一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置，包括立式離心機和模具組件，所述立式離心機包括離心機主電機（1）、離心機主機（2）、和離心機法蘭盤（3），所述模具組件包括內(nèi)模（4）、外模（5）、蓋板（6）、墊片（7）、和底板（8）；該裝置使用簡便、高效，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并且可提高產(chǎn)品的澆鑄質(zhì)量，降低報廢率，所得產(chǎn)品具有優(yōu)異的高溫短時力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，顯著優(yōu)于靜態(tài)鑄造產(chǎn)品。
【專利說明】一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]輥頸是爐輥的核心組件。當(dāng)爐輥作為高溫傳送設(shè)備應(yīng)用于工業(yè)爐時，輥頸工作條件為連續(xù)的高溫受力狀態(tài)，因此，用于工業(yè)爐爐輥的輥頸需要具有良好的高溫短時力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，這也是衡量輥頸高溫應(yīng)用性能的兩項關(guān)鍵指標(biāo)。
[0003]目前，輥頸的制造普遍采用靜態(tài)鑄造工藝(主要是砂型鑄造)，也稱重力鑄造，即鋼水在重力場的作用下經(jīng)澆口、澆道到達型腔成型，鑄件在冷卻凝固過程中靠冒口中鋼水的重力作用進行補縮。用于靜態(tài)鑄造的裝置主要是指模具系統(tǒng)。靜態(tài)鑄造工藝及其裝置結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品可以滿足在高溫高壓條件下的基本應(yīng)用要求，但是存在明顯缺點，例如:需要制作模樣和芯盒，并且需要制作砂型和型芯，生產(chǎn)工序多，耗時，生產(chǎn)效率低；需要將型芯與砂型精準(zhǔn)合模，操作復(fù)雜；澆注完成的鑄件還需要清砂、打磨后再機加工,增加了生產(chǎn)工序；最關(guān)鍵的是，鑄件組織不規(guī)則且不致密，存在氣孔、夾渣等結(jié)構(gòu)缺陷，機械性能不夠優(yōu)越，使用壽命也不理想，產(chǎn)品報廢率較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置。該裝置使用簡便、高效，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并且可提高產(chǎn)品的澆鑄質(zhì)量，降低報廢率，所得產(chǎn)品具有優(yōu)異的高溫短時力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，顯著優(yōu)于靜態(tài)鑄造產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置，包括立式離心機和模具組件，所述立式離心機包括離心機主電機1、離心機主機2、和離心機法蘭盤3，所述模具組件包括內(nèi)模4、外模5、蓋板6、墊片7、和底板8 ;
[0007]其中:
[0008]離心機主機2與離心機主電機I相連，離心機法蘭盤3位于離心機主機2上；
[0009]底板8位于離心機法蘭盤3上；
[0010]內(nèi)模4和外模5以同心軸模式豎直設(shè)于底板8上,離心機法蘭盤3、外模5和底板8通過緊固件固定；
[0011]內(nèi)模4通過底板8上的止口固定在底板8上，防止離心時發(fā)生位移；
[0012]墊片7位于底板8上，且在內(nèi)模4和外模5之間；
[0013]蓋板6位于外模5頂部，通過外模5上的止口和/或緊固件固定。
[0014]上述離心鑄造裝置中，外模5的內(nèi)孔形狀與輥頸產(chǎn)品的外壁形狀相同，而內(nèi)模4的外壁與輥頸產(chǎn)品的內(nèi)壁形狀相同。在尺寸設(shè)置上，考慮到鋼水收縮率和后期加工需要，外模內(nèi)孔尺寸略大于輥頸產(chǎn)品外徑的最終尺寸，而內(nèi)模外壁尺寸略小于輥頸產(chǎn)品內(nèi)徑的最終尺寸，即預(yù)留收縮量和加工余量；其中，鋼水收縮率和加工余量對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知且容易確定的。優(yōu)選地，為便于鋼水的快速注入，如附圖1中所示，外模5的高度大于內(nèi)模4的高度。
