【正文】 工藝優(yōu)化后的凝固末期照片如圖 35 所示，此時(shí)鑄件薄壁處（筒體）已經(jīng)全部凝固。冒口內(nèi)還有大量金屬液存在，能夠有效的補(bǔ)縮鑄件大舵軸孔、小舵軸孔及脊梁處等熱節(jié)部位，可以實(shí)現(xiàn)從鑄件到冒口的順序凝固。中信重型機(jī)械公司采用優(yōu)化后的工藝后，得到了沒(méi)有縮孔、縮松缺陷的優(yōu)質(zhì)鑄件，并且對(duì)鑄件進(jìn)行超聲波探傷和磁粉探傷，都滿足外商的質(zhì)檢要求。圖 35 工藝優(yōu)化后的凝固末期照片（凝固時(shí)間為 11759s）河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23 第四章 掛舵臂鑄鋼件的實(shí)際生產(chǎn)在掛舵臂的生產(chǎn)實(shí)踐中，中信重機(jī)公司根據(jù)自身的生產(chǎn)條件，合理選用造型材料，采用合理的熔煉工藝，控制鋼液的成分和氣體含量，通過(guò)計(jì)算機(jī)工藝優(yōu)化，合理設(shè)置澆口、冒口及冷鐵，控制鑄件的順序凝固和金屬液的有效補(bǔ)縮，解決掛舵臂生產(chǎn)中產(chǎn)生的缺陷問(wèn)題，生產(chǎn)出符合商檢和船級(jí)社驗(yàn)收的鑄件。本章就計(jì)算機(jī)工藝優(yōu)化后的掛舵臂鑄鋼件鑄造生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。一、造型1. 型砂選擇采用地坑組芯造型，砂芯面砂采用鉻礦砂（黑色） ，如圖41所示。合理選用原砂，兼顧表面輪廓光潔度與解決清砂難問(wèn)題,即與鋼液接觸面采用耐高溫砂，用薄薄一層，第二層要用天然石英砂，第三層用一種高溫下能自動(dòng)分解，易潰散的低價(jià)人工砂，即粉碎的石灰石碎粒，以便清砂工在近十米長(zhǎng)的管腔中順利清砂。 圖 41 地坑造型2. 造型方法木模、芯盒采用計(jì)算機(jī)三維造型及數(shù)控加工，確保鑄件各截面尺寸準(zhǔn)確，保證形狀正確，對(duì)于特大木模關(guān)鍵斷面采用計(jì)算機(jī)1∶1放樣制作樣板。鑄件外型盡量用木模實(shí)樣造型代替常用的組芯造型，以減少零件的尺寸偏差或表面起伏。掛舵臂6~ 10m長(zhǎng)的筒腔，采用 1個(gè)體積 20多立方米的數(shù)十噸大芯來(lái)形成，最大的木模實(shí)樣（如圖42 所示），芯盒均達(dá)到10m長(zhǎng)，4m多高，2m多寬。工藝參數(shù)方面，縮尺設(shè)置最為關(guān)鍵，要根據(jù)鑄件的具體結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)、寬、高3個(gè)方向取不同的縮尺。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)24 圖 42 木模實(shí)樣二、熔煉鋼液的純凈度及澆注溫度直接影響掛舵臂的質(zhì)量。中信重機(jī)公司經(jīng)反復(fù)改進(jìn)，確定的煉鋼工藝為：堿性電弧爐初煉→LF鋼包精煉→包底吹氬、型腔吹氬→多包鋼液合澆。起包溫度1540℃ ~1560℃，澆注溫度為 1530℃~1550℃。上述工藝措施可以提高鋼液質(zhì)量，降低S、P 等有害元素含量，減少鋼中夾雜物與偏析，再加上包底吹氬和型腔吹氬等工藝措施，避免鋼液二次氧化，保證鋼液的流動(dòng)性良好，減少顯微縮松和裂紋缺陷 [19]。三、合澆工藝由于鋼液需要量大，設(shè)計(jì)了多爐合澆工藝，即根據(jù)澆注時(shí)間，合理測(cè)算每爐鋼液量、提前冶煉的時(shí)間，達(dá)到同時(shí)澆注，有序補(bǔ)澆的目的。采用低溫快注和補(bǔ)澆冒口的方案，第一次澆注或合澆時(shí)，低溫澆注，補(bǔ)澆時(shí)，采用高溫鋼液。這樣既可以避免因澆注溫度高而產(chǎn)生裂紋，又可以提高溫度梯度，增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮能力。四、清理與檢測(cè)就大型船用鑄鋼件的清理工藝，目前采用的流程是：型內(nèi)保溫后期利用余熱割除大冒口—清砂—正火—熱割澆冒口—回火—打磨、修邊、測(cè)機(jī)械性能—?jiǎng)澗€、缺陷標(biāo)記—矯正變形、熱清缺陷—打磨、復(fù)劃線—MT、UT—清除缺陷并記錄—預(yù)熱焊補(bǔ)—焊后回火—質(zhì)量復(fù)檢 [20]—船檢—交貨。尺寸檢查必須嚴(yán)格遵照標(biāo)準(zhǔn)。大型船用鑄鋼件還要在鑄件曲面上按圖紙上所定的位置做出多條水線標(biāo)記及加工標(biāo)記。圖 43 為掛舵臂飛邊、毛刺清理現(xiàn)場(chǎng)。圖 44 為掛舵臂內(nèi)表面開(kāi)坡口的現(xiàn)場(chǎng)。圖 45 是掛舵臂筒體底部形貌，外觀整潔，可看到舵臂的曲面外形。圖 46 為軸河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)25 孔外表面，圖 47 是筒體局部形貌，從圖中觀察到軸孔外表面和筒體部分組織非常致密，沒(méi)有縮孔缺陷。圖 48 可以看出掛舵臂筒體與側(cè)向伸出部分交接處（脊梁處）也沒(méi)有明顯缺陷，表面較平整。 圖43 清理毛邊飛刺 圖44 開(kāi)坡口 圖45 掛舵臂筒體底部 圖46 軸孔外表面 圖47 筒體局部 圖48 交接處五、結(jié)論河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)26 大型掛舵臂作為船舶關(guān)鍵件，對(duì)鑄造技術(shù)水平要求極高。