一種高性能的球墨鑄鐵卷筒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高性能的球墨鑄鐵卷筒，由球墨鑄鐵材料加工而成，所用球墨鑄鐵包括以下重量百分比的組分：3.0％～3.3％的C；3.6％～4.0％的Si；S<0.02％；P<0.03％；Mn<0.3％；0.02％～0.04％的Mg；0.01％～0.025％的RE；0.2％～0.3％的Mo；0.12％～0.15％的Ni；0.003％～0.010％的Ca，0.005％～0.010％的Ba，且0.010％≤Ca+Ba≤0.020％，Bi≤0.003％；余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，具有較高的強(qiáng)度和韌性，能夠適用于大型或超大型工程設(shè)備。本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述球墨鑄鐵卷筒的制備方法。
【專利說(shuō)明】
一種高性能的球墨鑄鐵卷筒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高性能的球墨鑄鐵卷筒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]卷筒是大型起重設(shè)備、旋挖鉆和卷?yè)P(yáng)減速機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，由于承重的鋼絲繩直接纏繞在卷筒上，卷筒直接承受起吊載荷，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)起重設(shè)備、旋挖鉆和卷?yè)P(yáng)減速機(jī)的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。隨著現(xiàn)代工程的發(fā)展趨向大型化，工程機(jī)械行業(yè)大型或超大型起重設(shè)備、鉆孔設(shè)備和卷?yè)P(yáng)減速機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，起吊的重量和揚(yáng)程均大幅度增加。例如:超大型起重設(shè)備的起吊重量已達(dá)到幾千噸;超大型卷?yè)P(yáng)機(jī)的揚(yáng)程達(dá)到了數(shù)百米。因此，對(duì)卷筒的材質(zhì)及其制備方法提出了更高的要求。
[0003]目前，采用普通球墨鑄鐵制造的卷筒，與結(jié)構(gòu)鋼焊接加工卷筒相比，抗拉強(qiáng)度、延伸率等一系列力學(xué)性能指標(biāo)偏低，因此在高負(fù)荷、高沖擊等惡劣工況下使用卷筒時(shí)，易發(fā)生脆性裂紋、繩槽磨損等失效，造成安全隱患，嚴(yán)重制約了卷筒在大型或超大型工程機(jī)械行業(yè)的推廣應(yīng)用。
[0004]為了提高卷筒使用的使用性能和安全性能，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究高性能球墨鑄鐵卷筒。專利號(hào)為CN1900340的中國(guó)專利公開(kāi)了一種鑄態(tài)高強(qiáng)度高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵材料，該專利各組分及其重量百分比為:C 3.5?3.8%，Si 2.6?3.1%，Mn<0.3%，S<0.03%，P<0.05%,余量為Fe。其鑄件的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度σb > 480MPa，屈服強(qiáng)度oQ.2 > 31 OMPa，延伸率δ 2 20%，布式硬度HB在150-200，鑄件的金相組織基體為鐵素體2 85%，滲碳體< 3%，磷共晶< 1% ;該專利公布的球墨鑄鐵強(qiáng)度略低，不能滿足高性能卷筒的應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)。專利號(hào)為CN101603142的中國(guó)專利公開(kāi)了一種高強(qiáng)度高韌性球墨鑄鐵鑄件及其制備方法，該專利各組分及其重量百分比為:C 3.6?3.8%，Si 2.4?2.8%，Μη 0.8?0.9%，Cu 0.5?0.6%，Cr0.1?0.2%，S<0.02%，P<0.07%，余量為Fe。其鑄件的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度?590MPa，屈服強(qiáng)度2 380MPa，延伸率2 8% ;該鑄件的錳、銅含量偏高，導(dǎo)致以延伸率為主力學(xué)性能指標(biāo)偏低。專利號(hào)為CN102747268B的中國(guó)專利公開(kāi)了一種高強(qiáng)度、高塑性球墨鑄鐵及其制造方法，該專利各組分及其重量百分比為:C 3.4?3.8%，Si 2.3?2.7%，Mn 0.3?0.5% ,Cu 0.3?0.5%，Cr 0.02?0.10%，S < 0.03%，P < 0.04%，Sb 0.001 ?0.005%，Mg0.03?0.06%，Re 0.001?0.003%，余量為Fe;其鑄件的基體組織由一定比例含量的鐵素體和珠光體組成，具有較高強(qiáng)度和較高的伸長(zhǎng)率，可以滿足重型載重汽車驅(qū)動(dòng)橋橋殼、支架類鑄件的使用要求。該鑄件的基體含有碳化物生成元素Cr，同時(shí)基體中含有大量的珠光體組織，因此鑄件的延伸率偏低。
