回转窑大型铸钢齿轮铸造工艺的设计.pdf

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1、回转窑大型铸钢齿轮铸造工艺的设计西安文理学院(陕西710065)何斌锋中煤西安设计工程有限责任公司(陕西710054)陈伟【摘要】以水泥回转窑大型铸钢齿轮为例，2．铸造工艺设计介绍了利用计算机技术进行铸造工艺的优化设计，图1所示是该大型齿轮的三维实体图，该铸件并对铸件的凝固过程进行了模拟计算。模拟结果表直径5300mm，由于铸件的尺寸较大，所以将铸件明，方案一并不能完全消除铸件中的缺陷。由于铸以112件的形式来进行铸造。从图中可以看出，该件的体积较大，在浇注过程中金属液的温度很快降齿轮为轮辐式，铸件尺寸较大

2、，可以判断出，如果低，导致在铸件中形成了铸造缺陷。为了消除这种没有补缩措施，齿轮的轮辐和外齿圈交汇处肯定会缺陷，对浇注系统进行了保温处理，采用保温浇产生铸造缺陷，因为这些地方是该铸件热节处。为道，模拟结果显示这种浇注系统能有效地保持浇道了不出现这种情况，在每个轮辐和外齿圈交汇处分中金属液的温度，从而为铸件凝固收缩提供了足够别设计一个补缩冒口，其直径为440mm、高度为的金属液。650mm，为了能有效补缩，将这些冒口设计为保温冒口。1．概述水泥回转窑是水泥熟料干法和湿法生产线的主要设备。在外界动力的驱动下，回

3、转窑体在齿轮的带动下作回转运动。一般在比较大的回转窑上齿轮图1齿轮三维实体的尺寸也是非常大的。对于这种大型的齿轮，通常是先采用铸造的方法生产出齿轮毛坯，然后再对毛对于浇注系统，为了能使金属液尽快地充入到坯进行加工。传统的铸造工艺是建立在试错的基础铸件中，选择了多内浇道进行浇注，内浇道的分布上，不但难以体现出铸造过程的科学性，而且由于是在每个轮辐处都有一个内浇道进入铸件。工艺方试错法的试验周期长、成本高，所以越来越不能与案一的浇注系统及其补缩系统如图2所示。图2a为现代化生产相适应。计算机模拟技术提供了一种更

4、齿轮铸件的浇冒口系统，图2b为该铸件的网格划有效的设计浇注系统的方法，这样铸造过程就可以分，图中红色为铸件及浇冒口系统部分，绿色为保在计算机上进行模拟来实现，既降低了成本，又缩温冒口外部的保温材料。短了试验的周期。目前，市场上所有的模拟软件都是建立在对现有工艺验证的基础上，很难单独利用计算机软件来进行铸造工艺系统的设计。我们所采用的是比利时(a)浇冒口系统WTCM铸造中心研究开发的ViewCast铸造模拟软件，是一款集模拟、设计于一体的软件。该软件能够对充型凝固过程流体流动与传热过程进行耦合模拟，并且能通过

5、模拟结果进行浇注及补缩系统的设计。本文以铸钢齿轮为例，说明了利用ViewCast(b)网格软件来进行铸造工艺设计的一般过程。图2方案一齿轮浇冒口系统参磊⋯熟_23齿轮先进翩造技术专题3．模拟分析持续凝固lOOmin后齿轮轮辐基本全部凝固，只剩(1)方案一的模拟分析图3是方案一的凝固下齿轮轮圈没有凝固。另外，从图3b中可以看出，过程模拟结果，从图中可以看出铸件总的凝固所需所有冒口的显示颜色很浅，尤其是冒口心部，从旁要的时间约为313min，也就是说当凝固时间达到边颜色条可以看出，颜色越浅表明凝固所需的时间31

6、3min时，所有的处于液态的金属将会全部变成固越长，所以冒口的凝固时间最长，这符合铸件凝固态，形成铸件。从凝固过程中可以看出大齿轮的轮的要求。从图3c也可以看出，所有的冒口都能满足辐处凝固较快，这是因为这些位置的尺寸较小，在铸件凝固时的补缩需求。但是通过缺陷预测之后发整个铸件凝固过程中凝固所需要的时间较短，在凝现，在大齿轮的轮辐处(轮辐与每个内浇道交接固初期这些位置就开始凝固，而且凝固很快。铸件处)都出现了缺陷，如图3d所示。_，(d)缺陷预测图3方案一的凝固过程模拟从方案一的模拟结果可以看出，这套浇注系统

7、铸件其他部位的凝固影响不大，只是延长了浇注基本能满足该铸件的铸造，尤其是补缩系统，均匀系统的凝固时间。从图5b可以看出，同样在凝固■■■■-_I■移分布的冒13都能按照设计思想来实现其补缩的目1OOmin的时候，方案二中由于保温材料的加入，使内浇道凝固时间延长。从图5d中可以看出，加上保的。但是铸件中还是出现了缺陷，从缺陷出现的位温材料后的浇注系统能为大齿轮轮辐处提供凝固时置可以分析出，这个部位出现铸造缺陷是由于内浇所需要的金属液补充，因此，凝固模拟结果显示铸道的补缩能力不足。但是在实际中不可能将内浇道件中

8、几乎没有缺陷产生，说明工艺的改进确实是起设计的很大，而是根据铸件的实际情况来设计的。到了优化作用。那么，增大内浇道的补缩能力就是解决该问题的关键所在。为此，我们对该浇注系统进行了优化，即增大内浇道的补缩能力，也就是想办法延长内浇道的凝固时间，为此将该浇注系统中的内浇道改成了保温浇道，就是采用耐火材料来形成浇注系统，以(a)浇冒口系统此来达到对金属液保温的目的。如图4所示是对浇注系统加上保温材料后的方案。(2)方案