無模化數控加工技術在大型鑄鋼件生產中的體現

李燕飛

摘要：冶金材料制造是工業發展不可或缺的重要環節，其中大型鑄鋼件技術加工面臨著許多困難，通過計算機技術的應用對大型鑄鋼件生產流程進行模擬，在大型鑄鋼件加工的過程中起到輔助生產的作用，實現對整個加工流程的全面控制，完善現有的生產加工程序。冶金材料制造理念的轉變，需要在現代化工業生產的過程中創新傳統的技術生產模式，由資源集中性生產向技術精細化轉變，有效預防生產資源枯竭的問題。本文主要探究了無模化數控加工技術在大型鑄鋼件生產中的體現，希望能夠全面提高大型鑄鋼件的生產加工效率，實現產業技術突破。

Abstract： Metallurgical material manufacturing is an indispensable and important link in industrial development. Among them， the technical processing of large steel castings faces many difficulties. The production process of large steel castings is simulated through the application of computer technology. Play the role of auxiliary production， realize the overall control of the entire processing process， and improve the existing production and processing procedures. The transformation of metallurgical material manufacturing concepts requires the innovation of traditional technical production models in the process of modern industrial production， the transition from resource-intensive production to technical refinement， and effectively prevent the problem of depletion of production resources. This article mainly explores the embodiment of moldless CNC machining technology in the production of large steel castings， hoping to comprehensively improve the production and processing efficiency of large steel castings and achieve industrial technological breakthroughs.

關鍵詞：無模化數控加工;大型鑄鋼件生產;體現

Key words： moldless CNC machining;large-scale steel casting production;embodiment

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0105-02

0? 引言

世界各國的工業發展密切關注大型鑄鋼件技術加工水平的提升，傳統的工業生產形式逐漸被現代化新型加工工藝所取代，大型鑄鋼件的生產與繼電器、計算機等機電設備進行有效結合，創新了傳統的技術工業流程，建立集約化的大型鑄鋼件生產模式，實現對傳統冶金資源的合理利用。大型鑄鋼件是當代工業發展的重要零部件，在核電、軍事等領域得到廣泛應用，保證大型鑄鋼件的生產效率，能夠助力我國工業產業技術突破。

1? 無模化鑄型數控加工技術原理和特點

1.1 無模化鑄型數控加工技術原理? 在數字化技術的驅動下，大型鑄鋼件的生產采用快速無模化鑄型加工技術，能夠簡化生產流程，全面提高生產質量，在無模化數控加工技術應用前，要求工作人員進行實際測量得到準確的鑄型參數，建立系統分析模型將長、寬、高、內外徑等數據輸入到模型中進行加工實驗。利用計算機設備將參數數值轉換為電子數據，無模化鑄型虛擬模型的建立，需要利用鑄型軟件通過計算機設備，將得到的虛擬模型經過CAD數據處理，以三維CAD模型的方式輸出，工作人員將得到的CAD模型數據上傳到大型鑄鋼件生產車床上，作為生產加工各流程的參考依據。應用計算機技術進行車床工作參數和模型分析數據的對比實驗，制定出最優的澆注路徑，利用計算機自帶的分析軟件，判斷選擇的澆注路徑是否合理，通過科學的模擬操作，提取鑄型制造參考的模型分析數據，由計算機后臺軟件構建澆注模擬環境，評估鑄型加工設計的合理性，判斷鑄型完成的產品能否直接投入到車床完成技術加工。

鑄型加工模擬流程以仿真模型的形式輸出，結合得到的仿真模擬分析結果，將數值傳輸到車床控制設備中，對鑄型制造的整個加工環節進行優化，計算機技術在數控車床中的應用，能夠對鑄型制造與加工的各流程進行全面控制，保證最終的鑄型處理質量。無模化數控加工在大型鑄鋼件生產中的應用，要求以鑄型三維CAD為基礎，直接完成砂型的技術加工得到鑄型處理后的產品，通過澆注技術得到成品鑄件。由此得出結論無模化數控加工技術的有效應用，能夠全面提高數控機床刀具設備的可靠性，保證最終測算得到的數值精準性，在整個生產流程中機電設備始終處于穩定的運行狀態。在鑄型加工階段一旦存在輕微的數據偏差就可能造成成品瑕疵，無模化鑄型數控加工技術融合了CAD技術、數控車床加工技術等新興科技，在進行大型鑄鋼件制造加工的過程中，能夠直接采用數控技術替代傳統鑄型過程中模具的使用，實現加工流程的數字化發展，保證產品設計的精密性和柔性化，并具有綠色化的發展優勢，改變傳統鑄件制造過程中存在的問題和不足。當前我國在進行鋼鐵裝備材料制造研究的過程中，證實了無模化鑄型數控加工技術的可靠性，是現代化工業制造中廣泛應用的鑄件生產制造工藝。