[0005]因此，如何提供一種具有高性能的，尤其是高強(qiáng)度高韌性的，且適用于大型或超大型起重設(shè)備、旋挖鉆以及卷?yè)P(yáng)減速機(jī)的球墨鑄鐵卷筒是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種高性能的球墨鑄鐵卷筒，該球墨鑄鐵卷筒所用球墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和較高的韌性，且能夠適用于大型或超大型起重設(shè)備、旋挖鉆以及卷?yè)P(yáng)減速機(jī)。本發(fā)明的另一目是提供一種上述球墨鑄鐵卷筒的制備方法。
[0007]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0008]—種高性能的球墨鑄鐵卷筒，由球墨鑄鐵材料加工而成，所用球墨鑄鐵包括以下重量百分比的組分:3.0%?3.3%的C;3.6%?4.0%的Si;S〈0.02% ;Ρ〈0.03% ；Mn<0.3% ；0.02 % ?0.04 % 的Mg; 0.0I % ?0.025 % 的RE; 0.2 % ?0.3 % 的Mo; 0.12 % ?0.15 % 的Ni ;0.003% ?0.010% 的Ca，0.005% ?0.010% 的Ba，且0.010% < Ca+Ba < 0.020% ,Bi <0.003% ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0009]優(yōu)選的，所述Mo的重量百分比為0.22%?0.28%。
[0010]優(yōu)選的，所述Ni的重量百分比為0.125%?0.145%。
[0011]優(yōu)選的，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度ob > 540MPa，屈服強(qiáng)度oQ.2 > 400MPa，延伸率δ >14%。
[0012]本發(fā)明提供了一種高性能的球墨鑄鐵卷筒，在成分配比上;通過(guò)增加Si含量，重量百分比達(dá)到了 3.6%?4.0%，促進(jìn)石墨化，細(xì)化鐵素體，同時(shí)Si在鐵基體中起到了固溶強(qiáng)化效果，實(shí)現(xiàn)了較高的強(qiáng)度;通過(guò)增加Mo細(xì)化了鐵素體，強(qiáng)化了基體，改善提高了強(qiáng)度、硬度、韌性等綜合性能;通過(guò)增加Ni強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化石墨，增加石墨球數(shù)量，提高球化效果，強(qiáng)化基體，消除了由于Si含量的增加所帶來(lái)的硅脆性影響，提高了基體的韌性。本配比成分使球墨鑄鐵中石墨球的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布，獲得95%以上的鐵素體基體和細(xì)小、均勾、彌散分布的大量球狀石墨的鑄態(tài)組織。本發(fā)明工藝方法簡(jiǎn)單，原料和生產(chǎn)成本較低，易于推廣應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明還提供一種上述的球墨鑄鐵卷筒的制備方法，包括以下步驟:
[0014]I)制取卷筒模樣:
[0015]所述卷筒包括空心筒狀的卷筒本體、上擋盤(pán)、下?lián)醣P(pán)以及位于卷筒本體一端內(nèi)側(cè)的楔子孔部；
[0016]所述卷筒模樣包括上模樣與下模樣，所述上模樣與所述下模樣的粘結(jié)拼接面重合于所述卷筒本體的徑向截面且穿過(guò)所述楔子孔部的下外側(cè)面；
[0017]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述下模樣；
[0018]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述上模樣，然后將所述上模樣的除了下環(huán)狀端面之外的表面浸漬涂料，然后撒砂，然后燒結(jié)，在燒結(jié)的過(guò)程中所述上模樣氣化失模，得到所述上模樣的型殼，所述型殼的下環(huán)狀端面為用于使得鐵水流入的開(kāi)口；
[0019]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取澆道系統(tǒng)模樣；
[0020]取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)，將所述下模樣的上環(huán)狀端面與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的下環(huán)狀端面粘結(jié)連接，且將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的上環(huán)狀端面插入所述型殼的環(huán)狀開(kāi)口中，且使得所述下模樣的上環(huán)狀端面與所述型殼的下環(huán)狀端面無(wú)縫隙拼接以將所述下模樣與所述型殼拼接成一體件用于鑄造卷筒；