[0015]內(nèi)模4、外模5和底板8的材質(zhì)可以是本領(lǐng)域常用的那些材料，例如可以是鑄鐵、鑄鋼、鍛件等。
[0016]模具型腔內(nèi)噴涂有耐高溫涂料，用以降低模具所受的熱沖擊和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷卻速度，并且有利于鑄件冷卻后從模具內(nèi)取出。所述耐高溫涂料可選用輥頸澆鑄領(lǐng)域的常用涂料，如靜態(tài)鑄造工藝中采用的那些；優(yōu)選地，可以選用醇基鋯英粉涂料。
[0017]蓋板6的材料優(yōu)選為耐高溫石棉板，主要作用為防止鑄造過程中金屬液體從模具中飛濺出來。
[0018]墊片7的材料優(yōu)選為耐高溫石棉板或其他耐高溫材料，主要作用為防止鑄造過程中金屬液體與底板8粘在一起，同時降低鑄件的冷卻速度。
[0019]本發(fā)明的裝置中，用于固定部件彼此之間相對位置的緊固件可以是機械領(lǐng)域的常規(guī)構(gòu)件，例如螺栓螺母組件、銷控等。
[0020]非限制性地，所述立式離心機可以是天水華榮鑄造機械有限公司生產(chǎn)的型號為J5216HR的大型離心軋輥機、J556立式離心鑄造機等。
[0021]作為可選方案，上述離心鑄造裝置還可以在外模5的外表面設(shè)有冷卻部件，如附于外表面的水冷部件，用以輔助鋼水在成型過程中的冷卻。
[0022]采用本發(fā)明的離心鑄造裝置制造輥頸，通?？砂ㄈ缦虏襟E:將模具組件預(yù)熱后裝配好；將熔融態(tài)的鋼水快速注入模具型腔內(nèi)；使鋼水在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下冷卻成型；停止離心，取出鑄件，經(jīng)后加工得到產(chǎn)品。
[0023]上述工藝中，可采用本領(lǐng)域公知的常規(guī)工藝對鑄件進行后期處理，例如可采用車床或鏜床對其內(nèi)外表面進行加工。當(dāng)外模高于內(nèi)模時，后期處理還需要切除鑄件小端(細口
的多余部分。
[0024]根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用要求，本發(fā)明的離心鑄造裝置可用于制造各種材質(zhì)的輥頸產(chǎn)品。
[0025]本發(fā)明的立式離心鑄造裝置操作簡便，能有效提高生產(chǎn)效率；并且，利用該裝置制得的產(chǎn)品相比于靜態(tài)鑄件具有明顯的性能優(yōu)勢，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
[0026](I)立式離心鑄造時，旋轉(zhuǎn)的鑄型外壁降溫速度快，所以鑄件凝固時是按由外向內(nèi)的順序凝固，形成的組織分布規(guī)則有序。靜態(tài)鑄造的產(chǎn)品金相組織為沿徑向分布不規(guī)則的柱狀晶與等軸晶，而立式離心鑄造的產(chǎn)品從外徑向內(nèi)徑方向依次分布為細小等軸晶一柱狀晶一較粗大等軸晶。鑒于輥頸工作狀態(tài)下主要是沿徑向方向受力，因此離心鑄造產(chǎn)品沿徑向規(guī)則排列的金相組織恰好能對應(yīng)該要求，工件在工作狀態(tài)下受力更均勻，可有效提高產(chǎn)品機械性能，降低報廢率，延長使用壽命。
[0027](2)因為定向凝固的原因及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的離心力比重力大，使得離心鑄件凝固時能獲得較強的補縮，形成組織致密的鑄件，從而大幅度降低產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的幾率，提高鑄件質(zhì)量。
[0028](3)鑄型邊旋轉(zhuǎn)邊凝固時，各層相對于型腔的旋轉(zhuǎn)速度不同，造成正在結(jié)晶成長的晶粒折斷，從而使鑄件最終獲得細小的晶粒，細小的晶粒和有序的金相組織造就了尚心鑄件優(yōu)于靜態(tài)鑄件的機械性能。
[0029]通過使用本發(fā)明的離心鑄造裝置，增加了鑄件的成型力，從而可提高產(chǎn)品質(zhì)量和高溫力學(xué)性能，延長產(chǎn)品使用壽命，并降低產(chǎn)品報廢率。
[0030]附圖簡要說明
[0031]圖1為立式離心鑄造輥頸的裝置示意圖，其中:1 一離心機主電機；2—離心機主機；3—尚心機法蘭盤；4一內(nèi)模；5—夕卜模；6—蓋板；7—墊片；8—底板。

