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電解鋁陽極爪架鑄造新工藝研究
作者:管理員    發布于:2015-12-30 13:42:39    文字:【】【】【

  進行了消失模鑄工藝生產陽極爪架的試驗,對工藝方案進行了選擇優化。對試驗中存在的問題提出了解決方法。

  消失模鑄造;陽極爪架;鑄造工藝1刖目陽極爪架為鋁電解工業大宗消耗件,普通鑄鋼件平均使用10個周期左右后,其變形無法再用。在殘極脫磷鐵時要求爪頭部位表面無凸凹、披縫、飛邊、氣孔、砂眼等缺陷。而采用潮模鑄造工藝生產爪架效率低,工人勞動強度高,勞動環境惡劣,產品外觀質量差。為達到閃光焊接對爪梁兩側及底面光潔平整度的要求,不得不增加加工工序,生產成本居高不下。

  消失模鑄造(又名:實型鑄造、氣化模鑄造)是20世紀80年代在世界興起的一種無型腔鑄造新工藝,它是將涂刷過涂料并經烘干的泡沫聚苯乙烯作為模型置于特制的砂箱中,并用無粘結劑的干砂通過微震方式緊實,在無砂芯、無粘結劑、無分型面,甚至無冒口的情況下,負壓澆注,保壓一段時間,獲得合格鑄件的新型鑄造工藝。負壓消失模鑄造有著普通砂型鑄造難以比擬的先進性和可靠性。筆者進行了該項技術替代傳統的陽極爪架潮模工藝的試驗研究。經過試生產證明,該工藝在提高產品質量的同時,既解決了陽極爪架的反變形預留問題,又大幅度提高生產效率。

  2試驗需要解決的問題2.1表面質量和機械加工余量問題砂型鑄造工藝示意圖見,極爪爪頭圓柱面要求光滑,不允許有皺皮、水波紋。潮模鑄造工藝操作中存在制芯、造型、取模、合型等工序,無法根除冷圈,砂芯分界面的披縫,無冷隔、水波紋等缺陷。另外,在砂型鑄造中,爪架橫梁兩側面及底面加工余量較大,影響著加工周期及費用,如何降低甚至去除,亟待解決。

  2.2極爪爪頭間距變化規律由于采用消失模鑄造工藝和極爪結構的特殊性,其收縮率的測量極為重要,本試驗為取得較準確的數據對陽極爪架韓豫剛(19*―)男,昆明工學院機械系鑄造專業,大學本科,工程師。

  共選取16個測量尺寸點,其中特別是對b處尺寸的測量極為重要,因為它的收縮率是反變形量的取值和模具設計的依據。

  3消失模鑄造工藝選擇分析3.1冒口工藝方案選擇方案二:冒口設置在4個爪頭處(如)。

  方案三,冒口設置在平臺處,去除冷鐵,利用消失模的特性,對冒口高度進行調整,采用頂冒口滿足補縮要求(如圖以上3個冒口工藝方案中,方案一冷鐵安放及回收操作上較困難。而方案二雖能保證鑄件致密,但割除冒口及爪頭底面加工費用將大大增加。且由于冒口為4個,工藝出品率較低,鑄件成本上升。方案三通過調整冒口尺寸、澆注溫度及速度等參數,可逐漸摸索出適宜的參數搭配。

  32澆口工藝方案選擇方案一:內澆口在冒口及底面階梯進水。方案二:內澆口在橫梁處進水。方案三:內澆口在冒口根部進水。

  比較以上方案:方案一,冒口及底面階梯設置,能獲得較滿意的鑄件質量,但爪頭底表面加工無法去除,甚至加工量還會增大。方案二,澆口在橫梁處進水,雖然可以減少對型腔的沖刷,但由于澆口處于爪架單側加工面上存在如下缺點:①增大氣割及機械加工余量;②造成整個爪架收縮變形,嚴重影響平直度。在內澆口的設計上,其位置盡量選擇在非重要加工面上連接面要小,以便去除。頂注式澆注系統充型速度快,有利于防止澆不到,產生冷隔缺陷,有利于定向凝固和補縮,可獲得較高的工藝出品率。方案三,解決了上述方案中的問題,但兩外側爪頭間處于自由狀態,爪頭間尺寸控制較難。綜上所訴,選擇工藝方案三相對較合理。