[0021]將所述下模樣與所述澆道系統(tǒng)模樣通過(guò)粘結(jié)連接成一體，所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述下模樣的底面上，得到包括所述下模樣、型殼以及澆道系統(tǒng)模樣的模樣一體件；
[0022]2)取一個(gè)第一箱體，將步驟I)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內(nèi)；
[0023]然后在所述模樣一體件的外圍以環(huán)繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤(pán)管，每個(gè)冷卻盤(pán)管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程；
[0024]然后在所述模樣一體件的內(nèi)部空心處從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤(pán)管，每個(gè)冷卻盤(pán)管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件內(nèi)壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程；
[0025]然后設(shè)置上升液管，所述上升液管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開(kāi)口對(duì)接，且所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開(kāi)口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處；
[0026]然后設(shè)置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的側(cè)箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統(tǒng)連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側(cè)箱壁的連接處；
[0027]然后向所述第一箱體內(nèi)填砂，然后壓實(shí)，得到砂型；
[0028]然后密封整個(gè)所述第一箱體；
[0029]3)冶煉鐵水，然后將鐵水依次經(jīng)過(guò)球化處理、一次孕育處理以及二次孕育處理，得到上述任意一項(xiàng)所述的鐵水，然后將鐵水用開(kāi)口容器盛裝；
[0030]4)將步驟3)中的開(kāi)口容器放置在一個(gè)密閉的第二箱體內(nèi)，且使得所述上升液管的下端穿過(guò)所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開(kāi)口容器中的鐵水中，密封所述上升液管與所述第二箱體的連接處；
[0031]5)向所述第二箱體內(nèi)吹送帶壓氣體，同時(shí)，開(kāi)啟真空系統(tǒng)制取真空，開(kāi)口容器內(nèi)的鐵水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動(dòng)進(jìn)入砂型的型腔中，鐵水從下往上充型，先把澆道系統(tǒng)模樣與下模樣氣化，然后進(jìn)入型殼中的空心腔中，直至開(kāi)口容器內(nèi)的液面不再下降表明鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，氣化后的氣體通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內(nèi)的鐵水凝固；
[0032]當(dāng)開(kāi)口容器內(nèi)的液面不再下降后，從上到下依次向每個(gè)冷卻盤(pán)管中供給冷卻介質(zhì)以對(duì)球墨鑄鐵卷筒進(jìn)行冷卻凝固以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，同時(shí)，向砂型型腔中的鐵水施加電磁攪拌；
[0033]6)當(dāng)最下方的冷卻盤(pán)管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差小于30C后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開(kāi)所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到球墨鑄鐵卷筒。