1.2 無模化鑄型數控加工技術特點? 簡化傳統生產工藝流程，取消了傳統大型鑄鋼件鑄件制造過程中的建模環節，縮短了鑄件加工制作周期，全面提高大型鑄鋼件的生產效率。在大型鑄鋼件加工過程中融入計算機技術、數控技術，不需要預留拔模斜度，全面提升金屬鑄件的加工精度，減少生產流程中的人工干預。有效避免人為因素的影響，減少鑄件生產數值誤差。運用數控技術進行鑄模制造不需要提供設計實物，通過對鑄型和鑄件的模擬計算，選擇合適的澆注方案，在計算機中進行反復測試，數控技術在大型鑄鋼件設計加工中的運用，縮短了大型鑄鋼件的研發周期，助力我國工業技術升級。

2? 大型鑄鋼件生產中無模化數控加工技術的體現

2.1 澆注方案的制定及鑄造工藝設計? 澆注方案的制定及鑄造工藝設計中無模化數控加工技術的應用，需要結合用戶提出的生產需求確定大型鑄鋼件的整體結構，選擇合適的設計方案，常用的鑄件澆注形式有主法蘭端向上、主法蘭端向下、主法蘭端豎立三種，其中主法蘭端豎立需要進行砂芯固定，主法蘭補縮流程十分復雜，這與無模化數控加工簡化工藝流程的原理相違背，首先排除該方案。

2.1.1 主法蘭端向上? 該澆注方案的優點在于能夠實現順序凝固，在澆注過程中運用主法蘭上端設計的冒煙口進行補縮處理，降低人為因素的影響，保證補縮流程的穩定性，能夠更好的實現順序凝固的澆注要求，能夠通過直視完成冒煙口配置工作，與向下澆注方案存在優劣勢翻轉的特點;該澆注方案的缺點在于砂芯固定十分困難，砂芯穩定性不足，實際操作流程不符合設計規范，無法精準的進行尺寸控制。

2.1.2 主法蘭端向下? 該澆注方案的優點在于砂芯穩定，為后續合箱操作的開展提供便利，全面提高鑄件尺寸的設計精度，提高主法蘭面的加工質量;該澆注方案的缺點在于主法蘭處于下箱，在進行由上到下澆注作業時，補縮冒煙口位置選擇十分困難，在裝設過程中會遇到多種問題，將近一半的外表面區域處在上表面，很容易引發上表面氣孔、夾砂等鑄造缺陷發生，不利于鑄造。通過對兩種澆注工藝的對比分析，兩者各自存在優缺點，無法直接判斷哪一種更適合大型鑄鋼件的生產，當大型鑄鋼件為第一次生產時，設計人員缺乏能夠參考的澆注經驗。因此，工作人員需要結合自身的生產技能掌握情況，選擇操作難度較低的澆注方案，提前進行生產試驗，分析實驗結果當最終的方案效果不理想時，測試另一套澆注方案的適用性。在試驗的過程中要對具體澆注位置進行計算，在凝固模擬軟件進行加工程序模擬后，制定出最終的澆注方案。

2.2 大型鑄鋼件造型制芯方案? 大型鑄鋼件造型制芯過程中無模化數控加工技術的應用，需要進行砂型（芯）造型材料的研發，生產出適合大型鑄鋼件無模化制造的造型制芯材料，傳統鑄件生產過程中采用的樹脂自硬砂、水玻璃砂等材料經過復雜的加工流程后，會出現塌型和強度不足等問題。設計人員通過成形實驗對砂坯強度進行分析，探究影響鑄件成形的主要原因，調整傳統型砂制作配方的材料比例，在大型鑄鋼件生產的過程中保證鑄型經過數控切削加工后成形。在進行鑄件澆注前需要完成砂芯的制作工藝，在澆注過程中能夠使用對應砂芯，確保施工流程的有序性。兩種澆注方案對鑄件的特性和結構特征提出了合理條件，兩種方案執行采用同一砂芯型號，用活塊彌補澆注的差異性，使砂芯能夠適用于不同的澆注方案，避免出現材料浪費。

