大型挂舵臂铸钢件铸造工艺优化.docx

大型挂舵臂铸钢件铸造工艺优化
张可锋，杨涤心，谢敬佩，王爱琴，王文焱,李洛利
（河南科技大学材料科学与工程学院，洛阳471003）
摘要：利用华铸软件对大型挂舵臂铸钢件进行了温度场的凝固模拟，预测了缩孔、缩松缺陷产生的部位，并且解释了形成机理，在此基础上对其铸造工艺进行了优化，通过对模拟结果进行分析，结果表明：合理设置保温冒口、冷铁的大小和位置，可以保证铸件顺序凝固，并且延长金属液的有效补缩距离，获得符合国际标准的挂舵臂铸钢件。
关键字：挂舵臂凝固模拟缩孔缩松工艺优化
中图分类号：文献标识码：
Technologicaloptimizationforheavyrudderarmsteelcastings
ZHANGKe-feng,YANGDi-xin,XIEJing-pei,WANGAi-qin,WANGWen-yan,LILuo-li
(InstituteofMaterialScienceandEngineering,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang,Henan471003)

Abstract：ThetemperaturefieldofthesolidificationsimulationfortheheavyrudderarmsteelcastingshasbeenmadewithHUAZHUCAE/Inte-CAST8.0software,thepositionofshrinkagecavityandporosityofarepredictedandthecausingofmechanicareinterpreted.Basedonthis，thedesignofthesecastingshasbeenoptimizedbyanalyzingthesimulationresult.theresultshowsthatthesizeandplacementoftheinsulatedriserandironchillareintercalatedreasonablycouldpromisecastingsdirectsolidificationandfeedingdirectionofmetalliquidislengthened.？Sohighqualityrudderarmsteelcastingswhichaccordingtointernationalstandardcouldbeachieve。
KeyWords：rudderarm；solidificationsimulation；shrinkage；processoptimization

船舶挂舵臂是支撑、吊挂舵结构的关键件，并且承受较大的载荷，挂舵臂的性能和质量在船舶的使用过程中起到非常重要的作用，其质量的好坏直接关系到整艘船舶下水点和建造质量，挂舵臂一般使用铸造低碳钢，在相图中位于包晶区，其凝固特性决定了铸件易形成显微缩松[1]，只要挂舵臂存在有微量的缩孔、缩松、裂纹、夹杂等缺陷，都可能给船舶的运行带来巨大的危险。挂舵臂铸钢件大都为小批量生产，铸件重量大（单件重量80～157吨），耗用钢水材料多，显然，进行反复试浇不合理，而传统的铸造工艺往往只是凭借铸造工艺人员的实际经验进行，常常需要反复试浇，进行超声波探伤和磁粉探伤等鉴定和分析[2]，才能得到一个合理、优化的铸造工艺方案。而利用凝固过程的数值模拟技术，对凝固过程的温度场进行模拟计算处理，预测铸件中可能出现的缩孔、缩松位置，对初始工艺方案进行改进，制定出合理的工艺方案，缩短试制周期，降低成本，从而取得明显的经济效益。
挂舵臂初始工艺
此挂舵臂的外型轮廓尺寸为7629×1860×5639,重量为82，材质为：，化学成分（质量分数%）：：0.18～0.23、：0.89～0.92、：0.40～0.60、：≤0.01、≤0.025、≤0.20、≤0.50、≤0.20、≤0.30。
传统的制作工艺如下：
1）采用阶梯式浇注系统。三层阶梯浇道，其具体尺寸如下：采用4—140直浇口，分别布置在大、小端头的两端，横浇口采用40～120过渡，长向上将直浇口接通，横向上仅需将底层直浇口接通，内浇口三层，每侧均布6道100，上层在分型面下300处，下层平行于底部轮廓高出约100。
2）分型面选择：分型面在小舵轴孔中心线540处。
3）浇注温度：浇注温度为1560℃。
4）采用立浇工艺，即把铸件实体从平躺状态翻转90°，成为侧立状态浇注。
5）冒口设置：该挂舵臂热节（厚大部位）主要在两个加工轴孔及筒体与侧向伸出部分交接处。根据热节大小及补缩距离计算，在大头舵轴孔上处设置1－Φ900明冒口，浇高为：1600，在小头轴孔处设置1－Φ900的明冒口，浇高为：1920，冒口沿