[0034]本發(fā)明還提供了一種高性能的球墨鑄鐵卷筒的制備方法，以傳統(tǒng)砂型鑄造方法為基礎(chǔ)，并在該基礎(chǔ)上進(jìn)行了多處改進(jìn)，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0035]I)原本砂型鑄造中，卷筒模樣多采用木模，制好砂型后，還要取出木模，為了取出木模，需要做一些專門(mén)的設(shè)計(jì)，例如:砂型至少為兩層以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，鑄造成型后，還要機(jī)加工去除鑄件上的起模斜度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，為此，本發(fā)明采用塑料模樣，由于塑料模樣在接觸到高溫的鐵水的時(shí)候很容易氣化，變成氣體被真空系統(tǒng)抽走，只留下一個(gè)與卷筒結(jié)構(gòu)外形相似的砂型型腔，因此，本發(fā)明中，砂型不用設(shè)置分型面，整個(gè)砂箱是一個(gè)完整的砂箱，也不用設(shè)置起模斜度，也不用設(shè)置對(duì)應(yīng)于卷筒本體的空心腔處的型芯等等，將上述的模樣一體件直接埋在填砂中就可以，省時(shí)省力，節(jié)省成本，提高了效率。
[0036]2)本發(fā)明采用注塑成型，強(qiáng)調(diào)采用非泡沫成型工藝，成型后得到的模樣比泡沫塑料具有更高的密度與強(qiáng)度，可以承受后面壓實(shí)填砂的過(guò)程中較大的壓實(shí)力，而不至于使得上模樣、下模樣以及澆鑄系統(tǒng)模樣出現(xiàn)變形，而泡沫塑料在該壓實(shí)力下很容易變形。
[0037]3)原本砂型鑄造中，楔子孔部的空心腔處需要放置一個(gè)型芯以澆鑄出該空心腔，由于該空心腔壁厚較大但空心內(nèi)徑較小，使得該型芯的制作、定位安放很不方便，很容易就將該空心腔鑄造失敗，即使采用上述的塑料模樣，此處也需要放置一個(gè)型芯，依然存在上述的問(wèn)題，為此，本發(fā)明進(jìn)一步的，將整個(gè)卷筒模樣在楔子孔處分割成兩塊單獨(dú)制作，下模樣就是上述的將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，上模樣是先將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，然后再在上模樣的整個(gè)表面制取型殼，該型殼是個(gè)空心殼，通過(guò)上述的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)將下模樣與該型殼拼接在一起，澆鑄的時(shí)候，鐵水從下往上充型，先把下模樣氣化，然后進(jìn)入該型殼中的空心腔中，最終凝固得到卷筒，如此設(shè)置，就不用再設(shè)置型芯了，就不存在上述的問(wèn)題了。
[0038]4)原有砂型鑄造中熔液從上往下充型，而砂型中的氣體從下往上運(yùn)動(dòng)，使得氣體被熔液壓住，不易從砂型逸出的問(wèn)題，造成了砂型鑄造中嚴(yán)重的卷氣與氣孔問(wèn)題，為此，本發(fā)明中，將模樣一體件立式安放在砂型中，且所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述下模樣的底面上，使得鐵水是從下往上充型，模樣一體件是從下往上氣化，氣化后的氣體也是從下往上運(yùn)動(dòng)，三者的方向是一致的，從而避免了上述的卷氣與氣孔問(wèn)題。
[0039]5)現(xiàn)今的砂型鑄造，鑄件都是自然冷卻，凝固后得到的鑄件組織是什么樣子就是什么樣子，完全沒(méi)有受到有目的控制，是一種完全無(wú)控的冷卻凝固，得到的凝固組織多存在偏析、縮孔、縮松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，嚴(yán)重影響了鑄件的力學(xué)性能，為此，本發(fā)明，在砂型中預(yù)先埋入冷卻盤(pán)管，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述卷筒模樣外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述卷筒模樣內(nèi)壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程，且選擇合適的開(kāi)始供給冷卻介質(zhì)的時(shí)機(jī)，且控制多個(gè)冷卻盤(pán)管中開(kāi)始供給冷卻介質(zhì)的前后順序，且控制每個(gè)冷卻盤(pán)管中相應(yīng)的冷卻介質(zhì)流量與壓力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)球墨鑄鐵卷筒進(jìn)行強(qiáng)制冷卻凝固，提高冷卻速速，以抑制晶粒長(zhǎng)大，得到細(xì)化晶粒，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化顯著地提高了鑄件的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，鑄件的上部先冷卻，然后逐漸向下凝固，然后鑄件的底部凝固，最后是澆鑄系統(tǒng)凝固，顯著減少了原有砂型鑄造中的縮孔、縮松以及冷隔問(wèn)題，提高了鑄件質(zhì)量。由于第一箱體中砂型具有較大的透氣性，塑料氣化后的氣體以及充型過(guò)程中外界進(jìn)入密閉的第一箱體內(nèi)的空氣會(huì)在第一箱體內(nèi)流動(dòng)，作為一種傳熱介質(zhì)，通過(guò)流動(dòng)將充型鐵水的熱量傳遞給冷卻盤(pán)管中的冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)上述冷卻盤(pán)管的強(qiáng)制冷卻作用，提高鑄件的組織性能。