2.3 無模化數控加工方案設計? 在大型鑄鋼件生產的過程中設計無模化數控加工方案，采用solid? works三維設計軟件，結合客戶的設計需求繪制鑄件造型圖紙，采取合適的設計方案，在鑄件模型中輸入相應數值建立工藝三維圖像，并通過計算機顯示出來。通過實驗對比計算出產品的長寬高和內外徑等基礎尺寸，調整砂型建模的體積，用具有最大加工能力的鑄型數控成型加工機進行砂型加工，保證設備參數的準確性，設計出合理的砂型階段性分型生產措施。工作人員運用數控技術完成加工程序設定。根據大型鑄鋼件的鑄造加工需求，預埋澆注系統生成砂塊，但砂塊的體積較大，需要在使用前用砂箱在砂型外圍形成保護，降低大型鑄鋼件的鑄型工作量，為鑄型的轉運操作提供便利，在完成砂塊制造后輸入到鑄型數控成型加工機進行鑄件加工。

2.4 大型鑄鋼件數控加工專用刀具開發? 鑄型的形成是采用石英砂、陶瓷粉等具有較高硬度和耐磨性的粉體材料，統一在粘結劑的作用下完成固化，因此，在進行鑄型切削處理的過程中，傳統的高速加工刀具會在與砂粒碰撞的過程中產生磨損，砂粒的外表面包裹著粘結劑會與道具產生摩擦作用。對鑄件進行技術切削時，銑刀處于高速旋轉的狀態，不會產生切削液，刀具的表面會出現明顯的劃痕，甚至會導致崩刃現象的發生。鑄型切削與傳統的金屬加工形式不同，無法通過切削液完成冷卻。鑄型型腔十分復雜并具有較高的深度，刀具的刀柄區域要進行加長設計，全面提高刀具的使用強度，保證鑄型的切削精度。

2.5 合箱和開箱方案? 合箱和開箱方案的制定中無模化數控加工技術的應用，在完成砂型加工后，需要結合大型鑄鋼件的鑄造工藝需求，選擇適合區域進行冒口設置，嚴格按照技術要求進行涂刷。經過合箱、鑄件熔煉和澆注技術處理后，鑄件開箱進行清砂和熱處理，在完成機床切割和打磨后，由工作人員進行鑄件的力學性能檢測、成品尺寸檢驗、100%射線探傷檢驗和液態滲透情況檢驗，結合得到的多項檢驗結果分析，判斷鑄件表面質量與模具澆注的鑄件表面質量是否一致。一般情況下，鑄件參數精度>模具造型鑄件的參數精度，檢查鑄件的上表面是否存在夾渣缺陷，最終檢測結果會直接影響到后續的工件打磨工作，將預期的生產成品要求與真實成品質量進行對比，及時進行技術調整，主法蘭區域設置的冒口較大，并存在芯內冒口切割存在較大難度。大型鑄鋼件加工流程分析，大型鋼鑄件加工過程中無模化數控加工技術主要體現在：工藝三維圖和三維模型的建立過程中;砂型制作、澆筑、合箱的分段模擬過程中;制造與加工對方案的執行管理中;無模化數控加工技術將鑄件加工數值輸入到電子計算機內，輸出三維設計模型。將大型鑄鋼件的生產分為砂型制作、澆筑、合箱等多個階段并進行系統模擬，提高設計參數的精準性，將獲取的數據作為制造工序編制的主要參考，嚴格按照設計的生產方案完成加工，最后成品要經過開箱檢測和調試。

3? 總結

計算機技術、數控技術等先進制造工藝的創新與完善，讓大型鑄鋼件的生產制造迎來了新的發展機遇，為我國工業持續發展奠定基礎，采用無模化數控加工技術進行大型鑄鋼件的生產，能夠縮短生產周期、降低模具材料的損耗、節約企業生產成本、提高產品質量。

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