Φ720mm顶头的铸造工艺设计和生产改进.pdf

I具礤究与应用 65 720 mm顶头的铸造工艺设计和生产改进 皮子明 (常州宝菱重T机械有限公司，江苏常州213019) 摘要：常州宝菱重工机械有限公司针对扩管用@720 nlIn顶头在铸造过程中存在的铸件粘砂及难清理等生 产难点问题，通过多次工艺优化及现场生产过程改进，总结出一种比较合理的扩管精整顶头的铸造工艺方案，提 高了产品成材率。实践证明，采用石灰石砂制作厚壁铸件砂芯，使铸件表面光洁无粘砂。 关键词：扩管；精整；顶头；铸造；粘砂 中图分类号：TG26 文献标志码：B 文章编号 Casting Process Design and Manufactu re l mp rovement of~720 mm Plug Pi Ziming (Changzhou Baoling Heavy Machinery Co．，Ltd．，Changzhou 2 1 30 1 9，China) Abstract：To tackle the problems related to casting of the@720 mnl plug used by the tube expanding mill like scabbing and hard conditioning，numerous technological optimizations and improvements on the actual man— ufacturing process are conducted．As a result，a rather rational solution of the casting process for the finishing plug of the expanding mill is made to enhance the finished product yield．Relevant operation result SHOWS that using the limestone sand to make the core for heavy—wall cast can eliminate the above mentioned two problems． Key words：Tube expanding；Finishing；Plug；Casting；Scabbing 常州宝菱重工机械有限公司(简称常宝重工)生 产的 720 lllm顶头．是一种在无缝钢管轧制过程 中进行扩管精整的制管工具。顶头材质设计为 ZG35GrMo，毛坯质量约1 300 kg，其形状如图1 所示。 顶头工作时要对温度高于1 200℃的管材进行 轧制，而后经过水淋冷却，并反复循环使用。在循 环使用过程中，顶头要经受巨大的挤压应力、热交 变应力的作用。在此使用条件下，要确保顶头有较 高的使用寿命，则要求其必须具有较高的材料质 量。常宝重工在生产顶头的过程中，经过多次改 进，最终制定出生产质量较佳的精整顶头的铸造工 艺方案 皮子明(1963一)，男，工程师，长期从事铸造生产技 术工作。 STEEL PIPE Feb．2011，Vo1．40，No．1 1@720 mill顶头铸件的质量要求及工艺难点 1．1铸件的质量要求 为保证顶头质量，按照常宝重工的生产技术规 范要求，在图1中A所示的范围内不允许出现任 何铸造缺陷，也不允许通过焊补来修复缺陷，这对 重量在1 t以上的铸件来说是比较苛刻的要求。 1．2铸件的工艺难点 铸件壁厚较厚。内孔大而出口小，铸型浇注 后，钢水在型腔内从浇注到凝固的时间很长，在高 温钢水持久包围下芯砂可能会烧结，铸件容易产生 粘砂问题。保证内孔清砂方便以及型腔内表面光 洁，是铸造中720 ITIB顶头的工艺难点 2 720 mm顶头铸造工艺设计方案的改进 2．1工艺方案1 在方案1(图2)中，顶头模样的拔模斜度方向 钢管2011年2月第40卷第1期 图1 d#720 lqqnl顶头示意 与产品形状一致，这样可以设计出较小的铸件加工 余量；浇注系统由一道内浇1：3和直浇lZl组成，内浇 口开在分型面上，从型腔径向截面的圆切线方向进 入；砂型和砂芯均采用酯硬化水玻璃石英砂打制． 原砂通过一套旧砂循环回收系统供应．型砂使用螺 旋连续混砂机混制，型砂配方如下： 石英砂粒度 30／50目 改性水玻璃质量 (2．5％～3．0％)石英砂质量 有机酯固化剂质量 1 2％改性水玻璃质量 图2铸造工艺方案1示意 按方案1生产出的第一批铸件情况如下：外表 面从分型面向上约100 13“lm开始，有些铸件表面有 轻度粘砂现象，而且从下到上有逐渐加重的倾向， 总体来看，外表面质量尚好：铸件内孔深处芯砂有 较重的烧结层，这部分粘砂较重，工人清理内孔的 劳动强度很大；在机械加工过程中有个别铸件因发 现外表面有砂孔而报废。