[0040]6)傳統(tǒng)砂型鑄造中，熔液完全是憑借自身的重力流動(dòng)充型，很容易出現(xiàn)澆不足、冷隔、縮孔、縮松等問(wèn)題，為此，本發(fā)明，采用帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力共同作用將鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送氣體與抽真空，使得鐵水始終以一個(gè)壓力注滿砂型型腔，并隨之冷卻，顯著地減少了澆不足、冷隔、縮孔、縮松等質(zhì)量問(wèn)題。
[0041 ] 7)本發(fā)明設(shè)置電磁攪拌，而非電磁振動(dòng)，電磁攪拌只是攪拌液態(tài)熔液，只對(duì)能夠產(chǎn)生磁性的球墨鑄鐵起作用，電磁攬摔可以打碎樹(shù)枝晶、細(xì)化晶粒以及減小偏析等等，而電磁振動(dòng)是對(duì)整個(gè)第一箱體產(chǎn)生作用，顯而易見(jiàn)地，振動(dòng)容易破壞已做好的砂型，且破壞上升液管以及真空抽吸管等與第一箱體的連接處的密封，破壞第一箱體內(nèi)的真空等等。
【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的卷筒的主視圖；
[0043]圖2為圖1的后視圖；
[0044]圖3為圖1的中心剖面結(jié)構(gòu)視圖；
[0045]圖4為圖3中的A-A面剖面視圖；
[0046]圖5為圖3中的B-B面剖面視圖；
[0047]圖6為本發(fā)明中卷筒模樣包括的下模樣與上模樣的拼接線位置示意圖；
[0048]圖7為本發(fā)明中上模樣的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖8為本發(fā)明中下模樣的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]圖中:I卷筒，101卷筒本體，102上擋盤(pán)，103下?lián)醣P(pán)，104楔子孔部，2上模樣，3下模樣，4拼接線。
【具體實(shí)施方式】
[0051]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0052]本發(fā)明提供了一種高性能的球墨鑄鐵卷筒，由球墨鑄鐵材料加工而成，所用球墨鑄鐵包括以下重量百分比的組分:3.0%?3.3%的C; 3.6%?4.0%的Si; S〈0.02% ；P<0.03% ；Mn<0.3% ; 0.02 % ?0.04 % 的 Mg; 0.01 % ?0.025 % 的 RE ; 0.2 % ?0.3 % 的Mo ;0.12%?0.15% 的Ni ;0.003%?0.010% 的Ca，0.005%?0.010%的Ba，且0.010% < Ca+Ba< 0.020% ,Bi < 0.003% ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0053]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Mo的重量百分比為0.22%?0.28%。
[0054]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Ni的重量百分比為0.125%?0.145%。
[0055]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度ob2 540MPa，屈服強(qiáng)度σΟ.2> 400MPa，延伸率14% ο
[0056]現(xiàn)今，球墨鑄鐵卷筒多采用砂型鑄造方法成型，但多存在一些問(wèn)題，為此，本發(fā)明還提供了一種上述的球墨鑄鐵卷筒的制備方法，包括以下步驟:
[0057]I)制取卷筒模樣:
[0058]如圖圖1一圖5所示，所述卷筒I包括空心筒狀的卷筒本體101、上擋盤(pán)102、下?lián)醣P(pán)103以及位于卷筒本體101—端內(nèi)側(cè)的楔子孔部104;楔子孔部104包括一個(gè)壁厚較大但空心內(nèi)徑較小的空心腔；
[0059]所述卷筒模樣包括上模樣2與下模樣3，所述上模樣2與所述下模樣3的粘結(jié)連接面重合于所述卷筒本體101的徑向截面且穿過(guò)所述楔子孔部104的下外側(cè)面;如圖6所示，圖中虛線即為上模樣2與下模樣3的粘結(jié)的拼接線4;上述的下模樣3以及上模樣2與其真實(shí)物的外形結(jié)構(gòu)相似，只是存在補(bǔ)償鑄件凝固過(guò)程中收縮率的放大比例，且不存在傳統(tǒng)砂型鑄造中的起模斜度；
