淺談圓錐破碎機主機架縮松改進

摘 要：針對實際生產(chǎn)中的大型圓錐破碎機主機架縮松的位置，分析其產(chǎn)生的原因及機理。在此基礎上對鑄造工藝進行改進，再利用MAGMA 軟件進行模擬優(yōu)化。結果表明，合理設置保溫冒口、補貼、冷鐵的大小和位置，可以保證鑄件順序凝固和金屬液的有效補縮，獲得滿足顧客規(guī)范要求的圓錐破碎機主機架鑄件。

關鍵詞：大型圓錐破碎機；主機架；凝固；縮松；模擬

礦石破碎機械廣泛運用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學工業(yè)等眾多部門。隨著世界經(jīng)濟的逐漸回暖，礦山等基礎產(chǎn)業(yè)的復興，破碎機的需求與日劇增，客戶對產(chǎn)品的質量、性能要求也越來越高。主機架作為礦山機械中重要的大型鑄件，與上端支架、上機架、中機架相比，其結構復雜，壁厚小、均勻。結構特性決定鑄件很難實現(xiàn)順序凝固，易產(chǎn)生縮松。生產(chǎn)中其變形、縮松、縮孔缺陷比較突出，磁粉探傷后出現(xiàn)超標磁痕顯示，不僅影響了產(chǎn)品的質量，增加成本，而且影響交貨期。本文通過利用凝固過程的數(shù)值模擬技術，優(yōu)化鑄件的鑄造工藝，保證鑄件的順序凝固及鋼液補縮效果，最終解決了主機架的縮孔、縮松缺陷，提高了主機架的質量，保證了此類產(chǎn)品的批量穩(wěn)定供貨。

一、工藝設計方案

（一）產(chǎn)品的基本參數(shù)及技術要求

本文當中選擇了一款mp800系列的主機架作為探究的對象，該系列的主機架是一款大型的圓錐破碎機械當中比較有代表性的系列之一。下圖當中所示的便是該系列主機架，該主機架的輪廓尺寸比較大，其結構相對復雜，均壁比較多，其最大的輪廓甚至達到了3727×2436毫米，其鑄件的質量為35.3T，材質達到J03006。

（二）初始工藝

1.我們可以從鑄件的結構當中進行深入的分析和探究，以此來對鑄件的分型方案進行有效的確定。

2.我們可以根據(jù)鑄件的順序凝固方式對其補縮方式進行相應的設計，我們在其結構上就可以看出其上下兩法蘭處的區(qū)域都出現(xiàn)了熱節(jié)的現(xiàn)象，所以要想沿著同一個方向上進行順序凝結的話是相對難以實現(xiàn)的，所以需要從中間的腰帶處進行冷鐵的設計，這樣的話再在上下兩法蘭處設置補縮的冒口。

3.所謂的澆注的方法便是采取底返式的澆注體系，通過直澆道以及橫澆道將鋼液導引至鑄件的底端，然后由內(nèi)部澆口從底部注入型腔。

二、鑄件出現(xiàn)問題分析

在鑄件的過程當中一般情況下會經(jīng)歷從澆注的溫度冷卻直到室溫的一個變化，并且要度過三個相互之間聯(lián)系緊密的一個收縮階段，這三個階段可以稱之為液態(tài)收縮、凝固收縮以及固態(tài)收縮的過程。在這一過程之中其容積大并且相對集中的孔洞我們稱之為縮孔，而那些細小而且較為分散的孔洞則可以稱之為縮松。至于為什么會出現(xiàn)縮松的問題可以說其形成的原因相當?shù)膹碗s，這不僅僅與合金的質量、性質、溫度、操作方式等有些千絲萬縷的關系，更是與同枝晶的大小、特性以及結構的形態(tài)、發(fā)展的速度以及外部壓力等等一系列的原因都產(chǎn)生了很大的關系。有專家在對金屬液在其凝固的過程當中的流動狀態(tài)進行了深入的研究之后提出了質量補縮以及枝晶補縮的一個想法。很多的研究都指向縮松的問題主要是金屬液的流動受到了某些阻力，合金凝固收縮時無法得到金屬液的相應補給從而產(chǎn)生的縮松。

