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应用技术―― 大型铸件 强制冷却的工艺醺计

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0 0中国铸造装备与技 术大型铸件强制冷艺设计赵堕圭.

宫景艳l 杨晓慧董江华(150o46哈 尔滨汽轮机有限责任公司心.1摘要:以工艺设计的J体要求为前提,进行了强制冷却系统及其相关工装的设计并介绍孑1一kJ相应的 思 路和 具 体方 法. 其中 包括冷却壁厚 度的 计算、 强 制垮 却体系 的 结构等等 .其 应用 表明 计ll,ZhaoGo n g J i n ~ a n , Ya n gX i a o l ~ u i e ta /. S t r u c t u r e o fF o r c e dC o o l i n g S y s t e m &

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0 n c 耐erequirements【. o f u r o c e s s d e s i g n h a y e b e e n i n t n . ~ d u c e d w i t h r e l e v a n t i d e a s a n d c o n c r e t e me t h o d s i n c l u d i n g c a l c u l a t i o n o f f o r c e d c o o l i n g w a l l t h i c k n e s s ,s t r u c l u r e o f s y s t e m e t c 主题词 : 强制垮却 助}{∞ . . 零斟byappli.戈讨I气强制冷却是大型铸件凝 固过程中不可替代 的特 殊工艺手段.这一手段尤其适用于大型厚壁 回转体 类铸件 , 如阀、 罐等 利用这一技术可控制铸件局部 凝固、 改善型芯砂的散热条件和过热度 、 细化铸件晶 粒以提高其力学性能和高温性能 .对于球铁件, 还 能通过强制冷却来提高铸件的冷却速度 , 减少球化 衰退.本文以

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0 Mw汽轮机高压 主汽调节阀的强 制冷却设计为例进行计算和说明

1 强制冷却的提出

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0 Mw汽轮机高压主汽调节阀, 是汽轮机 中接 受锅炉传送来的过热蒸汽的第一个部件 .粗加工后 最 大外 轮廓尺寸 为2540mmxl~58varax1280nun,工作温度为

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7 ~ C. 压力为

1 6 .

7 M P a , 属于高温高压件. 其形状及结构见图 l 由于产品设计对铸件的要求 较高 . 在工艺方案论证和分析中, 发现其内孔的铸造 是工艺设计中最大的难点.为此 . 决定采用强制 冷却技术 收稿日期 :

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1 0 、 j 嗍 由铸件内孔 的结 构和形状.并根据工艺设计 的具体 要求 , 对强制冷却系统 及 其相关 工装提 出以下要求: 图l 铸件结构简图 (

1 ) 形 成强 制冷却系统 , 其强制冷却器的设计应使 其换热效率 尽可能高 ;

(

2 ) 芯子采用钢质外壳 , 由钢壳形成芯子的外表 面和铸件的内表面, 设计并计算钢质外壳 的厚度及 结构;

(3)设计排气系统 , 使钢壳芯内树脂以及外芯能 顺利排出;

(

4 ) 定位系统 , 保证钢壳芯和外芯 同心 .

2 强制冷却系统及其工装设计 根据铸件的结构特征 , 并结合强制冷却系统的 具体要求 , 将相应的工装设计分为: ①强制冷却器的 台车式热处理炉内进行退火处理.退火工艺为

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0 ~ C x( 4~6 h ) , 炉 内冷却.退火后在普通车床 上进行加工, 加工完的套筒尺寸稳定 、 偏心小, 各项 性能指 标 满足技 术要求 .

4 结论 用离心铸造方法制造大直径铸钢套筒 , 通过对 钢液进行复台变质处理和改变浇注系统及优化离心 铸造工艺参数 , 可减轻甚至消除套简的气孔、 裂纹等 铸造缺陷 , 提高成品率 .用离心铸造方法制造了

3 O 个大直径铸钢套筒 , 出口国外用作铝箔轧机出 口端 卷筒. 使用效果良好. 参考文献I陈盒城l 卞编 铸 造手册 ( 特 种铸造 ) 第 6卷 北京: 机械工业 出版 社.t9952姜希尚主编 铸造 手册( 铸造工 艺) 第5卷.北京 : 机 械工业 出版 社.1994.