  選擇方案三做試驗,要考慮兩個方面:第一,主要是補縮,在兩外側爪頭中是否有縮孔;第二,由于爪頭間處于自由狀態,爪頭間距尺寸控制較難。本試驗通過大量數據歸納出冒口及澆口等工藝方案之間的關系,逐漸摸索出合適的參數搭配,解決了縮孔問題;爪頭間距尺寸采用統計分析的方法求出實際鑄件收縮率進行控制。

  4試驗4.1試驗的工藝流程陽極爪架負壓消失模鑄造工藝流程如所示。

  4.2模樣制作爪架模樣及澆注系統均采用聚苯乙烯泡沫塑料板材,人工切割、粘結制作,其密度0.015~0.025g/(m3. h上涂料樣千燥注系統細裝干砂澆注hi鑄;冷鑄件清砂1~*4測童尺寸選用水基涂料,為獲得良好的涂刷性,可在攪拌狀態下,浸涂并輔以刷涂。涂層厚度可根據鑄件表面質量要求進行調整,一般涂敷3次,厚度控制在1~2mm,模樣涂敷好后可在40~60*C下烘干,時間4~8h.要求:涂料涂掛性好,強度高,具有一定的透氣性,配比為剛玉粉:膨潤土:白乳膠:氧化鐵粉:羧甲基纖維素:其他= 4.4供干烘干過程注意模型的合理放置和支撐,防止模型變形。

  干燥后的模型應放置在濕度較小的地方,防止吸潮。

  4.造型和澆注4.5.1造型現有原砂,經烘干后,填入砂箱,供試驗用。試驗分別選取了紅砂、石英砂、紅砂和石英砂混合砂等,在使用過程中,對鑄件表面質量進行比較可知,在滿足模樣氣化產生的氣體既能通過砂粒之間的空隙被吸走,又能防止金屬液滲透的前提下,選用耐火度高,砂粒較細的原砂,較有利于鑄件表面質量的提高。分別對單件及雙件進行試驗。由于鑄件總重300kg左右,造型時干砂吃砂量應大于150mm填充干砂過程中在爪頭、橫梁底部及冒口頸部均需震實。

  消失模澆注較難掌握,必須對準澆口杯,一次澆注成功,中途不得斷流。當鑄型內負壓較低時,可能出現塌箱和脹箱及沖蝕現象但太高時又容易產生粘砂。一般應控制在5試驗結果及分析采用消失模工藝生產的陽極爪架,外觀質量較高,無夾砂、披縫等缺陷,在爪頭圓柱面要求較高處,無傳統砂型鑄造的冷圈、砂芯、分界面及水波紋,大大提高了陽極殘極脫環率克服了傳統的砂型鑄造生產爪架工序復雜,質量影響因素多,舊砂回用等問題。

  采用消失模工藝,筆者進行了大量的實驗,逐漸摸索出各種狀態下的變化規律累積數千個工藝參數。極爪反變形量可根據工藝參數的變化規律預先在模具上留出,即可獲得滿意結果。

  鑄件的尺寸主要來自金屬模具其形狀準確、重復性好。在工藝參數選擇合理的情況下,可得到較高的鑄件表面質量,具備精密鑄件的特點,可大大減少機械加工余量,有些原要加工但要求不太高的可不再加工,(下轉第181頁)2.5工作曲線的繪制用生鐵、鑄鐵系列標準樣品按試驗方法進行試驗,并繪制工作曲線。從曲線上可以看出,各曲線線性關系良好,方法完全可行(各元素工作曲線略)表1試驗結果樣品名稱測量元素標準值測得值生鐵鑄鐵痕量鑄鐵生鐵鑄鐵痕量鑄鐵生鐵鑄鐵痕量鑄鐵注明:本方法適合于生鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、普通合金鑄鐵、耐熱鑄鐵等鑄鐵中各元素的測定,對于高鉻鑄鐵中硅、磷的分析也可應用。本制備液還可測定生鐵、鑄鐵中Cu、Ni、Mg、稀土總量的測定,但測定Cr、Mo結果偏低。以上試驗結果均見表1 3結論改進后的生鐵、鑄鐵硅、磷、錳聯合測定方法簡單,容易操作,結果穩定,經我廠多年實際分析應用,結果滿意。

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