【具體實施方式】
[0032]以下通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明，但并不是對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0033]材料和設(shè)各
[0034]離心機型號為J556型立式離心鑄造機。外模5、內(nèi)模4和底板8的材料采用360V鋼,蓋板6和墊片7的材料采用耐高溫石棉板，耐高溫涂料采用醇基鋯英粉涂料,輥頸材質(zhì)(即鋼水)采用ZG40Cr25Ni20。
[0035]產(chǎn)品規(guī)格和模具加工
[0036]產(chǎn)品預(yù)定尺寸(單位mm):大端外徑Φ 806，大端內(nèi)徑Φ 746，大端直邊長50，小端外徑Φ 265，小端內(nèi)徑Φ 200，小端直邊長60，產(chǎn)品高度550。
[0037]模具加工:(1)按照輥頸產(chǎn)品的外壁形狀加工外模內(nèi)孔形狀；在同一高度，根據(jù)“外模內(nèi)孔尺寸=產(chǎn)品外徑尺寸+產(chǎn)品厚度X2.4%+ 10mm”的要求設(shè)置外模內(nèi)孔尺寸。(2)按照輥頸產(chǎn)品的內(nèi)壁形狀加工內(nèi)模外壁形狀；在同一高度，根據(jù)“內(nèi)模外壁尺寸=產(chǎn)品內(nèi)徑尺寸-產(chǎn)品厚度X2.4%- 10mm”的要求設(shè)置內(nèi)模外壁尺寸。(3)在小端口，外模比內(nèi)模高出100mm。(4)在模具型腔內(nèi)均勻噴涂厚度約為1.0mm的耐高溫涂料。
[0038]制各實施例
[0039]1、實施例
[0040]采用本發(fā)明的立式離心鑄造裝置制備輥頸，具體包括以下步驟:
[0041](I)將模具組件預(yù)熱至500°C，然后如附圖1所示，將其與離心機組裝成整體，開啟離心機，轉(zhuǎn)速控制在180 r/min ；
[0042](2)將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，密封后在15s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1300 r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持20min ；
[0043](3)在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至650r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持9min ;然后再在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至300 r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持5min ;然后關(guān)閉離心機，待其自然停止旋轉(zhuǎn)；
[0044](4)將充分冷卻成型的鑄件取出，并采用切除小端多余部分和外車內(nèi)鏜的方法對鑄件進行加工，得到預(yù)定尺寸的輥頸產(chǎn)品。
[0045]2、對比例
[0046]采用靜態(tài)鑄造工藝制備輥頸，具體包括以下步驟:將模具預(yù)熱至500°C，接著將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，待其自然冷卻成型；然后將鑄件取出，采用切除小端多余部分和外車內(nèi)鏜的方法對鑄件進行加工，得到預(yù)定尺寸的輥頸產(chǎn)品。
[0047]件能檢測和表征
[0048]A、滲透探傷
[0049]根據(jù)JB/T4730.5-2005，對輥頸產(chǎn)品的外表面進行滲透探傷(PT)，結(jié)果顯示:實施例的產(chǎn)品表面質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；而對比例的產(chǎn)品表面存在明顯的氣孔、夾渣和裂紋。
[0050]B、金相檢測
[0051]機械切割取鑄件兩端，米用宏觀金相試驗儀(100X )做宏觀金相實驗。結(jié)果表明:實施例產(chǎn)品兩端的金相組織分布規(guī)則有序，沿鑄型外徑向內(nèi)徑依次為細小等軸晶一柱狀晶一較粗大等軸晶；而對比例產(chǎn)品金相組織為沿徑向分布不規(guī)則的柱狀晶與等軸晶。
