船用推進系統(tǒng)軸承蓋的鑄造工藝

王亞南

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 75 00 21）

船用推進系統(tǒng)軸承蓋的鑄造工藝

王亞南

（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川 75 00 21）

軸承蓋是船用推進系統(tǒng)的關鍵部件，安裝在輪船后部與支柱相連，材料為E N-G J S-50 0-7 U，需要進行材料性能、尺寸、U T（全部）、M T、P T等檢驗。在冷硬呋喃樹脂砂鑄造生產(chǎn)過程中，遵循型腔快速充型和鑄件順序凝固的原則，利用M A G M A軟件模擬，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗，通過溫度場的分析，設計鑄造工藝，生產(chǎn)出滿足顧客需求的優(yōu)質(zhì)合格鑄件。

軸承蓋；快速充型；M A G M A模擬

D O I：10.39 69/j.i s s n.100 6-96 58.2017.05.00 9

0 引言

吊艙式電力推進系統(tǒng)具有一流的水動力和運行效率，集漿和舵的作用于一身，可實現(xiàn)大型船舶原地360°旋轉(zhuǎn)，GPS精確定點定位，主要安裝在遠洋科考船、深水鉆井船、破冰近海支援船等大型高技術船舶上，軸承蓋鑄件是電力推進系統(tǒng)推進模塊上的關鍵部件，安裝輪船后部與支柱相連泡在水里，材料為EN-GJS-500-7U，通過寧夏共享檢測中心、ABB船舶、中國CCS船級社產(chǎn)品認證，瑞士通標標準技術服務公司（SGS）無損檢測，鑄件尺寸、性能均符合要求；鑄件精加工后通過科洛博（上海）數(shù)字科技顧問有限公司關鍵部件尺寸精度檢測，完全滿足要求的質(zhì)量規(guī)范。為保證生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)合格鑄件，本公司通過MAGMA模擬分析鐵液沖型和鑄件澆注后的溫度場，優(yōu)化鑄造工藝，生產(chǎn)滿足顧客需求的合格鑄件。

圖1 鑄件整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 鑄件內(nèi)腔剖面圖

1 鑄件結(jié)構(gòu)及技術要求

1.1 主要結(jié)構(gòu)特點及形狀參數(shù)

軸承蓋主體壁厚相差不大，圖1是鑄件整體結(jié)構(gòu)簡圖，圖2是鑄件的剖面圖。

1.1.1 鑄件基本信息

鑄件材質(zhì)為EN-GJS-500-7U；毛坯質(zhì)量1400 kg；外形輪廓尺寸：大圓φ1144 mm × 小圓φ270 mm ×高270 mm；鑄件最大壁厚為80 mm；鑄件最小壁厚在法蘭處，其厚度為38 mm。

1.2 產(chǎn)品技術質(zhì)量要求

(1)材料為EN-GJS-500-7U，滿足性能指標；

(2)尺寸控制公差執(zhí)行ISO8062CT11;

(3)鑄件表面磁粉探傷，執(zhí)行EN1369，鑄件關鍵區(qū)域達到：LM2、AM2，其余區(qū)域 LM3、AM3的要求；

(4)鑄件超聲波探傷，執(zhí)行EN12680-3，鑄件關鍵區(qū)域達到：2級，其余區(qū)域3級的要求；

(5)鑄件表面100%滲透探傷檢測，執(zhí)行 EN 1371-1，鑄件外表面區(qū)域達到2級；

(6)鑄件性能檢測及無損檢測通過CCS船級社產(chǎn)品認證、瑞士通標標準技術服務公司（SGS）無損檢測，鑄件精加工后通過科洛博（上海）數(shù)字科技顧問有限公司關鍵部件3D拍照尺寸精度檢測，鑄件質(zhì)量完全滿足要求。

2 設計方案

2.1 鑄造工藝方案確定

造型方法及鑄型種類。上下型全部采用砂箱造型，為保證鑄型強度，上下箱全部采用機械振動緊實方法。砂箱側(cè)壁鉆排氣眼，箱口放置φ10 mm尼龍氣道繩，保證排氣暢通。

