CN102513509B - 一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铸造工艺，尤其是涉及一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺，其特征是：该工艺包括如下步骤：设计立体工艺、铸造工艺进行仿真模拟确认、制造模具和砂箱工装、水平造型、制芯、组芯合箱、浇注、冷却和开箱；本发明提供一种能提高铸件干净程度、减少缩松缺陷、满足壁厚要求、达到UT、MT探伤要求、同时要降低生产成本、安全生产、实现支架铸件的优质批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造工艺，尤其是涉及一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺。
背景技术
吊舱式电力推进系统具有一流的水动力和运行效率，集浆和舵的作用于一身，可实现大型船舶原地360°旋转，GPS精确定点定位，主要安装在远洋科考船、深水钻井船、破冰近海支援船等大型高技术船舶上，该电力推进系统已占据了全球吊舱推进装置市场一半以上的份额。支架铸件是吊舱式电力推进系统推进模块上的关键部件，安装在轮船后部，泡在水里，可以360°旋转，材料为EN-GJS-400-18U-LT，需要进行材料性能、尺寸、UT、MT、PT等检验。
铸件重量5000－15000Kg, 铸件轮廓尺寸（5000－5500mm）*（2000－2500mm）*（2000－2500mm），铸件的主要壁厚50－80mm。铸件两端大，中部扁薄的鱼形连接呈流线型结构，其鱼形长宽比为（4－5）：1，砂芯易变形难固定，铸件壁厚不易保证。目前这种铸件采用平做平浇的工艺，由于铸件两头大高低相差悬殊、中间扁薄大平面，内腔扁薄芯受到铁液浮力的作用上弯，无法保证铸件壁厚55±5 mm的偏差要求范围；铁液充型在型腔内紊流、对流大面积与空气接触氧化，铸件上渣子多不易满足MT探伤要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能提高铸件干净程度、减少缩松缺陷、满足壁厚要求、达到UT、MT探伤要求、同时要降低生产成本、安全生产、实现支架铸件的优质批量生产的一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺。
本发明通过如下方法实现：
一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺，其特征是：该工艺包括如下步骤：
a. 设计立体工艺：利用三维软件进行立体工艺设计，即所有的工艺以立体方式呈现；
b. 铸造工艺进行仿真模拟确认：将上述立体工艺利用铸造仿真模拟软件进行充型、凝固模拟；
c. 制造模具和砂箱工装；
d. 水平造型；
e. 制芯：重量小于等于6000Kg的支架大芯采用竖直填砂放平拆芯，重量大于6000Kg支架的大芯采用水平填砂水平拆芯，其余部位的砂芯采用竖直填砂放平拆芯；
f. 组芯合箱：下型水平摆放，校平箱口，清理干净型腔，下芯子，砂芯下完后，在横浇道过滤器座内放入陶瓷过滤器，封型泥条封好型腔，将清理干净的上型合到下型上，卡好所有箱耳螺栓，将合好的铸型整体翻转90°立起放稳，放好浇口盆，预备浇注；
g. 浇注，冷却、开箱: 将处理好的铁水以1280－1380°C浇入型腔，在型腔内冷却到450°C以下开箱，清理，然后进行后续检验；
所述立体工艺设计的主要工艺方案为分型面选在铸件的最大截面进行分型，即沿鱼形长度方向分型，在分型面布置开放式底注浇注系统，横浇道内放置过滤器，水平造型、下芯、合箱；合箱后垂直立起浇注，浇注位置与分型面平行，支架壁厚满足无冒口自补缩的模数条件，采用无冒口思路，适当加溢流冒口溢出渣并平衡浇注铁液重量波动；
