0引言
球磨機磨球是水泥、電力和冶金礦山工業(yè)部門主要消耗件之一。我國鑄造磨球在整個磨球生產(chǎn)數(shù)量中占有相當大的比重。
1994年和1996年分別由國家建材總局和冶金工業(yè)部制訂了部頒標準(JC/T533-94,YB/T-1996),鑄造磨球的國家標準不久也將公布和實施。目前,鑄造磨球的生產(chǎn)工藝基本分為:金屬模鑄造、砂型鑄造及少量的消失模鑄造。材質(zhì)基本為:高、低鉻白口鑄鐵和貝、馬氏體球墨鑄鐵。其中,大部分采用手工生產(chǎn),機械化程度很低,質(zhì)量控制的手段和方法也不同。所以,各磨球廠生產(chǎn)磨球的質(zhì)量差別也較大。
其中,除化學成分、熱處理等因素外,磨球的鑄造質(zhì)量和組織是磨球質(zhì)量的主要控制因素,且模具設計和制造是一個關鍵工序,也是影響磨球質(zhì)量和工藝成本的重要環(huán)節(jié)。我們將在下面進行詳細討論。
1金屬模模具設計的原則和應用
金屬模鑄造磨球和砂型不同。由于磨球在金屬模中冷卻速度比在砂型中要快得多,加上磨球的特殊的球形形狀,決定了如果沒有外來鐵水補縮的話,其凝固程序必定是外圈先形成一個硬殼,然后逐漸凝固收縮,在球的中心形成縮孔或縮松。這種鑄造缺陷使磨球在使用過程中因沖擊產(chǎn)生應力集中而開裂。因此,如果將傳統(tǒng)砂型工藝的澆鑄系統(tǒng)用于金屬模鑄造磨球,必然會產(chǎn)生問題。
金屬模鑄造磨球由于冷卻速度快,凝固組織細而致密,其硬相組織呈垂直于外表面的放射型排列,這種組織結(jié)構對磨球的抗磨特性比較有利。在同樣的材質(zhì)條件下,金屬模鑄造的磨球比砂型硬度要高出(2~3)HRC,耐磨性提高20~30。由于金屬模鑄造的一些特有的優(yōu)點,特別對不再進行高溫熱處理的直徑為30mm以上的低鉻鑄鐵磨球,我們優(yōu)先推薦采用金屬模鑄造。目前,金屬模鑄造磨球有單球和一模多鑄兩種。后者鑄件收得率及生產(chǎn)效率高。一般,只要模具設計合理,可以獲得較均勻組織和合格健全的磨球。
有的廠家對直徑100mm以上的磨球采用單模澆鑄,這種選擇也是合理的。
鑄造磨球金屬模設計的基本考慮和原則是:(1)保證合理的鑄件和金屬模模具的鐵模比,至少為1∶5~6,以保證必要的冷卻速度和模具壽命。
?。?)內(nèi)澆口和冒口必須采用預制的保溫套或現(xiàn)場制作的保溫砂型,以保證冒口中的鐵水能及時從內(nèi)澆口對鑄件進行補縮。
?。?)合理的澆鑄溫度和模具溫度。
?。?)便于制造和操作,盡可能減輕勞動強度。
除此以外,金屬模鑄造磨球經(jīng)常遇到的問題是:加工質(zhì)量不高或定位不準;掉砂、粘模、模具使用壽命不高等。這些問題隨著合理的模具設計以及生產(chǎn)工藝的改進,大部分工廠已得到基本解決。但是,最佳的模具設計應切實根椐鑄件的凝固狀態(tài)來確定它的實際尺寸和工藝。這里,應用計算機的凝固模擬軟件來解決這個問題是最好的辦法了。
2金屬模鑄造的磨球凝固狀態(tài)的計算機模擬
目前,利用專用的計算機模擬凝固軟件來解決模具設計及優(yōu)選鑄造工藝已愈來愈廣泛地得到成功應用。但是,這種軟件用于金屬模鑄造的磨球凝固狀態(tài)的計算機模擬尚屬初始階段。下面我們簡要地介紹利用清華大學CIFT的“鑄造之星”
?。‵T-STAR)對一模多鑄的直徑為100mm的金屬模鑄造的磨球進行凝固狀態(tài)的計算機模擬結(jié)果。