試塊尺寸厚110x110x210制作。
2、收縮：2.0%。
3、毛坯重：12000kg，澆冒口重：10500kg。
4、分體造型，澆注1530℃快速澆注，澆注時間60秒。
5、壓鐵38噸，保溫：80小時，熱割保溫。
采用北京北方恒利科技發展有限公司開發的鑄造工藝設計及工藝模擬CAStsoftCAD/CAE技術對鑄件毛坯模數、工藝熱節計算、澆冒系統計算、澆注過程計算、凝固過程計算、保溫時間(開箱時間)，對鑄件毛坯進行工藝缺陷的進行分析，依據分析結果對工藝進行改進。通過七0砂型重力鑄造12噸箱體鑄鋼件，材質為ZG275-485H的箱體，七0砂型鑄件工藝進行模擬后;在原工藝的下方兩直角邊共加四排覆砂冷鐵,原工藝圖的保溫冒口套大小及高度不變,采用樂山市市中區建茂保溫材料經營部的漂珠保溫冒口套，確保冒口的保溫性能。(鑄造工藝設計模擬及優化情況，如圖1--圖6)
四、箱體生產質量重點工序控制
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：模型按鑄造工藝、木模制作規程制作，模型要求結構合理、尺寸準確、外表光滑。
3、造型：造型按鑄造工藝及造型技術操作規程制作，造型前檢查模型，在模型上劃出澆口、試樣、鑄號等的位置：鉻礦砂的厚度一般不超過30毫米厚度過厚造成浪費,表面貼砂操作困難只有用實樣模具才好貼砂沖緊,要注意緊實度。要求砂型具有足夠的緊實度;排氣要保持暢通，澆注時所有引氣處引明火;合箱前后要及時清除內腔及水口中的浮砂等雜物，澆注前采用天然氣對型腔進行烘干，出鋼前鋼包烤紅將鋼包內渣子打干凈才能出鋼。
4、冶煉：按冶煉操作規程進行冶煉，材質：ZG275-485H，化學成分C≤0.25%、Si≤0.50%、Mn≤1.20%、S、P≤0.04%，殘余元素總和≤0.8%，工頻爐冶煉;鋼水分析法：爐前樣分析，成品樣分析合格才能出鋼。
5、澆注：按鑄造工藝及操作規程進行澆注，澆注溫度1510℃-1540℃，連續快速澆注;撒發熱劑1-1.2%，保溫劑厚≥100mm，嚴禁將鋼渣澆入型腔內。
6、保溫、打箱：按鑄造工藝及操作規程進行操作，箱體保溫時間約80小時，打箱時嚴禁碰撞，鑄件不允許淋水。
7、清理：按熱處理工藝規程進行清理，箱體切割澆冒口溫度200-300℃，切割試塊。
8、熱處理，按熱處理工藝及操作規程進行熱處理。(具體工藝如圖7)
圖7箱體熱處理退火工藝9、試塊標記切除試塊：試塊切割后要及時打上標記。
五、箱體生產現場質量控制
1、木模實樣結構合理，尺寸準確。
2、砂型沖砂緊實，要求砂型緊實度高，并且均勻一致，型表面光潔，尺寸合符工藝尺寸。
3、扣箱砂型干燥，碎砂清理干凈，型腔尺寸控制準確，冒口、澆口合符工藝尺寸及位置要求。(如圖7)
圖7箱體鑄鋼件扣箱檢查圖4、熔煉用邊角料廢鋼，化學成份合符標準要求。
5、澆注做到高溫出爐、出鋼溫度1620℃，把出鋼溫度提高，使鋼水在鋼包內把渣子、氣體鎮靜掉。低溫澆注，注意控制澆注溫度及速度，澆注時間60秒。加快澆注速度，要求澆注時鋼水液面上升速度最低20mm/秒以上。
6、保溫時間按工藝執行。
7、除砂、清理按工藝執行。
