无模化数控加工技术在大型铸钢件生产中的体现

李燕飞

摘要：冶金材料制造是工业发展不可或缺的重要环节，其中大型铸钢件技术加工面临着许多困难，通过计算机技术的应用对大型铸钢件生产流程进行模拟，在大型铸钢件加工的过程中起到辅助生产的作用，实现对整个加工流程的全面控制，完善现有的生产加工程序。冶金材料制造理念的转变，需要在现代化工业生产的过程中创新传统的技术生产模式，由资源集中性生产向技术精细化转变，有效预防生产资源枯竭的问题。本文主要探究了无模化数控加工技术在大型铸钢件生产中的体现，希望能够全面提高大型铸钢件的生产加工效率，实现产业技术突破。

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.

关键词：无模化数控加工;大型铸钢件生产;体现

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

中图分类号：TG659                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）18-0105-02

0  引言

世界各国的工业发展密切关注大型铸钢件技术加工水平的提升，传统的工业生产形式逐渐被现代化新型加工工艺所取代，大型铸钢件的生产与继电器、计算机等机电设备进行有效结合，创新了传统的技术工业流程，建立集约化的大型铸钢件生产模式，实现对传统冶金资源的合理利用。大型铸钢件是当代工业发展的重要零部件，在核电、军事等领域得到广泛应用，保证大型铸钢件的生产效率，能够助力我国工业产业技术突破。

1  无模化铸型数控加工技术原理和特点

1.1 无模化铸型数控加工技术原理  在数字化技术的驱动下，大型铸钢件的生产采用快速无模化铸型加工技术，能够简化生产流程，全面提高生产质量，在无模化数控加工技术应用前，要求工作人员进行实际测量得到准确的铸型参数，建立系统分析模型将长、宽、高、内外径等数据输入到模型中进行加工实验。利用计算机设备将参数数值转换为电子数据，无模化铸型虚拟模型的建立，需要利用铸型软件通过计算机设备，将得到的虚拟模型经过CAD数据处理，以三维CAD模型的方式输出，工作人员将得到的CAD模型数据上传到大型铸钢件生产车床上，作为生产加工各流程的参考依据。应用计算机技术进行车床工作参数和模型分析数据的对比实验，制定出最优的浇注路徑，利用计算机自带的分析软件，判断选择的浇注路径是否合理，通过科学的模拟操作，提取铸型制造参考的模型分析数据，由计算机后台软件构建浇注模拟环境，评估铸型加工设计的合理性，判断铸型完成的产品能否直接投入到车床完成技术加工。

铸型加工模拟流程以仿真模型的形式输出，结合得到的仿真模拟分析结果，将数值传输到车床控制设备中，对铸型制造的整个加工环节进行优化，计算机技术在数控车床中的应用，能够对铸型制造与加工的各流程进行全面控制，保证最终的铸型处理质量。无模化数控加工在大型铸钢件生产中的应用，要求以铸型三维CAD为基础，直接完成砂型的技术加工得到铸型处理后的产品，通过浇注技术得到成品铸件。由此得出结论无模化数控加工技术的有效应用，能够全面提高数控机床刀具设备的可靠性，保证最终测算得到的数值精准性，在整个生产流程中机电设备始终处于稳定的运行状态。在铸型加工阶段一旦存在轻微的数据偏差就可能造成成品瑕疵，无模化铸型数控加工技术融合了CAD技术、数控车床加工技术等新兴科技，在进行大型铸钢件制造加工的过程中，能够直接采用数控技术替代传统铸型过程中模具的使用，实现加工流程的数字化发展，保证产品设计的精密性和柔性化，并具有绿色化的发展优势，改变传统铸件制造过程中存在的问题和不足。当前我国在进行钢铁装备材料制造研究的过程中，证实了无模化铸型数控加工技术的可靠性，是现代化工业制造中广泛应用的铸件生产制造工艺。

1.2 无模化铸型数控加工技术特点  简化传统生产工艺流程，取消了传统大型铸钢件铸件制造过程中的建模环节，缩短了铸件加工制作周期，全面提高大型铸钢件的生产效率。在大型铸钢件加工过程中融入计算机技术、数控技术，不需要预留拔模斜度，全面提升金属铸件的加工精度，减少生产流程中的人工干预。有效避免人为因素的影响，减少铸件生产数值误差。运用数控技术进行铸模制造不需要提供设计实物，通过对铸型和铸件的模拟计算，选择合适的浇注方案，在计算机中进行反复测试，数控技术在大型铸钢件设计加工中的运用，缩短了大型铸钢件的研发周期，助力我国工业技术升级。

2  大型铸钢件生产中无模化数控加工技术的体现

2.1 浇注方案的制定及铸造工艺设计  浇注方案的制定及铸造工艺设计中无模化数控加工技术的应用，需要结合用户提出的生产需求确定大型铸钢件的整体结构，选择合适的设计方案，常用的铸件浇注形式有主法兰端向上、主法兰端向下、主法兰端竖立三种，其中主法兰端竖立需要进行砂芯固定，主法兰补缩流程十分复杂，这与无模化数控加工简化工艺流程的原理相违背，首先排除该方案。

2.1.1 主法兰端向上  该浇注方案的优点在于能够实现顺序凝固，在浇注过程中运用主法兰上端设计的冒烟口进行补缩处理，降低人为因素的影响，保证补缩流程的稳定性，能够更好的实现顺序凝固的浇注要求，能够通过直视完成冒烟口配置工作，与向下浇注方案存在优劣势翻转的特点;该浇注方案的缺点在于砂芯固定十分困难，砂芯稳定性不足，实际操作流程不符合设计规范，无法精准的进行尺寸控制。

