淺談離心鑄管生產(chǎn)設(shè)備及工藝與瓶頸

李甫（大連萬陽重工有限公司,遼寧大連116317）

淺談離心鑄管生產(chǎn)設(shè)備及工藝與瓶頸

李甫
（大連萬陽重工有限公司,遼寧大連116317）

摘要：本文通過在生產(chǎn)中的實(shí)踐，簡述臥式離心鑄管技術(shù)的發(fā)展及工藝方法，著重描述生產(chǎn)的設(shè)備及離心工藝控制的關(guān)鍵點(diǎn)及鑄管新技術(shù)的應(yīng)用。并對現(xiàn)存的瓶頸及問題進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：離心鑄管;設(shè)備;工藝;新技術(shù);瓶頸

0引言

在管類、套類、輥類以及雙金屬或者多層金屬制造方面，離心鑄造方法無論從生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量方面都有不可比擬的優(yōu)勢，例如補(bǔ)縮能力及充填能力強(qiáng)、外表致密度高、力學(xué)性能好、工藝出品率高。??本文簡述以下幾個方面

（1）設(shè)備要點(diǎn)：針對產(chǎn)品類型的設(shè)備選擇，合理的針對離心鑄造設(shè)備，并對其進(jìn)行特定的設(shè)備配置方案。

（2）工藝要點(diǎn)：優(yōu)化離心澆注工藝參數(shù)，規(guī)范離心鑄造工藝設(shè)計，如轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)計、澆注定量、澆注裝置設(shè)計，嘗試加入新技術(shù)等。

（3）生產(chǎn)中的瓶頸：目前離心鑄造出現(xiàn)的問題簡單列舉。

1離心鑄管的特點(diǎn)

1.1運(yùn)動特點(diǎn)

在離心力作用下，密度較小的質(zhì)點(diǎn)向旋轉(zhuǎn)中心移動（內(nèi)浮）；密度較大質(zhì)點(diǎn)向型壁移動（外沉）。它們的浮、沉速度比一般重力鑄造時可大約G倍，故離心鑄造時密度較小的氣泡、渣粒能很快移向自由表面或處于鑄型中部的澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)中，但鑄件易產(chǎn)生密度偏析。

1.2凝固特點(diǎn)

（1）凝固順序是由鑄管外表皮向內(nèi)表皮凝固。

（2）離心鑄造的補(bǔ)縮能力強(qiáng)，金屬液的離心力比重力大G倍，它具有較大的克服晶粒間補(bǔ)縮通道對晶粒間縮松進(jìn)行補(bǔ)縮的能力。

（3）進(jìn)入離心鑄型的金屬液會在結(jié)晶前緣上有固液相混合區(qū)上發(fā)生相對滑動，使鑄件橫斷面上得到傾斜狀的柱狀晶。如果滑動劇烈，促使形成等軸晶。

（4）進(jìn)入鑄型圓柱表面上的金屬液是逐層覆蓋在軸向上充填鑄型。

2主要設(shè)備選用

鑄管采用的是臥式離心機(jī)，涂料金屬型離心鑄管（熱模法），模具（型筒）的材料選擇以耐熱沖擊及強(qiáng)度為前提（如30CrMo等），并考慮加熱的經(jīng)濟(jì)性來設(shè)計厚度，在此不再詳細(xì)敘述。

2.1澆口選擇

（1）小口徑鑄管

采用牛角式澆口，可在澆注槽中創(chuàng)建一定的壓力頭，增大金屬液進(jìn)入型筒時的軸向初速度，適用于在鑄型一端澆注較長的鑄件，也可用于澆注小口徑的鑄件。對于澆注小口徑的鑄件，通過增加澆口壓力頭的方法，使金屬液噴射進(jìn)入型腔，這是小口徑鑄管的必然選擇。

（2）大口徑鑄管

對于大口徑（內(nèi)徑≥200mm）較長（≥4000mm）的鑄管，由于金屬液的流程較長，且大口徑所需的鋼水量較大，從一個位置澆注會造成冷熱端溫度場分布不均勻，容易產(chǎn)生斷裂、組織偏析，更不利于模具的熱平衡，對模具的熱沖擊較大，減少模具的使用壽命。

因此對生產(chǎn)大口徑鑄管的離心機(jī)配有相對軸向移動式澆注槽，澆注槽的相對移動距離（節(jié)距）不能大于30-40mm，較小節(jié)距，通過提高鑄型轉(zhuǎn)速的方式，但是太高轉(zhuǎn)速會使鑄管表面出現(xiàn)薄的冷隔層。

2.2型筒的加熱及檢測設(shè)備

目前型筒的主要加熱方式為丙烷燃?xì)猓秩渭訜幔捕恕⒅卸巍⑽捕危煌瑓^(qū)段不同溫度控制。對型筒的溫度檢測為手工檢測溫度和自動紅外線控溫裝置。更準(zhǔn)確的監(jiān)測型筒內(nèi)外溫度，避免內(nèi)外溫差較大。

2.3型筒涂料的噴涂及清理設(shè)備??

