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推土机箍带铸造工艺改善

 GXF360 2019-11-07

推土机是我公司的主导产品,而箍带是推土机上各类管束的紧固束缚件,起到固定管束位置的作用,如图1所示。对于推土机整体来说不算重要部件,但因为推土机本身各类管束众多,尤其是液压型推土机上的管束更加繁杂,所以对于起到固定管束位置的箍带需求量大,同时箍带体积较小,因此铸造时采用精密铸造一壳多模的方式,一旦箍带的铸造工艺不过关,就会很容易造成批量的铸造缺陷,从而影响推土机的外观和管束的连接强度。

一、问题描述及分析

我公司推土机上所用箍带主要为外协厂家生产,根据营销部门反馈,推土机管束连接处经常出现箍带尺寸变形、连接处易出现砂眼的问题。于是对库存件进行检测,共检验1300件,其中铸造缺陷件152件,大部分表现为零件边缘处有裂纹,如图2所示。而箍带在铸造完成后需要对整体进行线切割等加工,此过程也可能造成加工裂纹。因此将原因分为铸造缺陷及加工缺陷两部分进行分析。

1.铸造缺陷原因分析

箍带铸件材质为ZG230-450,取缺陷件及外协厂家各炉次件进行化学成分分析,实际检验结果如附表所示。各元素含量均未超标,因此化学成分合格。

箍带精密铸造的流程:蜡型制作→蜡模涂料→模壳烧制→合金熔炼→浇注→出件→清砂→喷丸→机加工→精修→检验→刷漆入库。通过对生产过程研究发现,排除合金成分原因造成铸件的热裂后,那么裂纹一定发生在制壳(包括蜡模制作和模壳烧制)、浇注、出件、机加工的过程中。因此开始对以上工序依次进行分析。

图1

图2

ZG230—450箍带铸件化学成分(质量分数) (%)

项目 炉号 C Si Mn S P Cu 030 0.26 0.31 0.65 0.023 0.024 0.056 031 0.24 0.29 0.59 0.017 0.022 0.034 032 0.27 0.34 0.62 0.023 0.016 0.027 033 0.25 0.30 0.70 0.018 0.022 0.048 034 0.28 0.40 0.75 0.022 0.028 0.055 035 0.23 0.41 0.68 0.018 0.020 0.061 036 0.26 0.34 0.55 0.022 0.024 0.037 037 0.22 0.38 0.63 0.017 0.019 0.024 038 0.29 0.25 0.61 0.026 0.018 0.049 039 0.27 0.27 0.59 0.016 0.021 0.077标准值 0.2~0.3 0.2~0.5 0.5~0.9 <0.04 <0.04 <0.3实测值

(1)制壳 ①蜡模结构。制壳过程中使用如图3所示蜡模组,通过对所用蜡模分析后发现只有一个浇道,整体由上至下进行浇注,这样可能钢液在下部A处形成热点集中,从而造成热裂,且分析的结果也与实际产生裂纹的位置相对应。②模壳温度。箍带整体属于小件,因为受其自身结构性因素制约,所以在蜡型设计上具有独特性,内部透气性较差,钢液也不集中,冷却较快,一般浇注前模壳需要保持在200~300℃,如果模壳的温度过低,极易引起气孔、裂纹等缺陷。通过对外协厂家生产现场调查后发现,有些操作者为了节省时间擅自将烧制完好的模壳提前拉出,并提早放置于浇注平台上,在测量中发现这种违规操作的模壳温度已经降至100℃以下,如图4所示。由此很可能会造成铸件裂纹。

(2)浇注 浇注温度为1580~1600℃,合金熔炼温度及成分符合工艺要求,钢液的流动性足够完成铸件各部位补缩,因此该项并非造成裂纹的原因。

图3

图4

(3)出件 出件时需要对图5所示部位进行气割,从而将各个箍带件分离开,而气割过程中因为模壳形状及尺寸间距限制原因,可能会对箍带内侧进行直接加热造成热裂。对现场进行调查,将出壳铸件的气割前后表面质量进行对比后发现,有部分箍带件在气割处附近出现裂纹。

2. 机加工缺陷原因分析

箍带的机加工流程分为5个步骤,如图6所示。

步骤一:将箍带在自定心卡盘上夹紧并找正,保证整个工件垂直,设置参数进行内腔加工。

步骤二:对钻孔位置划线,将工件装入钻模,找平工件夹紧,起动钻床加工。

步骤三:找正工件并测出侧边宽度,计算出加工量。

步骤四:将工件装入工装内,起动设备,输入相对应的加工深度参数。

步骤五:测量宽面尺寸并做好分割标记。将产品放入线切割加工工装内,起动设备,按照分割标记进行分割,并将切下来的两个产品进行捆绑。

图5

通过对加工工序的检验发现,步骤五的线切割过程可能会造成切割边缘裂纹。但是对现场加工件取件300件检验后,发现工件完好,切割处均没有发现裂纹,因此箍带的裂纹不是加工原因造成的。

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二、对策制订与实施

将上面的原因汇总后发现,箍带上面的裂纹主要是蜡模结构不合理、模壳提前出炉以及气割造成的。针对上述原因,制订了如下对策。

(1)模壳结构及气割方向改善 研究以前的蜡模结构(见图7),发现只有一个浇道且箍带间排布较紧密,气割时易造成热裂,于是重新设计了蜡模结构,如图8所示。内浇道入口处由原来的纵向改为横向,使得浇注更为均匀。另外,将原来的单浇道改为两侧浇道,使得补缩能力更强,同时加大了各箍带间的间距,改变了气割的方向,减少了气割时铸件局部过热产生裂纹的概率。

其中,γ是负常数,std(Y )表示Y的标准差,εLMD为局部均值差异,LSD1和LSD2为局部方差差异。当曲线内部局部灰度方差大于外部时,即std(L M1(X ) )>std(L M2(X ) ),可以认为曲线内部匀质性低于外部匀质性,此时,应增加曲线内部能量所占权重,来降低其对曲线演化的影响;同理std(L M1(X ) )<std(L M2(X ) )时,增加曲线外部能量所占比重,当两者相差较小时,能量函数达到最优。综上所述,本文模型的总能量泛函被定义为:

(2)模壳温度控制 通过现场调查发现,模壳出炉后能够保温的时间为22min。根据调查结果,严格规定了模壳的出炉时间,且要求操作者在模壳出炉后实时监测温度,保证浇注时模壳的温度。同时提高了模壳的温度,由原来的200℃变为250℃。这样降低了浇注时单件的冷却速度,使得钢液更为集中,降低了裂纹与砂眼产生的可能。

终于到了实战的时间,我们分组找搭档开始互相拍照。我举起家里带来的宝贝相机对着我的搭档不停地找角度、对光线。可是,镜头里的画面不是太亮,就是太暗。我不停地转动光圈调整对焦,终于出现了一个柔和的画面,我赶紧按下拍摄按钮,成功了!虽然画面还是略显暗淡,但对于我这个初学者来说已经很不错啦。

三、效果验证

采用改进工艺进行生产后,铸件表面光滑无裂纹,分批次对现场铸件抽检160件,表面光洁无裂纹(见图9),MT无损检测后表面也没发现裂纹。根据后续市场反馈,已基本杜绝了箍带的铸造缺陷。

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图6

图7

图8

图9

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