壓力澆注

壓力澆注

壓力澆注(pressured teeming)是一種向鋼(鐵)液施加外力,使之充型結晶的特殊澆注工藝。壓力澆注由美國阿姆斯德得公司獲得專利,初始用於輕金屬鑄件。五十年代用於壓注中碳鋼車輪,而後發展到生產各種合金鋼和不鏽鋼大型鋼坯。由於該工藝生產的鋼坯表面光滑,內在質量好,金屬收得率較高,引起了鋼鐵廠家的重視。

簡介

壓力澆注由美國阿姆斯德得公司獲得專利,初始用於輕金屬鑄件。五十年代用於壓注中碳鋼車輪,而後發展到生產各種合金鋼和不鏽鋼大型鋼坯。由於該工藝生產的鋼坯表面光滑,內在質量好,金屬收得率較高,引起了鋼鐵廠家的重視。據文獻資料,到目前已有美、蘇、日、德、比利時、西班牙、瑞典等國採用壓力澆注法澆注大截面鋼坯。

在我國,壓力澆注僅用於生產鑄件,且多為輕金屬鑄件。七十年代太鋼、鞍鋼先後進行了大型板坯和大直徑園鋼的壓力澆注試驗研究,取得了良好的效果。用壓力澆注法生產的小鋼坯,還未見報導 。

工藝簡述

壓力澆注工藝設備主要由氣路系統、密封罐、盛鋼桶、鑄錠車組合鋼錠模等組成。饒注工藝過程如下:盛鋼桶吊入罐中;將帶升液管的罐蓋蓋在罐體上,這時升液管插入鋼液中,旋轉卡環,蓋與罐體鎖緊,將罐密封。移鑄錠車至罐旁。用連線管將湯道和升液管連通。向罐內通入壓縮空氣,鋼液即沿升液管上升,直到充滿鋼錠模;保壓一段時間,使鋼液凝固。撤壓,卸下連線管。反向旋轉卡環,吊走罐蓋,吊出盛鋼桶。移走鑄錠車去脫模。鑄錠車是人工移動的,待納入正式生產流程後再用機械牽引。鑄錠車上放有底盤。底盤分三段製造,用螺栓連成一體。錠模沿湯道分兩排放置,共24個。每個錠模有兩個孔腔,可鑄3寸錠二隻。錠模為組合式,由兩個半模組成,外用角鋼做骨架,內銀石墨孔腔,由鎖緊裝置鎖緊。

設備的選定和計算

1、盛鋼桶

為使盛鋼桶充分占用罐的空間,且便於卸鉤,將盛鋼桶設計成橢圓形。其耳軸中心與橢圓短軸重合,其總長度與橢圓長軸相等。盛鋼桶僅是一個容器,且容量小,所以全部採用∅=10mm的鋼板焊接,並在耳軸處加了補強鋼板和腰帶,形成一個密封圈。通過耳軸中心又加了豎帶,這些補強帶都增加了盛鋼桶的強度和剛度。

盛鋼桶的高度1290與直徑1200之比為1. 07,接近於1,符合散熱損失的要求。盛鋼桶的錐度為1. 11,以利於清理罐底。桶壁鋼板上鑽有排氣孔,底部設有翻轉吊環。

2.密封罐

密封罐是受壓容器,由罐體、罐蓋、卡環、卡子等組成。罐體口緣上開有燕尾槽,槽內放∅25mm橡膠圈,它高出罐口平面3 -5mm。卡環放至罐口上,沿園周均布裝有8個卡子。罐蓋開有8個缺口,和卡環上的8個卡子位置相對,以便放於罐體上。卡環下面裝有二個支架,互成180°,它和氣缸活塞桿相連。

氣罐另一端和焊於罐體上的氣缸座相連。在罐蓋上均布焊有8個斜鐵,當氣缸活塞推動卡環轉動時,卡子上的斜鐵和罐蓋上的斜鐵相楔合。力傳到卡子壓緊罐蓋,罐蓋壓緊橡膠圈,從而達到密封。斜鐵的傾斜角5°43' ,摩擦係數f=0. 15,最大摩擦角8°32',實際摩擦角小於最大摩擦角,可自鎖。