顶头生产完成后，经检验 材质符合技术要求。 为了解决铸件内孔难以清理的问题，对砂芯做 了一些改进，尝试全部采用新砂来制芯、加大砂芯 涂料厚度等方法。以期提高砂芯的耐火度和抗粘砂 性能。试验结果表明，粘砂只是略有减轻，未得到 根本解决 STEEL PIPE Feb．2011，Vo1．40，No．1 2-2工艺方案2 为了解决在方案1中出现的问题，对铸造工艺 作了改进设计，其改进方案如图3所示。 上 下 1一铬矿砂2一石英砂 图3铸造工艺方案2示意 方案2把分型面上移，内浇1：3也同时上移。浇 注时从内浇13通向冒口的钢水可绕开大部分型腔， 使型腔受高温钢水冲刷的时间减少．从而改善铸件 外表面的粘砂问题。 砂芯采用中问石英砂，外包铬矿砂的结构打 制，希望用耐热性很高的铬矿砂来解决铸件内孔粘 砂问题。铬矿砂型砂采用水玻璃黏结剂，其配方如 下： 铬矿砂粒度 70／140目 白泥质量 (2％～3％)铬矿砂质量 水玻璃质量 (7％～8％)铬矿砂质量 水 适量 由于供砂系统提供的是酯硬化水玻璃石英砂， 与水玻璃铬矿砂的硬化速度相差较大，用这两种砂 来打制同一个砂芯无法操作．因此又专门混制了水 玻璃石英砂。其配方如下： 石英砂粒度 30／50目 水玻璃质量 (7-8)kg／lO0 kg原砂加入量 型砂都是采用辗轮式混砂机混制。两种型砂黏 结剂相同，均用二氧化碳作硬化剂，在用于打制同 一砂芯时，则很容易黏结在一起。 采用方案2小批量生产后的情况显示，铸件外 表面质量有了明显提高；铸件内孔表面光洁，质量 很好。但该方案在开始较大批量生产后又显出一些 问题：一是外包铬矿砂的砂芯制作不太方便，操作 效率比较低，不易满足产量需求；二是打制砂芯时 铬矿砂层厚度不容易控制，在实际操作中往往会大 大增加铬矿砂的使用量，造成成本增加；三是这种 铬矿砂型砂的残留强度较高，清理劳动强度比较 大。因此，本方案还需要改进。 2．3工艺方案3 常宝重工曾经长期使用石灰石砂进行铸钢生 产．用石灰石砂生产的铸件表面容易生成一层氧化 铁层．这是因为石灰石砂铸型在浇注后，型砂在钢 液热作用下发生分解(CaCO CaO+CO )，分解 产物CO 与高温钢液接触，会在铸件表面形成这 样一层化合物。长期的使用经验显示，石灰石砂铸 型只要打制紧实，做到表面光洁平整、保持良好透 气性，在铸钢件的表面出现的这种氧化铁层就会很 平整：如果铸件厚大，热作用时间长，表面形成的 氧化铁层会比较厚，这种厚氧化铁层呈玻璃状很容 易敲脱，铸件表面会很光洁。石灰石砂的这种特性 使它在用于生产厚壁铸钢件时可以使其表面光洁不 粘砂，用石灰石砂制作厚壁铸钢件砂芯，效果一般 会很好，加之有这方面的生产经验，且石灰石砂价 格也比较低廉，因而决定采用石灰石砂来打制 qb720 ITInl顶头的砂芯，方案如图4所示。采用辗 轮式混砂机混制的石灰石砂配方如下： 石灰石砂粒度 50／30目 白泥质量 (0～1％)石灰石砂质量 水玻璃质量 (7％～8％)石灰石砂质量 1一石灰石砂 图4铸造工艺方案3示意 按照本方案生产之初发现铸件内孔清理方便． 内表面质量很好。因铸件壁厚厚重，在铸件浇注 后，内孑L中的芯砂受高温钢水烘烤的热量大、时间 长，石灰石砂基本上都被烧成了石灰(CaO)，使清 砂变得容易方便，铸件外表面质量也很好。但在随 后的生产中发现，生产的所有铸件表面都开始出现 皮子明：qb720 mm顶头的铸造T艺设计和生产改进 粘砂现象，而且随着生产的进行越来越严重，铸件 表面甚至出现了几毫米到几十毫米厚的粘砂层，使 生产几乎无法继续进行。在此情况下，对使用的新 砂、回收旧砂及混制好的酯硬化水玻璃石英砂都进 行了频繁的检测，检测结果发现各项指标均合格。 通过进一步分析得知。粘砂的主要原因是打制砂芯 的石灰石及石灰石分解产生的CaO混人了旧砂中， 降低了型砂的耐火度，从而引起型砂烧结、粘砂。 为此，又对工艺方案进行了改进。 2．4工艺方案4 工艺方案4如图5所示，为了既能继续利用石 灰石砂，又能避免其对回收旧砂的负面影响，决定 把砂芯设计成芯头部分用石英砂打制，其他部分用 石灰石砂打制的结构：并要求操作人员在清理铸件 时，不要把砂芯中的石灰石混入要回收的砂中。因 石灰石都聚在铸件内腔中。不会散失，因此很容易 做到 上 下 1～石灰石砂2一石英砂 图5铸造工艺方案4示意 采用方案4进行的多批次生产情况显示，铸件 内孑L清砂方便，内外表面光洁，工艺方案4可以满 足生产技术质量要求。 3结论 (1)采用铸造工艺方案4。可以生产出满足生 产技术质量要求的顶头铸件 (2)将石灰石砂用于制作较厚壁铸钢件的芯 砂，可以使铸件表面光洁无粘砂 (3)石英砂型砂中混入少量的石灰石砂及其分 解物，易引起铸钢件粘砂。 (收稿日期：2010—08—16) 钢管2011年2月第40卷第1期