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3 l 工的却维普资讯 http://www.cqvip.com 应用技术――大 型铸 件强制冷却 的工 艺设计

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0 0中国铸造装备与技术 结构及其支撑定位的设计;

②钢质外壳的设计计算 ;

③排气系统的设计 .

2 .

1 冷却器的结构及其支撑定位的设计 强制冷却器的结构应首先满足具有较高的换热 效率 , 并且利于制造 基于上述考虑. 决定采用往复 式结构 , 利用冷却介质 的往复流动, 使换热充分进 行,从而提高换 热 效率 , 也利于制造 . 强制冷却器结构见 图2由计算 确 定冷却介质 、 导管 尺寸 和数 量.图2 强制冷却器示意图 支撑定位装置是为了确保钢壳芯与外芯同心而 设置的装置 , 详见图 5中零件

2 2 .

2 钢质外壳的设计计算 内孔芯子采用钢质外壳.这样既可防止粘砂 , 使芯砂具有 良好的溃散性 , 又可对该 区域铸件进 行 激冷 , 调节凝固顺序和速度 另外 , 还可细化铸件晶 粒,提高基体常温 和高温性能.钢质外壳 的设计和 计算 , 主要 考虑两个方 面, 即钢壳 的强度 和激冷能 力.对 于强度问题 , 根据经验 . 采用

1 0 m m或 以上厚 度钢板即可满足要求;

对于激冷能力 , 可将钢质外壳 看成是一个大型内冷铁 , 从这一角度来考虑 , 使 问题 得以简化 .按凝固方式 , 内冷 铁可分为 熔焊式和不 熔焊式两种 已知该 处 冒口模 数为

2 O .

8 1 c m, 铸 件模数

1 2

0 5 c m,1 w =2 e r a, 浇注温度

1 5 d O ~ C, 则由图3和图4 求得熔焊和不熔焊 内冷铁断面尺寸分

1 5 o o 广........--------.......1翮}

1 6 o

0 = 钢被温度 ℃ 圈3焙焊内冷铁 的断 面寸别为 k

3 0 n m a 和k66rm~ , 平均值 为≠48rrⅢ.,由工艺 确定采用介于熔焊和不熔焊之间, 倾 向于熔焊的内 冷铁 , 再考虑到内部 强制冷却的因素, 最后取~36nml,则钢壳厚度为

1 8 n u n

2 .

3 排气系统设计 钢壳树脂芯和外芯在凝 固过程中将产生大量气 体,尤其是钢壳树脂芯 , 其内部树脂发气量较大 , 如/0, : 图4不熔焊 内冷铁 的断面 尺寸 果排气系统不合理将影响铸件的质量.为此设置两 套排气装置 , 即钢壳芯排气装置和外芯排气装置. 在钢壳芯的芯座端部 留出

2 0 n m l 厚 的间隙 , 用以连 接两套排气装置( 图 5中件

6 ) .排气道 由均布细孔 的钢管构成.冷却系统的结构和装配示意见图

5 . 图5冷却系统 的结 构和装配 意简图 1钢质外壳

2 . 支架 3排气道

4 强 制拎却器 5外芯 6排气连接装置 7铸件外轮廓

3 应用情况 在整体工装 的装焊制造过程 中, 应注意冷却器 的定位和装焊次序 , 以保证 内孔的尺寸精度.浇注 结束后. 开始送风实施强制冷却 强制冷却过程中, 气流顺畅 , 出 口气流温度较高.凝固期间. 排气系统 工作正常.落砂 、 清砂过程 中发现钢壳 内芯砂溃散 性良好, 达到预期 的 目的 内孔 的划线和机 械加工 表明其尺寸精度满 足要求 , 说明支撑定位器 的设计 和装焊是合理的. 从总体上看 . 强制冷却工装系统 的设计 和应用 是成功的, 为在大型铸件 , 尤其是半封闭厚壁铸件的 生产中采用强制冷却技术 , 提供了可靠的实施手段: 参考文献I赵成志等

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4 ) : 3~5

2 赵成 志等. 强制 冷 却在 大 型铸 钢件生产中的应 用 铸造 .

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2 3 李弘英 铸钢件的凝固和琏 密度的控 制北京: 机铖工业 出缸社 】

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