铸钢件的制作方案

铸钢件的制作方案

一. 概述

xxX主体育场并非简单构筑物，其中的铸钢件要求尺寸精度高且加工制作难度大，其既为一件精密的机械零件，又是一件精美的艺术品。

在xxX主体育场铸钢件的设计、模型制造、铸造、加工及质检等过程中，始终贯彻下述原则：我们在设计、生产制作过程中，认真执行相关国家、行业及特定验收标准。严格控制每一生产过程，确保提供外型尺寸符合图纸要求；化学成分、机械性能达到设计要求；铸钢件内外质量满足检测要求的高品质铸钢件。

xxX主体育场铸钢件是集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测量(CAM)及先进的铸造凝固模拟分析技术（CAE）为一体的高科技产品。

本内容详细介绍xxX主体育场铸钢件在设计、制作过程各个环节：难点及解决方案；铸钢件主要结构形式；制作工艺流程；铸钢件制作；质量控制；检验标准。

二. 关键点、难点及解决方案

（一）铸钢件的关键点

关键点：xxX主体育场铸钢件结构形式需要满足下列要求：

首先：铸钢件保证原设计的外部造型及整体受力要求。

其次：铸钢件保证尺寸精度及表面粗制度的设计要求。

最后：铸钢件内部结构符合铸造工艺的要求。

解决方案：针对以上铸钢件的关键点，利用三维造型软件、有限元受力分析软件、计算机凝固模拟分析软件相互协调，在原设计的基础上深化设计满足上述要求的铸钢件结构形式（铸钢件三维实体模型）。

（二）铸钢件的难点

难点：由于xxX主体育场铸钢件的特点种类多、数量多、分枝多，导致大量的模型制作工作量。如何解决模型制作在满足设计的结构形式的前提下保证工期的要求是本工程的难点。

解决方案：针对以上铸钢件的难点。利用三维造型软件。

在模型制作环节采用木模型及消石模相结合的形式。既能满足生产过程对模型的要求；而且又能大大缩短模型制作周期。进而确保整个铸钢件的制作周期，及铸钢节点的质量与精度的控制。

三. 罩棚结构铸节点的主要结构形式

本工程的铸钢节点在不同的单元中外形相似，但却不相同，按设计要求每个节点大于10个分枝（最大分枝为16）则选择铸钢形式。我们选取罩棚结构划分单元的铸钢件节点的形式如下所示：

ZG11-1 ZG11-2

ZG12-1 ZG12-2

ZG12-3 ZG12-4

ZG12-5 ZG12-6

ZG13-1 ZG14-1

ZG14-2 ZG14-3

ZG14-4 ZG14-5

ZG14-6 ZG16-1

四. 铸钢件制作工艺流程

五. 铸钢件制作（以ZG16-1节点为例）

1.铸钢件三维实体模型设计

(1）设计依据：

xxX主体育场图纸及资料

中国工程建设标准化协会标准《建筑用铸钢件技术规程》

三维实体模型如下：

ZG16-1模型图

(2）计算机凝固模拟分析确定铸钢件铸造工艺方案

凝固模拟是以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析。它可以完成铸件的凝固分析、流动分析以及流动和传热耦合计算分析。确定铸钢件的浇注温度、浇注速度、浇注时间、钢水需求量、砂型中冷却时间等工艺参数，同时预测铸件缩孔和缩松的倾向。对改进和优化铸造工艺、提高铸件质量、降低废品率、保证工艺设计水平稳定等起到积极的作用。通过凝固模拟预测铸件缺陷、优化铸造工艺，保证xxX主体育场铸钢件具有优良的质量。

钢水的充型过程虽然短暂，但他体现了工艺中浇注系统的设计是否合理。合理的浇注系统在钢水充型过程应达到以下三方面的效果：首先在浇注过程中钢水流动相对平稳，杜绝造成大的涡流，避免导致卷气、卷渣、夹杂。其次局部的流速不能过大，避免导致冲砂。最后钢水充满瞬间型腔中的钢液温度分布相对均匀，避免导致冷隔、浇不足等缺陷，造成在凝固过程应力集中、补缩通道过早凝固，形成液相孤立区，达不到顺序凝固的作用。或者冒口因此达不到最佳效果。

工艺中的冒口、冷铁、铬铁矿砂、工艺补贴等措施决定型腔中的钢液在凝固过程能否实现有效的顺序凝固，确保冒口对铸件进行最佳补缩效果。避免出现补缩通道提前隔断，从而在铸件内部形成大的液相孤立区。进而导致铸件内部缩松、缩孔缺陷。影响铸件的内在质量，降低使用性能。应用凝固模拟分析软件对xxX 主体育场铸钢节点ZG16-1铸造过程进行模拟分析，分析过程如下图片所示。通过分析整个凝固过程。工艺的各种措施能够确保铸件的凝固过程实现有效的顺序凝固。

凝固过程一凝固过程二

凝固过程三凝固过程四

凝固过程五凝固过程六

凝固过程七

2.模型制作

模型的设计与制造是铸钢件制作的关键步骤。铸造中常用的模型制作方法有：木模型、蜡模型、金属型、消失模。其中，蜡模型只适用于小件生产，金属型适用于铸钢件、批量生产。因此铸钢件常用的模型制作为：木模型、消失模。木模型特点：适合小批量生产的铸钢件，但模型制作周期长。消失模特点：适合单件生产的铸钢件，模型制作周期相对缩短，但无法二次使用。根据本项目的特点（多品种铸钢件）主要选用消失模，搭配木模型生产铸钢件。

3.铸造

铸造是获得良好铸钢件制作的重要环节之一，根据铸钢件的特殊性并结合消失模本身的特点，制定合理的铸造工艺是铸件能否成功的关键因素。

(1）涂料

涂料是为了增加型砂抵抗金属液的冲刷和侵蚀作用，防止铸件表面产生机械或化学粘砂获得表面光洁的铸件。

本铸件采用醇基涂料，这种涂料具有良好的透气性、强度高、干燥速度快等特点。涂料层需>2毫米。

(2）浇注系统（具体到每种铸钢件需待模拟凝固后确定）

在铸造生产中，浇注系统是影响铸件质量的重要因素之一。根据铸钢件铸造的特点，我们制定浇注系统的基本原则如下：

确保进入型腔的钢液平稳、没有涡流现象。

选择合理浇注位置，以利于铸件顺序凝固。

浇注系统不应在铸件上引起热应力。

保证在浇注过程中，金属液在铸型内有合适的上升速度。

浇注系统的结构应具排气、挡渣能力。

4.热处理

热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢的内部组织结构，从而改善钢性能的一种工艺。所以温度和时间是影响热处理过程的主要因素。xxX主体育场铸钢件的加热速度取决于钢的化学成分、铸件的断面大小以及铸件的形状。一般合金钢铸件的加热速度比碳钢铸件要低些。铸件断面越大，形状复杂、断面厚薄相差较大时，加热速度要缓慢些。保温时间取决于铸件的壁厚或炉子的堆料