澆注位置及分型面確定。此產(chǎn)品顧客檢驗要求φ1144 mm開口200 mm高度范圍內(nèi)的UT≤3級，根據(jù)順序凝固理論，重要部位優(yōu)先凝固，將分型面出在φ1144 mm開口處。另此產(chǎn)品關鍵區(qū)域需要磁粉探傷，對于表面質(zhì)量要求非常高，所以內(nèi)澆口采用底鑄，并增加過濾網(wǎng)。具體工藝設計如圖3所示。

2.2 澆冒口系統(tǒng)

2.2.1 澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)選擇開放式：遵循快速充型、低流速、多點分散澆注方式，降低了澆注系統(tǒng)二次造渣，使鑄件出現(xiàn)沖砂、夾渣缺陷減少。

2.2.2 冒口設計

(1)此產(chǎn)品主要化學成份為w(C):3.65%、w(Si)：2.3%、w(Mn)：≤ 0.35%、w(P)：0.035%、w(S)：0.008%。補縮根據(jù)C、Si、P三個成份計算，得到鑄件在凝固過程中的體積收縮率為1.2%，需要相應的補縮才能得到合格鑄件。

(2)通過利用球鐵凝固理論計算每個分區(qū)部位模數(shù)，并通過計算結(jié)合冒口補縮距離設計冷鐵厚度及冒口、冒口頸放置位置及大小。鑄件圓弧厚度尺寸為45 mm，根據(jù)冒口橫向補縮距離L=6×45=270 mm，此產(chǎn)品整體需要劃分為6個區(qū)域，分區(qū)進行冒口補縮，由于頂面寬度尺寸為20 mm不易放置冒口，所以需要相應的側(cè)冒口進行補縮。

圖3 澆注位置及分型面確定

橫向補縮內(nèi)圓軸承部位無法補縮到，在軸承部位放置冷鐵，使冒口橫向補縮距離縮短，通過計算有效模數(shù)為:

另，查鑄造手冊可得到收縮時間占總凝固時間的百分比ST=42%。

通過查foseco發(fā)熱冒口表，選擇Kalmin30012/15發(fā)熱冒口作為補縮冒口。

（3）通過MAGMA模擬來驗證計算結(jié)果：從充型、凝固過程看，凝固順序是從最底部到冒口內(nèi)部，具體如圖4所示，其凝固結(jié)果如圖5所示，從中可以看出CTQ區(qū)域無縮松缺陷，在實際生產(chǎn)中鑄件質(zhì)量良好與設計結(jié)果相符。

圖4 充型、凝固過程示意圖

圖5 模擬結(jié)果示意圖

3 結(jié)語

通過對于軸承蓋進行工藝策劃設計，在此過程中通過理論計算、現(xiàn)場經(jīng)驗和MAGMA軟件相結(jié)合，實現(xiàn)了理論與實踐相結(jié)合原則，使用冷硬呋喃樹脂砂生產(chǎn)此類鑄件，實現(xiàn)了鑄件的快速充型、順序凝固，鑄造出了滿足顧客需求的優(yōu)質(zhì)合格鑄件。

[1] 繆承偉.模工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社，198 0：205-206.

[2] 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊：鑄造工藝學（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，200 3.

[3] ??.金屬材料液態(tài)成型工藝[M].北京:化學工業(yè)出版社，200 8.1.

Marine propulsion system for bearing cover of casting

WANG YaNan
（Kocel Machinery Limited，YinChuan 750021,Ningxia,China）

The bearing cap installed on the ship back and connected to the backbone is the key component of the propulsion system.The material is EN-GJS-500-7U.Tt needs inspection of the material performance,size,UT,MT,PT an so on.To produce high quality castings which meet customer demand,we design casting process using the MAGMA simulation software combining with the production experiences,following the rapid fi lling and proportional solidif i cation and analyzing temperature fi eld in cold-setting resin furan sand casting production process.

bearing cap；rapid fi lling；simulation with MAGMA

T G 244+.4；

A；

100 6-96 58（2017）05-00 28-03

2017-05-02

稿件編號:170 5-177 1

王亞南（198 6—），工程師，主要從事鑄造工藝設計及現(xiàn)場質(zhì)量改進工作.