中信重機(jī)公司在掛舵臂的生產(chǎn)過(guò)程中合理的選用造型材料和造型方法，為獲得優(yōu)質(zhì)鑄件、消除掛舵臂生產(chǎn)中產(chǎn)生的缺陷提供了保證；采用合理的熔煉工藝，控制鋼液的成分和氣體含量；采用多爐熔煉技術(shù)，控制合適的熔煉溫度、出爐溫度、出爐時(shí)間、出爐順序等環(huán)節(jié)，保證鑄件順利澆注；通過(guò)計(jì)算機(jī)工藝優(yōu)化，合理的設(shè)置澆口、冒口及冷鐵，控制鑄件的順序凝固和金屬液的有效補(bǔ)縮。從而避免了縮孔、縮松缺陷的產(chǎn)生，生產(chǎn)出組織細(xì)密，性能優(yōu)良的掛舵臂鑄件。掛舵臂實(shí)物如圖49。 圖 49 掛舵臂實(shí)際生產(chǎn)照片中信重機(jī)公司鑄鍛廠在 2022 到 2022 年度先后為美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家生產(chǎn)了 3 件重 80 噸以上的大型掛舵臂，經(jīng)超聲波探傷和磁粉探傷檢驗(yàn)，全部滿足外商的質(zhì)量要求。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)27 結(jié) 論本文以計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，利用三維造型軟件設(shè)計(jì)掛舵臂鑄造工藝，并以鑄造 CAE 對(duì)其成形過(guò)程溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)初始工藝進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的工藝指導(dǎo)了實(shí)際生產(chǎn)，并生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的大型船用鑄鋼件。基于以上的研究，得出以下結(jié)論：1. 對(duì)掛舵臂凝固過(guò)程的模擬表明：筋板的根部凝固時(shí)，樹(shù)枝狀晶體形成骨架時(shí)分隔其了包圍的液體部分，進(jìn)而形成微觀縮松。兩塊筋板處有孤立液相區(qū)存在，無(wú)法補(bǔ)縮而形成縮孔。為此，在相關(guān)部位設(shè)置冷鐵，造成激冷的趨勢(shì)，使冷鐵和冒口之間區(qū)域的溫度梯度、冒口補(bǔ)縮的末端區(qū)擴(kuò)大，使鑄件的凝固速度提高，大大減少了縮孔、縮松缺陷產(chǎn)生。模擬結(jié)果表明：掛舵臂凝固后期，鑄件薄壁處（筒體）已經(jīng)全部凝固，但冒口內(nèi)還有大量金屬液存在，能夠有效的補(bǔ)縮鑄件大舵軸孔、小舵軸孔及脊梁處等熱節(jié)部位，可以實(shí)現(xiàn)從鑄件到冒口的順序凝固。 3. 借鑒本模擬優(yōu)化后的工藝，中信重機(jī)公司鑄鍛廠進(jìn)行了掛舵臂實(shí)際的生產(chǎn)，結(jié)果表明：通過(guò)合理設(shè)置冒口、冷鐵的位置和大小，合理選擇澆注系統(tǒng)及分型面，控制冶煉和熱處理工藝，保證鑄件符合順序凝固的原則，生產(chǎn)出組織致密、性能優(yōu)良、各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到用戶要求的優(yōu)質(zhì)掛舵臂鑄件。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)28 參考文獻(xiàn)[1] ，2022，4[2] 劉業(yè)英（廣船國(guó)際船舶設(shè)計(jì)公司）.，2022，4[3] 王愛(ài)琴，岳宗格，謝敬佩，2022，11：1308~1310[4] 王文清，：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：267[5] . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：208[6] ，. 北京：冶金工業(yè)出版社，1981：251~253[7] 大野篤美著，—理論、實(shí)踐與應(yīng)用. 北京：冶金工業(yè)出版社，1986[8] . 北京：冶金工業(yè)出版社，1987：25~26[9] 劉玨榮，張龍，2022，4：251~252[10] ，2022，2[11] 周建新，劉瑞祥，陳立亮，藝，2022，11：67~68[12] CAD/CAE/CAM ：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：　　　　48[13] 周建新，劉瑞祥，陳立亮， CAE ，2022，8：616~619[14] . 北京：電子工業(yè)出版社，2022：81[15] 王向群，劉瑞祥，陳立亮， CAE 鑄造裝備與技術(shù)，2022 ，1：18~20[16] 周紅元，劉瑞祥，陳立亮， 縮松判據(jù)在華鑄CAE動(dòng)態(tài)圖形模塊 ，2022，3：245[17] 崔吉順，2022，8：5~8[18] ，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)29 1999，4：6~10[19] (第二卷)鑄鋼. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社社，2022：51[20] ，2022，7：110[21] LIU Baicheng. 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