所述水平造型为上/下外模放到5000*4000的振动平台上，放上/下砂箱，并准备好工艺卡上规定的冷铁、陶瓷管、出气道进行造型准备，控制砂温<36℃流砂，每层控制在200mm内，操作人员随树脂砂流到位置跟随踩实并在模样标示位置放置灰铸铁冷铁，出气道，逐层流砂使树脂砂高出砂箱箱带150mm－200mm以上，开启震动紧实30－50s。再手工紧实好直浇道顶面，刮平砂箱顶面，树脂砂硬化后，按常规起型、修型、刷涂涂料；
在所述组芯合箱时在大芯的鱼形部位钉上支撑片径为φ45-60厚为3-5mm的与铸件同材质镀锡芯撑，支撑下入型腔的大砂芯，保证壁厚尺寸。
本发明有如下效果：
1）工艺独特、能提高铸件干净程度、减少缩松缺陷、满足壁厚要求：本发明采用的铸造工艺利用三维软件进行立体工艺设计，即所有的工艺以立体方式呈现，主要工艺方案：分型面选在铸件的最大截面进行分型，即沿鱼形长度方向分型，在分型面布置开放式底注浇注系统，横浇道内放置过滤器，水平造型、下芯、合箱；合箱后垂直立起浇注，浇注位置与分型面平行，这样既可以避免大芯漂芯，又能保证金属液体平稳充型避免铁液飞溅大面积与空气接触氧化造渣；支架壁厚满足无冒口自补缩的模数条件即Mc>2.5cm，采用无冒口思路，适当加溢流冒口溢出渣并平衡浇注铁液重量波动。
2）通过铸造仿真模拟软件的模拟结果，对工艺设计进一步优化，避免试错研发生产方式，降低研发费用，缩短研发周期：本发明提供的工艺将立体工艺利用铸造仿真模拟软件进行充型、凝固模拟，充型模拟可以对流速，温度场，紊流，冲砂进行模拟，可评定浇注系统设计的合理性与否，凝固模拟可以对铸件凝固过程中的缩松，缩孔、热模数，热节出现部位进行模拟，可评定工艺的激冷，补缩系统设计是否合理。通过铸造仿真模拟软件的模拟结果，对工艺设计进一步优化，避免试错研发生产方式，降低研发费用，缩短研发周期。根据模拟结果对工艺进行修改优化，并将最终的工艺转化成平面图纸，制作铸造现场施工使用的工艺卡。
3）采用水平造型、降低生产成本、安全生产、实现支架铸件的优质批量生产：上/下外模放到5000*4000的振动平台上，放上/下砂箱，并准备好工艺卡上规定的冷铁、陶瓷管、出气道进行造型准备。控制砂温<36℃流砂，每层控制在200mm内，操作人员随树脂砂流到位置跟随踩实并在模样标示位置放置灰铸铁冷铁，出气道，逐层流砂使树脂砂高出砂箱箱带150mm－200mm以上，开启震动紧实30－50s。再手工紧实好直浇道顶面，刮平砂箱顶面。树脂砂硬化后，按常规起型、修型、刷涂涂料，该工艺的内腔芯由一块砂芯形成，称为大芯，重量小于等于6000Kg的支架大芯采用竖直填砂放平拆芯，重量大于6000Kg支架的大芯由于长度在3－5米，歪斜有1.5－2.2米，不易再采用竖直填砂放平拆芯的办法，采用水平填砂水平拆芯。其余部位的砂芯采用竖直填砂放平拆芯。
4）达到MT、UT探伤要求：本发明水平造型合箱，合箱后翻转90度进行浇注，浇注系统为底注开放式浇注系统，选定与铸件同材质芯撑在下芯时支撑砂芯、铁液充型后完全熔化来保证铸件壁厚和不渗漏；使用振动紧实提高铸型紧实密度，减少型壁位移保证金属的液态补缩和充分利用石墨化膨胀的自补缩来得到致密的铸件，达到MT、UT探伤要求。
具体实施方式
一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺，该工艺包括如下步骤：
a. 设计立体工艺：利用三维软件进行立体工艺设计，即所有的工艺以立体方式呈现，主要工艺方案为分型面选在铸件的最大截面进行分型，即沿鱼形长度方向分型，在分型面布置开放式底注浇注系统，横浇道内放置过滤器，水平造型、下芯、合箱；合箱后垂直立起浇注，浇注位置与分型面平行，支架壁厚满足无冒口自补缩的模数条件即Mc>2.5cm，采用无冒口思路，适当加溢流冒口溢出渣并平衡浇注铁液重量波动；
b. 铸造工艺进行仿真模拟确认：将上述立体工艺利用铸造仿真模拟软件进行充型、凝固模拟：充型模拟可以对流速，温度场，紊流，冲砂进行模拟，可评定浇注系统设计的合理性与否，凝固模拟可以对铸件凝固过程中的缩松，缩孔、热模数，热节出现部位进行模拟，可评定工艺的激冷，补缩系统设计是否合理，根据模拟结果对工艺进行修改优化，并将最终的工艺转化成平面图纸，制作铸造现场施工使用的工艺卡；