[0052]C、高溫短時力學(xué)性能試驗
[0053]根據(jù)GB/T4338-2006，沿徑向切取拉伸試樣，使用WE-300高溫短時強度試驗機在高溫(871°C )下做產(chǎn)品拉伸試驗。
[0054]結(jié)果如表I所示。
[0055]表I輥頸產(chǎn)品的高溫短時力學(xué)性能試驗結(jié)果
[0056]

輥頸產(chǎn)品I實施例1對比例-
Rm|l38MPa |l20MPa
[0057]其中，Rm表示抗拉強度。
[0058]從表I中可以看到，利用本發(fā)明的離心鑄造裝置得到的產(chǎn)品在高溫短時力學(xué)性能方面明顯優(yōu)于靜態(tài)鑄件。
[0059]D、持續(xù)高溫工作能力試驗
[0060]根據(jù)GB/T2039-2012，使用GWT1304高溫持久強度試驗機在69MPa、871°C下做產(chǎn)品拉伸試驗，記錄斷裂時間。
[0061]結(jié)果如表2所示。
[0062]表2輥頸產(chǎn)品的持續(xù)高溫工作能力試驗結(jié)果
[0063]
產(chǎn)品I實施例1對比例

面裂時間(小時) 丨29 丨25
[0064]從表2中可以看到，利用本發(fā)明的離心鑄造裝置得到的產(chǎn)品在持續(xù)高溫工作能力方面也明顯優(yōu)于靜態(tài)鑄件。
[0065]綜上可以看出，采用本發(fā)明的立式離心鑄造裝置，制得的輥頸產(chǎn)品具有優(yōu)異的高溫短時力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，顯著優(yōu)于靜態(tài)鑄件。這一特性使得產(chǎn)品在高溫應(yīng)用環(huán)境下能夠延長使用壽命和降低產(chǎn)品報廢率。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造輥頸的立式離心鑄造裝置，包括立式離心機和模具組件，所述立式離心機包括離心機主電機(I )、離心機主機(2)、和離心機法蘭盤(3)，所述模具組件包括內(nèi)模(4)、外模(5)、蓋板(6)、墊片(7)、和底板(8)； 其中: 離心機主機(2)與離心機主電機(I)相連，離心機法蘭盤(3)位于離心機主機(2)上； 底板(8)位于離心機法蘭盤(3)上； 內(nèi)模(4)和外模(5)以同心軸模式豎直設(shè)于底板(8)上,離心機法蘭盤(3)、外模(5)和底板(8)通過緊固件固定； 內(nèi)模(4)通過底板(8)上的止口固定在底板(8)上； 墊片(7)位于底板(8)上，且在內(nèi)模(4)和外模(5)之間； 蓋板(6)位于外模(5)頂部，通過外模(5)上的止口和/或緊固件固定。
2.如權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:外模(5)的內(nèi)孔形狀與輥頸產(chǎn)品的外壁形狀相同，而內(nèi)模(4)的外壁與輥頸產(chǎn)品的內(nèi)壁形狀相同。
3.如權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:外模(5)的高度大于內(nèi)模(4)的高度。
4.如權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:內(nèi)模(4)、外模(5)和底板(8)的材質(zhì)選自鑄鐵、鑄鋼或鍛件。
5.如權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:模具型腔內(nèi)噴涂有耐高溫涂料。
6.如權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:蓋板(6)的材料為耐高溫石棉板，墊片(7)的材料為耐高溫石棉板或其他耐高溫材料。
7.如權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:在外模(5)的外表面設(shè)有冷卻部件，用以輔助鋼水在成型過程中的冷卻。
【文檔編號】B22D13/00GK203917851SQ201420367256
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】李勤峰 申請人:江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司