使用自動涂料噴涂設(shè)備及自動清理型筒的設(shè)備，不僅僅是可以實(shí)現(xiàn)半自動化的原因，自動噴涂的涂層均勻，質(zhì)量穩(wěn)定，可以改善型筒的涂料表面及鑄管的質(zhì)量。

3工藝控制要點(diǎn)

3.1鑄型轉(zhuǎn)速的優(yōu)化

目前生產(chǎn)上主要的計算公式有三種，5520公式、凱門公式、重力系數(shù)公式等，都是以離心力公式為基礎(chǔ)，給以不同假設(shè)前提推導(dǎo)而來，需要經(jīng)具體生產(chǎn)條件修正。對既定的轉(zhuǎn)速優(yōu)化方案如下：

（1）澆注較厚壁鑄件時，在澆注和澆注后鑄件初始凝固時，先采用較小型筒轉(zhuǎn)速，而后提高型筒轉(zhuǎn)速，防止鑄件外壁產(chǎn)生裂紋。

（2）澆注較長的薄壁管時，在澆注時可采用小的鑄型轉(zhuǎn)速，而后迅速的提高鑄型轉(zhuǎn)速，并在離心力作用下凝固。

（3）澆注大直徑的管件時，應(yīng)適當(dāng)降低鑄型轉(zhuǎn)速，因?yàn)樾屯策\(yùn)動的線速度相對于進(jìn)入的金屬液的線速度超過某一數(shù)值，則會引起較大的飛濺。

（4）在澆注結(jié)晶范圍寬的合金，可采用較高的鑄型轉(zhuǎn)速，以利于補(bǔ)縮、驅(qū)除金屬液中的夾渣或增強(qiáng)金屬液的充型能力。

3.2澆注前的控制要點(diǎn)

（1）鑄型的控溫方式鑄型采用紅外線自動測溫儀對型筒分三個區(qū)域（澆注端、中間端、尾端）進(jìn)行實(shí)時溫度檢測，手工對型筒內(nèi)部溫度進(jìn)行檢測。總結(jié)內(nèi)外溫差與型筒厚度的關(guān)系。

（2）選用適合的涂料配比，以避免粘管、出現(xiàn)氣孔、裂紋等為前提，合理選擇鋯英粉、石英粉及水玻璃的搭配比例。

（3）在實(shí)踐中總結(jié)自動噴涂設(shè)備的行走速度、風(fēng)管壓力與形成涂層的厚度的關(guān)系，盡量做到參數(shù)化控制。

（4）澆注定量定量方式主要分為控制質(zhì)量和體積兩種，質(zhì)量定量準(zhǔn)確，最便捷的方式還是采用吊車電子稱的方式。

3.3新技術(shù)的應(yīng)用

（1）電磁攪拌技術(shù)：把旋轉(zhuǎn)的鑄型放在電磁場中，促使進(jìn)入型內(nèi)金屬液產(chǎn)生強(qiáng)烈的滯后于鑄型的相對運(yùn)動，使鑄件獲得細(xì)等軸晶粒組織。

（2）在真空或者惰性氣氛中離心澆注，防止金屬氧化，出現(xiàn)夾渣。??（3）當(dāng)有些合金鑄管在軸向收縮受阻時，常易產(chǎn)生橫裂，可在型筒的一端用氣動或液壓活塞作端蓋，或者澆端和尾端做部分?jǐn)嗯_。

4現(xiàn)存問題及瓶頸

目前，雖然離心鑄造工藝已經(jīng)日趨完善，技術(shù)及設(shè)備參數(shù)化，但是仍然存在以下問題：

（1）紅外線控制型筒溫度只能測量型筒外表溫度，實(shí)際有效溫度為型筒內(nèi)部溫度，尤其是較長的型筒的中段，只能利用手工對型筒的兩端用紅外線測溫。

（2）型筒的清理后，會產(chǎn)生大量的高溫涂料灰塵，造成車間的環(huán)境及空氣質(zhì)量污染。布袋式除塵方式難以收集，吸風(fēng)式要求大功率電機(jī)及配套設(shè)施，暫沒有更環(huán)保的方法解決！

（3）小于50mm的管徑的鑄造仍然是難點(diǎn)，首先，澆入金屬，現(xiàn)階段僅靠澆口壓力頭噴射解決。其次，直徑小的鑄管轉(zhuǎn)速高，容易出現(xiàn)夾雜或者斷管等問題，都有待于持續(xù)研究。

參考文獻(xiàn):

[1]ASMinternational，15-casting[S].ASMHANDBOOK，2008.

[2]鑄造工程師手冊第3版，2010.