c. 制造模具和砂箱工装：按照工艺图纸进行模具制造；
d. 水平造型：为上/下外模放到5000*4000的振动平台上，放上/下砂箱，并准备好工艺卡上规定的冷铁、陶瓷管、出气道进行造型准备，控制砂温<36℃流砂，每层控制在200mm内，操作人员随树脂砂流到位置跟随踩实并在模样标示位置放置灰铸铁冷铁，出气道，逐层流砂使树脂砂高出砂箱箱带150mm－200mm以上，开启震动紧实30－50s。再手工紧实好直浇道顶面，刮平砂箱顶面，树脂砂硬化后，按常规起型、修型、刷涂涂料；
e. 制芯：该工艺的内腔芯由一块砂芯形成，称为大芯，重量小于等于6000Kg的支架大芯采用竖直填砂放平拆芯，重量大于6000Kg支架的大芯由于长度在3－5米，歪斜有1.5－2.2米，不易再采用竖直填砂放平拆芯的办法，采用水平填砂水平拆芯，其余部位的砂芯采用竖直填砂放平拆芯；
f. 组芯合箱：将下型水平摆放，校平箱口，清理干净型腔，下芯子，在大芯的鱼形部位钉上支撑片径为φ45-60厚为3-5mm的与铸件同材质镀锡芯撑，支撑下入型腔的大砂芯，保证壁厚尺寸。砂芯下完后，在横浇道过滤器座内放入陶瓷过滤器，封型泥条封好型腔，将清理干净的上型合到下型上，卡好所有箱耳螺栓，将合好的铸型整体翻转90°立起放稳，放好浇口盆，预备浇注；
g. 浇注，冷却、开箱: 将处理好的铁水以1280－1380°C浇入型腔，在型腔内冷却到450°C以下开箱，清理，然后进行后续检验。
Claims (3)
1.一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺，其特征是：该工艺包括如下步骤：
a. 设计立体工艺：利用三维软件进行立体工艺设计，即所有的工艺以立体方式呈现；
b. 铸造工艺进行仿真模拟确认：将上述立体工艺利用铸造仿真模拟软件进行充型、凝固模拟；
c. 制造模具和砂箱工装；
d. 水平造型；
e. 制芯：重量小于等于6000Kg的支架大芯采用竖直填砂放平拆芯，重量大于6000Kg支架的大芯采用水平填砂水平拆芯，其余部位的砂芯采用竖直填砂放平拆芯；
f. 组芯合箱：下型水平摆放，校平箱口，清理干净型腔，下芯子，砂芯下完后，在横浇道过滤器座内放入陶瓷过滤器，封型泥条封好型腔，将清理干净的上型合到下型上，卡好所有箱耳螺栓，将合好的铸型整体翻转90°立起放稳，放好浇口盆，预备浇注；
g. 浇注，冷却、开箱: 将处理好的铁水以1280－1380°C浇入型腔，在型腔内冷却到450°C以下开箱，清理，然后进行后续检验；所述立体工艺设计的主要工艺方案为分型面选在铸件的最大截面进行分型，即沿鱼形长度方向分型，在分型面布置开放式底注浇注系统，横浇道内放置过滤器，水平造型、下芯、合箱；合箱后垂直立起浇注，浇注位置与分型面平行，支架壁厚满足无冒口自补缩的模数条件，采用无冒口思路，适当加溢流冒口溢出渣并平衡浇注铁液重量波动。
2.如权利要求1所述的一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺，其特征是：所述水平造型为上/下外模放到5000*4000的振动平台上，放上/下砂箱，并准备好工艺卡上规定的冷铁、陶瓷管、出气道进行造型准备，控制流砂砂温<36℃，每层控制在200mm内，操作人员随树脂砂流到位置跟随踩实并在模样标示位置放置灰铸铁冷铁，出气道，逐层流砂使树脂砂高出砂箱箱带150mm－200mm以上，开启震动紧实30－50s，再手工紧实好直浇道顶面，刮平砂箱顶面，树脂砂硬化后，按常规起型、修型、刷涂涂料。
3.如权利要求1所述的一种船用吊舱式电力推进系统支架铸件的铸造工艺，其特征是：在所述组芯合箱时在大芯的鱼形部位钉上支撑片径为φ45-60厚为3-5mm的与铸件同材质镀锡芯撑，支撑下入型腔的大芯，保证壁厚尺寸。
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