錨爪是一種常見的金屬構件，通常用于建筑、防腐等領域，通過焊接、絲接、膨脹螺栓等方式與基層固定，以增強膠泥與基層的結合強度。此外，錨爪還廣泛應用于船舶等水上設施，作為一種能夠與河岸或河床錨固的器具。
工藝研究
現有霍爾錨鑄造工藝
霍爾錨是我國中大型船舶中最常用的首錨。現役霍爾錨的特點包括錨干為鍛鋼，錨爪為鑄鋼，錨體無橫桿，錨爪和錨冠可以繞穿過錨干下端孔的銷軸轉動，錨爪折角約為45°，兩爪同時入土，抓重比為2.5~4.0，最大不超過8。然而，霍爾錨錨爪的鑄造工藝面臨挑戰，因為前后體積變化較大，現有鑄造難以順序凝固，容易在錨爪頂端產生縮孔現象，在錨爪爪端產生縮松現象，鑄件成品質量不高。為此，研究人員進行了霍爾錨錨爪鑄造工藝的研究，旨在提高鑄件的內部質量和生產效率。
工件模型及參數
研究人員選擇了規格為100 kg、錨高為500 mm的霍爾錨作為研究對象，并建立了錨爪的三維模型。錨爪質量小于5 t，采用鋼液作為澆注材料，澆注溫度控制在1420~1460℃。考慮到錨爪內部設計為中空，需要在內壁保留5 mm的加工余量，且鑄件距端面處有坡度，也保留5 mm加工余量。
澆注系統
澆注系統的設計對于鑄件的質量至關重要。現有工藝中，霍爾錨錨爪底部的孔體積較小，需要填滿再加工。采用開放式澆注系統，直澆道橫截面積為14 cm2，橫澆道橫截面積為16.8 cm2，內澆道橫截面積為21 cm2。最佳澆注時間設置為15 s，鋼液的上升速度設置為20 mm/s，流速為4 kg/s。
霍爾錨錨爪鑄造模型
在MAGMA軟件的前處理中導入鑄件以及現有的澆注系統模型和設置追蹤粒子。軟件劃分網格數量為8823152。鑄件材料為GS20Mn5，型砂材料選擇鉻sand（石英砂）；金屬液初始溫度為1560℃，型砂初始溫度為20℃；鑄件和型砂間的熱傳遞類型選擇Steel-Sand；整個澆注時間為15 s。
鑄造模擬結果與分析
粒子追蹤分析
粒子追蹤模擬顯示金屬液在型腔內的充型過程不穩定，有飛濺、漩渦、裹氣等現象，易產生充填不足等問題，影響鑄件內部質量。
縮孔分析
模擬結果顯示，現有錨爪的鑄造工藝系統中出現了較大比例的縮孔區域，實際生產中產生縮孔的可能性很高。
錨爪鑄造工藝改進
針對現有鑄造工藝存在的問題，研究人員提出了改進方案，旨在提高粒子流動性，減少縮孔現象的發生，以提升鑄件質量。
反向問題解決方案
研究背景
錨爪反向問題是船舶起錨時常見的一類問題，可能導致錨無法正常收回，存在安全隱患。傳統解決方法包括“再拋錨法”和“水流法”，但均有一定局限性。
具體操作
一種名為“兜繩法”的新方法被提出并實踐，具體步驟如下：
1. 收絞錨，使錨爪橫向分布，形成“大掛鉤”狀。
2. 使繩子落在“大掛鉤”內，通過特定的操作使繩子順利落下并兜住錨爪臂。
3. 根據錨爪朝向的不同情況，選擇相應的操作使繩子繞兜住錨爪臂。
4. 利用水纜機逐漸收緊繩索，配合錨機絞進錨，改變錨爪朝向，最終成功收回錨。
實用性比較
“兜繩法”相對于傳統的解決方法而言，更為實用，尤其適用于錨冠與錨干連接銷軸不靈活的情況。
參考資料 >
錨爪鑄造.百度學術搜索.2024-10-28
艦艇的利爪——錨.百家號.2024-10-28
霍爾錨和斯貝克錨的錨爪區別是什么.愛采購.2024-10-28