2.1.2 主法兰端向下  该浇注方案的优点在于砂芯稳定，为后续合箱操作的开展提供便利，全面提高铸件尺寸的设计精度，提高主法兰面的加工质量;该浇注方案的缺点在于主法兰处于下箱，在进行由上到下浇注作业时，补缩冒烟口位置选择十分困难，在装设过程中会遇到多种问题，将近一半的外表面区域处在上表面，很容易引发上表面气孔、夹砂等铸造缺陷发生，不利于铸造。通过对两种浇注工艺的对比分析，两者各自存在优缺点，无法直接判断哪一种更适合大型铸钢件的生产，当大型铸钢件为第一次生产时，设计人员缺乏能够参考的浇注经验。因此，工作人员需要结合自身的生产技能掌握情况，选择操作难度较低的浇注方案，提前进行生产试验，分析实验结果当最终的方案效果不理想时，测试另一套浇注方案的适用性。在试验的过程中要对具体浇注位置进行计算，在凝固模拟软件进行加工程序模拟后，制定出最终的浇注方案。

2.2 大型铸钢件造型制芯方案  大型铸钢件造型制芯过程中无模化数控加工技术的应用，需要进行砂型（芯）造型材料的研发，生产出适合大型铸钢件无模化制造的造型制芯材料，传统铸件生产过程中采用的树脂自硬砂、水玻璃砂等材料经过复杂的加工流程后，会出现塌型和强度不足等问题。设计人员通过成形实验对砂坯强度进行分析，探究影响铸件成形的主要原因，调整传统型砂制作配方的材料比例，在大型铸钢件生产的过程中保证铸型经过数控切削加工后成形。在进行铸件浇注前需要完成砂芯的制作工艺，在浇注过程中能够使用对应砂芯，确保施工流程的有序性。两种浇注方案对铸件的特性和结构特征提出了合理條件，两种方案执行采用同一砂芯型号，用活块弥补浇注的差异性，使砂芯能够适用于不同的浇注方案，避免出现材料浪费。

2.3 无模化数控加工方案设计  在大型铸钢件生产的过程中设计无模化数控加工方案，采用solid  works三维设计软件，结合客户的设计需求绘制铸件造型图纸，采取合适的设计方案，在铸件模型中输入相应数值建立工艺三维图像，并通过计算机显示出来。通过实验对比计算出产品的长宽高和内外径等基础尺寸，调整砂型建模的体积，用具有最大加工能力的铸型数控成型加工机进行砂型加工，保证设备参数的准确性，设计出合理的砂型阶段性分型生产措施。工作人员运用数控技术完成加工程序设定。根据大型铸钢件的铸造加工需求，预埋浇注系统生成砂块，但砂块的体积较大，需要在使用前用砂箱在砂型外围形成保护，降低大型铸钢件的铸型工作量，为铸型的转运操作提供便利，在完成砂块制造后输入到铸型数控成型加工机进行铸件加工。

2.4 大型铸钢件数控加工专用刀具开发  铸型的形成是采用石英砂、陶瓷粉等具有较高硬度和耐磨性的粉体材料，统一在粘结剂的作用下完成固化，因此，在进行铸型切削处理的过程中，传统的高速加工刀具会在与砂粒碰撞的过程中产生磨损，砂粒的外表面包裹着粘结剂会与道具产生摩擦作用。对铸件进行技术切削时，铣刀处于高速旋转的状态，不会产生切削液，刀具的表面会出现明显的划痕，甚至会导致崩刃现象的发生。铸型切削与传统的金属加工形式不同，无法通过切削液完成冷却。铸型型腔十分复杂并具有较高的深度，刀具的刀柄区域要进行加长设计，全面提高刀具的使用强度，保证铸型的切削精度。

2.5 合箱和开箱方案  合箱和开箱方案的制定中无模化数控加工技术的应用，在完成砂型加工后，需要结合大型铸钢件的铸造工艺需求，选择适合区域进行冒口设置，严格按照技术要求进行涂刷。经过合箱、铸件熔炼和浇注技术处理后，铸件开箱进行清砂和热处理，在完成机床切割和打磨后，由工作人员进行铸件的力学性能检测、成品尺寸检验、100%射线探伤检验和液态渗透情况检验，结合得到的多项检验结果分析，判断铸件表面质量与模具浇注的铸件表面质量是否一致。一般情况下，铸件参数精度>模具造型铸件的参数精度，检查铸件的上表面是否存在夹渣缺陷，最终检测结果会直接影响到后续的工件打磨工作，将预期的生产成品要求与真实成品质量进行对比，及时进行技术调整，主法兰区域设置的冒口较大，并存在芯内冒口切割存在较大难度。大型铸钢件加工流程分析，大型钢铸件加工过程中无模化数控加工技术主要体现在：工艺三维图和三维模型的建立过程中;砂型制作、浇筑、合箱的分段模拟过程中;制造与加工对方案的执行管理中;无模化数控加工技术将铸件加工数值输入到电子计算机内，输出三维设计模型。将大型铸钢件的生产分为砂型制作、浇筑、合箱等多个阶段并进行系统模拟，提高设计参数的精准性，将获取的数据作为制造工序编制的主要参考，严格按照设计的生产方案完成加工，最后成品要经过开箱检测和调试。

3  总结

计算机技术、数控技术等先进制造工艺的创新与完善，让大型铸钢件的生产制造迎来了新的发展机遇，为我国工业持续发展奠定基础，采用无模化数控加工技术进行大型铸钢件的生产，能够缩短生产周期、降低模具材料的损耗、节约企业生产成本、提高产品质量。

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