8、熱處理嚴格按工藝標準執行。
9、嚴格按圖紙技術要求嚴格控砂型和扣箱尺寸。
10、注意補貼對位尺寸，要與冒口位置同心。
11、控制冒口澆注高度，澆到冒口高度的2/3時改點注冒口到滿。使冒口鋼水對鑄件鋼水有足夠的壓力，提高產品質量。加保溫劑搗冒口。
六、箱體鑄件毛坯和裝配情況(如圖8，圖9)
按照鑄造模擬軟件CASTsoftCAE模擬優化后工藝進行生產，通過化學成分，機械性能，超聲波探傷，射線探傷，屏蔽檢測，密度測試，氣密性測試。箱體鑄件符合質量要求，表面光潔，進行實際裝配，性能優異。
目前，在川內多數鑄造企業采用傳統水玻璃七0砂型(石灰石水玻璃砂型)工藝進行鑄件生產。傳統的鑄造工藝要生產出技術要求比較高的探傷產品很不容易，經常出現探傷不合格甚至報廢。在鑄件結構較為簡單和鑄造類似鑄件時，經驗可能起到一定的作用;在澆鑄大型、復雜鑄件且無相關經驗時，只能通過反復工藝實驗來確定工藝;只有對模具進行改進改變傳統的車板及框架結構，把木模做成實樣模具。型腔表面必須用風槍打緊使砂型致密緊實，采用鉻鐵礦砂作坭芯面砂改善水玻璃砂型的縮沉和砂型膨脹，提高鑄件質量，滿足實際鑄件生產需要。
在2010年10月份我公司受用戶要求生產一批核屏敝箱體鑄鋼件，在生產過程中運用了先進的生產技術及鑄造工藝模擬和鑄造過程的嚴格控制，生產一次性成功，鑄件表面光潔度和內部質量達到用戶要求。
二、技術要求
此產品技術要求比較高,產品用于放射性核屏蔽。
1、鑄鋼件在澆注前要通知用戶進行現場見證;每件鑄鋼件應自帶本體試塊，鑄鋼件應退火處理。
2、按熔煉爐次分別提供化學成份分析報告，每爐鑄鋼件至少進行一次機械性能(密度檢測、拉力、沖擊等)試驗和密度檢測,并提供力學性能和密度檢測報告。報告內容除應滿足相關要求外,還應注明爐批號所對應的零件圖號、名稱和數量。
3、鑄鋼件的比重檢測要保證鑄鋼件的最薄弱區域密度比重不低于7.5g/cm3。
4、鑄件加工后，鑄件的內部缺陷和近表面應按GB/T7233進行超聲波探傷進行缺陷檢查,II級合格,并出具超聲波探傷報告。
5、鑄件加工后，業主對產品進行射線探傷檢測。
三、箱體工藝設計和生產準備
1、生產前準備：木模實樣，坭芯實樣,中箱抽芯實樣，六個補貼實樣配套，澆注系統全用耐火管磚，直澆道為Φ120耐火管，橫澆道為Φ80耐火管，內澆道為Φ60耐火管四道從四個冒口下的補貼處引入。中箱坭芯表面鉻礦砂,坭芯大平面用30厚的鉻鐵礦砂;帶本體試塊和密度試塊尺寸厚110x110x210制作。
2、收縮：2.0%。
3、毛坯重：12000kg，澆冒口重：10500kg。
4、分體造型，澆注1530℃快速澆注，澆注時間60秒。
5、壓鐵38噸，保溫：80小時，熱割保溫。
采用北京北方恒利科技發展有限公司開發的鑄造工藝設計及工藝模擬CAStsoftCAD/CAE技術對鑄件毛坯模數、工藝熱節計算、澆冒系統計算、澆注過程計算、凝固過程計算、保溫時間(開箱時間)，對鑄件毛坯進行工藝缺陷的進行分析，依據分析結果對工藝進行改進。通過七0砂型重力鑄造12噸箱體鑄鋼件，材質為ZG275-485H的箱體，七0砂型鑄件工藝進行模擬后;在原工藝的下方兩直角邊共加四排覆砂冷鐵,原工藝圖的保溫冒口套大小及高度不變,采用樂山市市中區建茂保溫材料經營部的漂珠保溫冒口套，確保冒口的保溫性能。(鑄造工藝設計模擬及優化情況，如圖1--圖6)
