2100LB電鏟驅動輪的國產化開發(fā)

易劍輝,葉喜平

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

2100LB電鏟驅動輪的國產化開發(fā)

易劍輝,葉喜平

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

主要介紹 2100LB電鏟驅動輪在國產化開發(fā)過程中的鑄造及熱處理工藝參數。采用該工藝,國內自主生產出了符合電鏟驅動輪要求的質量與機械性能的產品。

電鏟;驅動輪;鑄造;熱處理;機械性能

在 2100LB電鏟的行走機構中,驅動輪是其關鍵部件。長期以來,該部件一直受到外國原廠家的壟斷,不僅價格昂貴,且供貨周期長。針對這一現狀,公司從長遠著手,決定對其進行國產化開發(fā)。

驅動輪作為電鏟行走機構的關鍵部件,要求其具有優(yōu)良的機械性能及較高的硬度和耐磨性;且要求擁有較高的尺寸及精度要求;同時,由于它是高錳鋼鑄造,存在加工硬化嚴重、切削溫度高、切削力大、斷屑困難、尺寸精度不易控制等問題,因此我們決定采用組合方式來生產驅動輪:先將輪緣鑄造成型,而軸套則鍛打后金加工完成后焊接組合而成。通過成熟的熱處理工藝能夠確保產品所需求的尺寸精度和機械性能。

1 結構特點及材質分析

該件 (圖 1)形狀非常復雜,直徑達到?1320mm,厚度為394mm。尺寸公差為 ±3mm。

同時每個側面的 13個驅動凸起要保持在行走時同步驅動履帶板,所以對其的尺寸精度要求很高。由于該鑄件的壁厚相差較大,在鑄造及淬火過程中產生的熱應力大,易于產生裂紋。鑄造缺陷還須在調質前進行補焊,以獲得要求的機械性能和硬度指標。機械性能指標見表 1。

我們采用的是組合方式,為了保證輪緣具有良好的耐磨性和硬度,根據公司實際情況,我們使用的是高錳鋼材質選用 ZG Mn13Cr Mo,軸套采用低碳合金鋼 35Cr Mo,方便后期的金加工,最后焊接連接而成。由于是采取組合的方式,所以在兩個零件預留焊縫坡口,坡口形式如圖 1所示。因為是采用的是兩種材質,要特別注意焊接及熱處理工藝的選擇。

表 1 驅動輪的機械性能

2 輪緣的鑄造工藝設計

2.1 確定鑄造工藝方案

圖2 輪緣結鉤

輪緣結構形式為(圖 2)據其結構特點及嚴格的尺寸精度要求,輪緣采用水平分模、實樣造型的工藝方案。此方案的特點為:對開分模,上、下型都由實樣形成,泥芯最少,易保證鑄件的尺寸精度;分型面是平面,上、下型高度適中,易于起模;可實現坐標模板定位,能夠有效的防止偏箱,這樣可以保證鑄件毛坯兩面對稱度高,驅動輪行走時可以同步驅動履帶板。

2.2 工藝參數的選擇[1]

輪緣采用的是高錳鋼 ZG Mn13Cr Mo材質,熔點約為 1400℃。根據其壁厚值大小確定其澆注溫度為 1420℃～1480℃。按照該件結構、材質的物理性質以及造型材料等綜合因素的影響,選擇其線收縮率為2.2%。

2.3 造型材料[2]

為了保證鑄件的尺寸精度,提高其表面質量,我們選用鎂橄欖砂作為型砂,鎂橄欖砂為原砂是因為其高溫化學穩(wěn)定性好,在烘干及澆注過程中不會產生相變。同時該型砂蓄熱系數大,耐火度高,可以提高逐漸的表面質量,并可細化晶粒,提高機械性能;而且該型砂屬中性材料,不會產生化學粘砂。同時我們選用七O砂為芯砂,因為其可以保證芯砂的退讓性,防止在凝固收縮過程中受阻而使鑄件產生裂紋。

2.4 澆、冒口的設計[3]

軸套部分采用鍛壓工藝成型,這里主要介紹輪緣部分澆注系統的設計。

為保證鑄件的內部質量,必須有足夠的鐵水進行補縮及暢通的補縮通道。如果補縮不好,將造成機加困難和不能達到使用要求。

用模數法計算:

M件 =ab/2(a+b)=99.4cm

式中:a為軸頭處壁厚,a=394mm;b為軸頭處高度,b=520mm;M冒 =KM件 =12.4cm;K為系數,取 K=1.25。

根據冒口的模數定制冒口的具體尺寸。中間采用 2個保溫冒口,輪緣再放置 12個保溫冒口。

中間的 2個冒口為點注冒口,用熱節(jié)圓法計算,該處最大熱節(jié)點的熱節(jié)圓直徑D=95mm。則:

?冒=KD=190mm

其中:K取 2.0。

輪緣冒口直徑計算得出 ?=180mm。

2.5 輪緣的熱處理[4]

由于輪緣部分采用的是高錳鋼 ZG Mn13Cr Mo材質,采用水韌處理,根據輪緣的大小以及厚度,設計的熱處理工藝見圖 3。經過水韌處理后,對輪緣的各項機械性能及硬度指標檢測,所有指標均達到要求,因此這個熱處理方式是能夠滿足要求的。

圖 3 輪緣熱處理工藝圖

3 軸套的制作

軸套(圖 4)是連接電鏟驅動軸的主要受力部分,它需要具有良好的強度、韌性以及抗疲勞強度等機械性能,根據公司情況采用的是 35Cr Mo,為了滿足軸套所需要的強度、韌性以及抗疲勞強度等性能,特采用先經過鍛打,然后經金加工達到尺寸要求后進行調質處理,其調質處理工藝為:調質處理860℃,并保溫 2～3h,然后油冷、回火。經過檢測,軸套的機械性能符合要求。

圖4 軸套結構

4 工件的組合焊接

由于輪緣材質為 ZG Mn13Cr Mo,而軸套材質為35Cr Mo,屬于異種金屬的焊接,焊接難度比較高,應采取必要的方式使焊接性能符合要求。為了滿足要求,輪緣與軸套采用過盈配合,在裝配時,現將輪緣加熱后將軸套安裝進去。

在選擇焊接方式時,考慮到時異種金屬的焊接,而且工件對焊后的強度、抗疲勞度要求比較高,因此在焊接前,進行預熱處理,而焊接坡口則選用U形坡口。為了保證焊接性能,我們采取了用不銹鋼焊條在焊接坡口處打底,厚度為 5mm左右的底層,最后焊接選用 J506焊條,J506焊條該焊條具有焊縫成型美觀、電弧穩(wěn)定性好、飛濺小、脫渣容易、熔深適中等優(yōu)點[5],尤其適用于全位置焊接,焊條堆焊層能有效地承受惡劣工況下高硬度磨料磨損和高應力接觸疲勞磨損[6]。焊接完成后經過無損探傷,焊縫無缺陷。對其化學成分的檢測符合驅動力的要求,機械性能滿足。

5 結語

應用該工藝我們成功生產出了鑄件表面質量好、化學成分達標、機械性能優(yōu)良、尺寸和位置精度均達到技術標準要求,整體產品焊接后經過超聲波探傷無缺陷,機械性能也滿足要求。

(1)對于厚大截面的鑄件,合理設計冒口、澆注系統,控制澆注溫度,保證鑄件在冷卻凝固過程中有足夠的鋼液補充,是防止產生縮孔、縮松的重要措施。

(2)對不同的材質采取不同的熱處理工藝,保證零件良好的機械性能。

(3)在異種金屬焊接過程中,在選用焊條,工藝參數要根據兩種材質的特性而選用正確的焊接工藝。

(4)實踐證明,所采取的工藝措施可靠、工藝參數選定合理。

REFERENCES

[1] 張明之,韓丙告.鑄造詞典[M].北京:中國農業(yè)機械出版社, 1987.

[2] 劉喜俊.鑄造工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999.

[3] 施延藻.鑄造實用手冊 [M].沈陽:東北工業(yè)學院出版社, 1988.

[4] 張玉庭.簡明熱處理工手冊 (第二版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998,9:270-273.

[5] Buck Schevo,肖世航.用于連接異種金屬的工業(yè)焊接技術[J].兵器材料科學與工程,1985,(10).

[6] 李益祖.關于異種金屬焊接的評述 [J].鍋爐技術,1986,(6).

Localization development of drive wheel of 2100LB electrical shovel

YIJian-hui,YE Xi-ping
(Dexing CopperMine of JCCL,Shangrao,Jiangxi,334224)

This paper introduces the casting and heat treatment parameters of the localization of drive wheel of 2100LB electrical shovel,which turns out that domesticmanufacturer is also capable ofmaking quality drivingwheelproduct to meet requiredmechanical perfor mance.

Electrical shovel;Drivingwheel;Casting;Heat treatment;Mechanical performance

book=63,ebook=68

TD422

B

1009-3842(2010)02-0063-03

2010-02-04

易劍輝(1979-),男,江西宜豐人,本科,工程師,主要從事電鏟的現場維護工作。E-mail:yjhisfly204@sina.com