罐的側面有進氣口和排氣口,分別接進氣管和排氣管。罐蓋上有園孔,安放升液管。

①鋼液上升需要的壓力:

鋼液的比重r= 7. 5kg/cm3,鋼液實際升高h=2666mm(盛鋼桶內最低液面至鋼錠最高液面的距離)。

鋼液上升需要的壓力:P=rh+1. 034=0. 308MPa 。

設計壓力為最大工作壓力的1. 05--1. 1倍,所以:P=0. 39MPa。

②密封罐容積

根據盛鋼桶的尺寸,選定密封罐的內經為∅1400mm,加罐蓋後內部淨高為1525mm。經計算罐的容積為:2. 29m³。

③密封罐的強度

考慮到密封罐在高溫下受壓及蠕變,而且要求罐體具有一定剛度。罐體採用20號鋼板焊接,厚度為20mm。

④卡子

罐蓋受的總壓力:P = 5215. 85MPa

每個卡子承擔P₁ = 65.1. 98MPa

卡子的最大拉伸應力為受P₁的拉伸應力及由P₁產生的彎矩而產生的拉伸應力總和。

3、空壓機

密封罐容積2. 29M³,減去盛鋼桶容積,按2m³計算。將壓力為0. 39MPa,體積為2m³的空氣換算成1標準大氣壓20℃的空氣。

4、氣路系統:

壓鋼液上升和氣動啟閉罐蓋共用一個氣源。壓縮空氣由空壓機供給,經逆止閥和截止閥,然後分為兩路;一路為啟閉罐蓋氣路,經截止閥,分水濾氣器,調壓器,油霧器,二位四通滑閥,進入氣缸。另一路為壓鋼液氣路.經截止閥及調壓閥送入密封罐。

氣動系統操作簡述:

盛鋼桶吊入密封罐中,蓋上罐蓋後,操縱二位四通滑閥,壓縮空氣進入氣缸,活塞推動卡環帶動卡子旋轉,將斜鐵楔緊,使罐蓋壓緊橡膠密封圈,將罐密封。然後開啟閥,壓縮空氣進入罐中壓鋼液上升充滿模錠。經過保壓,鋼液達到凝固狀態,打開放氣閥卸壓。而後操縱二位四通滑閥換向,氣缸活塞回退反向旋轉卡環到原位。此時便可打開罐蓋,吊出盛鋼桶,準備下一個周期澆注 。

壓力澆注形式

壓力澆注通常有兩種形式,其一是用壓鑄機依靠活塞將金屬液壓射進模內充型結晶,簡稱壓鑄。此法可生產出尺寸準確、結晶緻密、加工餘量很小、表面光潔、機械性能比一般模鑄件高的各種小型鑄件。適用於有色金屬、碳鋼、低合金鋼、高合金鋼壓鑄件。前蘇聯已用該法生產出重80kg的鋼坯。另一種形式是利用氣體(如壓縮空氣等),加壓於金屬液面上,使金屬液經升液管進入模內結晶成坯(或鑄件)的鑄造工藝。由於所用壓力較低,所以也稱為低壓鑄造。低壓鑄造的工藝過程是先把盛有鐵(鋼)液的鐵(鋼)水包放在密封的壓力罐內,再把裝有升液管的蓋子扣在壓力罐上,(升液管也可裝在壓力罐下部)壓緊、密封。然後在壓力罐內通入壓縮空氣,快速充壓,使金屬液平穩地經升液管上升進入模腔內。模子一般與水平的夾角為120~400。低壓鑄造主要用於鋁合金、銅合金鑄件。我國大連造船廠的銅合金船用舵,大型銅合金螺旋槳(重可30t)以及大連機車車輛廠的大型柴油機用球墨鑄鐵曲軸和鑄鋼曲拐,都是用低壓鑄造的,質量良好。

優點

壓力澆注與一般模鑄相比有以下優點:

(1)金屬收得率高;

(2)鑄件結晶緻密;

(3)鑄件表面光滑,缺陷少,一般不用修磨;

(4)鑄件尺寸準確,加工量少,節省金屬 。

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