四、箱體生產質量重點工序控制
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：模型按鑄造工藝、木模制作規程制作，模型要求結構合理、尺寸準確、外表光滑。
3、造型：造型按鑄造工藝及造型技術操作規程制作，造型前檢查模型，在模型上劃出澆口、試樣、鑄號等的位置：鉻礦砂的厚度一般不超過30毫米厚度過厚造成浪費,表面貼砂操作困難只有用實樣模具才好貼砂沖緊,要注意緊實度。要求砂型具有足夠的緊實度;排氣要保持暢通，澆注時所有引氣處引明火;合箱前后要及時清除內腔及水口中的浮砂等雜物，澆注前采用天然氣對型腔進行烘干，出鋼前鋼包烤紅將鋼包內渣子打干凈才能出鋼。
4、冶煉：按冶煉操作規程進行冶煉，材質：ZG275-485H，化學成分C≤0.25%、Si≤0.50%、Mn≤1.20%、S、P≤0.04%，殘余元素總和≤0.8%，工頻爐冶煉;鋼水分析法：爐前樣分析，成品樣分析合格才能出鋼。
5、澆注：按鑄造工藝及操作規程進行澆注，澆注溫度1510℃-1540℃，連續快速澆注;撒發熱劑1-1.2%，保溫劑厚≥100mm，嚴禁將鋼渣澆入型腔內。
6、保溫、打箱：按鑄造工藝及操作規程進行操作，箱體保溫時間約80小時，打箱時嚴禁碰撞，鑄件不允許淋水。
7、清理：按熱處理工藝規程進行清理，箱體切割澆冒口溫度200-300℃，切割試塊。
8、熱處理，按熱處理工藝及操作規程進行熱處理。(具體工藝如圖7)
圖7箱體熱處理退火工藝9、試塊標記切除試塊：試塊切割后要及時打上標記。
五、箱體生產現場質量控制
1、木模實樣結構合理，尺寸準確。
2、砂型沖砂緊實，要求砂型緊實度高，并且均勻一致，型表面光潔，尺寸合符工藝尺寸。
3、扣箱砂型干燥，碎砂清理干凈，型腔尺寸控制準確，冒口、澆口合符工藝尺寸及位置要求。(如圖7)
圖7箱體鑄鋼件扣箱檢查圖4、熔煉用邊角料廢鋼，化學成份合符標準要求。
5、澆注做到高溫出爐、出鋼溫度1620℃，把出鋼溫度提高，使鋼水在鋼包內把渣子、氣體鎮靜掉。低溫澆注，注意控制澆注溫度及速度，澆注時間60秒。加快澆注速度，要求澆注時鋼水液面上升速度最低20mm/秒以上。
6、保溫時間按工藝執行。
7、除砂、清理按工藝執行。
8、熱處理嚴格按工藝標準執行。
9、嚴格按圖紙技術要求嚴格控砂型和扣箱尺寸。
10、注意補貼對位尺寸，要與冒口位置同心。
11、控制冒口澆注高度，澆到冒口高度的2/3時改點注冒口到滿。使冒口鋼水對鑄件鋼水有足夠的壓力，提高產品質量。加保溫劑搗冒口。
六、箱體鑄件毛坯和裝配情況(如圖8，圖9)
按照鑄造模擬軟件CASTsoftCAE模擬優化后工藝進行生產，通過化學成分，機械性能，超聲波探傷，射線探傷，屏蔽檢測，密度測試，氣密性測試。箱體鑄件符合質量要求，表面光潔，進行實際裝配，性能優異。
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