在找到了原因的基礎上一些相關學家也對此提出了一些解決方式，其解決的方式一共有五類，即液體補縮、質量補縮、枝晶間補縮、固體補縮以及爆炸填充的方式。在這五種補縮的方法當中其最為普遍的便是液體補縮的方式，由于該方式最早被發(fā)現(xiàn)并被使用所以也是其得到廣泛使用的主要原因。

從更為寬泛的角度出發(fā)對于mp800的主機架的腰帶區(qū)域壁厚且較為均勻，其工藝設計的補縮冒口又被設計在了其上下法蘭加工的部位之中，鑄件的腰帶處并未安置金屬補貼，從而沒能夠達到良好的補縮通道，最終使得冒口的垂直有效的補縮距離無法達到所需的要求，這也就很容易出現(xiàn)縮松的現(xiàn)象了。

我們從凝固學的角度出發(fā)對其進行一個有效的分析，在主機架澆注工作進行結束之后，伴隨著溫度出現(xiàn)逐漸的減低，鋼液的體積也慢慢的發(fā)生著收縮。所以當鑄件任然處在一個液態(tài)的情況下，金屬液并未形成枝晶，鑄件補縮的通道任然相當?shù)捻槙?，金屬液的流動性能也就得到了保障，一旦發(fā)生液態(tài)收縮的情況其冒口的鋼液也可以得到有效的補縮。

凝固后期大量枝晶開始形成，枝晶發(fā)達，枝晶臂相互連接，枝晶間形成大量網(wǎng)狀結構（枝晶骨架）。此時的枝晶臂發(fā)達，不容易被液體壓力差破壞，同時此處主機架結構為均勻壁厚，凝固過程從上到下同時發(fā)生，大量的枝晶連接阻礙了冒口液量對此處的補縮，不會發(fā)生“爆炸充填”。補縮液在枝晶間流動，阻力很大，基本上為滲流，因此枝晶間的液體得不到外界的補縮最終產(chǎn)生縮松。從這一點看，后續(xù)工藝改進時不能加大冒口。軸孔處鑄件硬度達不到技術要求，主要是因為此件其他部位硬度不高，只有此部位硬度要求高。

三、工藝措施

對于工藝進行改進的想法主要有從縮松的出現(xiàn)區(qū)域采取工藝解決措施，確保朝向冒口的補縮通道能夠一直保持著順暢無阻。

由于mp800的主機架當中的腰帶區(qū)域與冒口距離較遠，冒口的補縮梯度又達不到所需，所以可以使用模數(shù)計算的方式對工藝進行補貼的增加，從而大大的提升了補縮通道的順暢性。

將冒口的有效補縮距離進行增加，其方式主要有兩個，也就是增大冒口、放置冷鐵。對于上述兩種方式我們在實際操作過程當中都進行過相應的實驗，可以發(fā)現(xiàn)在兩個冒口之中會出現(xiàn)縮松的現(xiàn)象，這主要是由于兩個冒口對于該區(qū)域出現(xiàn)了熱干擾的現(xiàn)象，從而對該區(qū)域的凝固時間造成了拖延從而導致的縮松情況，另外還有一個情況便是由于兩個冒口通過該區(qū)域的相互流動，從而導致該區(qū)域與冒口的同步出現(xiàn)了凝固，而且后期時間又沒有得到及時的補縮最終導致了縮松的情況產(chǎn)生。

還可以使用局部熱處理的方式對縮松的情況進行相應的解決和處理，這樣可以使得該區(qū)域的鑄件硬度能夠達到相應的技術要求，最終解決縮松問題的產(chǎn)生。

四、結語

我們在實際的操作過程當中結合實踐經(jīng)驗以及理論知識對于在主機架當中出現(xiàn)縮松的現(xiàn)象進行了有效的解決，并且對于解決的方式進行了詳細的闡述，希望能夠通過補縮的方式確保金屬液的流通性能不受干擾從而防止縮松現(xiàn)象的出現(xiàn)，對于圓錐破碎機的質量以及性能而言都是極大的保障，并且使得購買的客戶能夠對產(chǎn)品達到滿意的程度。

參考文獻

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作者簡介：龔雪輝，江西銅業(yè)集團銀山礦業(yè)公司露天采礦場。