[0060]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述下模樣3;
[0061]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述上模樣2，然后將所述上模樣2的除了下環(huán)狀端面之外的表面浸漬涂料，然后撒砂，然后燒結(jié)，在燒結(jié)的過(guò)程中所述上模樣2氣化失模，得到所述上模樣2的型殼，所述型殼的下環(huán)狀端面為用于使得鐵水流入的開(kāi)口；
[0062]將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取澆道系統(tǒng)模樣;優(yōu)選的，澆道系統(tǒng)模樣為實(shí)心豎直柱狀；
[0063]取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)，將所述下模樣3的上環(huán)狀端面與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的下環(huán)狀端面粘結(jié)連接，且將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的上環(huán)狀端面插入所述型殼的環(huán)狀開(kāi)口中，且使得所述下模樣3的上環(huán)狀端面與所述型殼的下環(huán)狀端面無(wú)縫隙拼接以將所述下模樣3與所述型殼拼接成一體用于鑄造卷筒；
[0064]將所述下模樣3與所述澆道系統(tǒng)模樣通過(guò)粘結(jié)連接成一體，所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述下模樣3的底面上，得到包括所述下模樣3、型殼以及澆道系統(tǒng)模樣的模樣一體件；優(yōu)選的，通過(guò)熱熔膠粘結(jié)連接；
[0065]上述的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料為以無(wú)規(guī)共聚聚丙烯為主，添加穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、增塑劑等制成的塑料。本發(fā)明對(duì)上述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料的配方?jīng)]有特殊限制，采用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)配方即可；
[0066]本發(fā)明采用注塑成型，強(qiáng)調(diào)采用非泡沫成型工藝，成型后得到的模樣比泡沫塑料具有更高的密度與強(qiáng)度，可以承受后面壓實(shí)填砂的過(guò)程中較大的壓實(shí)力，而不至于使得上模樣2、下模樣3以及澆鑄系統(tǒng)模樣出現(xiàn)變形，而泡沫塑料在該壓實(shí)力下很容易變形；
[0067]原本砂型鑄造中，卷筒模樣多采用木模，制好砂型后，還要取出木模，為了取出木模，需要做一些專門(mén)的設(shè)計(jì)，例如:砂型至少為兩層以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，鑄造成型后，還要機(jī)加工去除鑄件上的起模斜度，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，為此，本發(fā)明采用塑料模樣，由于塑料模樣在接觸到高溫的鐵水的時(shí)候很容易氣化，變成氣體被真空系統(tǒng)抽走，只留下一個(gè)與卷筒結(jié)構(gòu)外形相似的砂型型腔，因此，本發(fā)明中，砂型不用設(shè)置分型面，整個(gè)砂箱是一個(gè)完整的砂箱，也不用設(shè)置起模斜度，也不用設(shè)置對(duì)應(yīng)于卷筒本體101的空心腔處的型芯等等，將上述的模樣一體件直接埋在填砂中就可以，省時(shí)省力，節(jié)省成本，提高了效率；
[0068]原本砂型鑄造中，楔子孔部104的空心腔處需要放置一個(gè)型芯以澆鑄出該空心腔，由于該空心腔壁厚較大但空心內(nèi)徑較小，使得該型芯的制作、定位安放很不方便，很容易就將該空心腔鑄造失敗，即使采用上述的塑料模樣，此處也需要放置一個(gè)型芯，依然存在上述的問(wèn)題，為此，本發(fā)明進(jìn)一步的，將整個(gè)卷筒模樣在楔子孔處分割成兩塊單獨(dú)制作，下模樣3就是上述的將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，上模樣2是先將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取，然后再在上模樣2的整個(gè)表面制取型殼，該型殼是個(gè)空心殼，通過(guò)上述的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)將下模樣3與該型殼拼接在一起，澆鑄的時(shí)候，鐵水從下往上充型，先把下模樣3氣化，然后進(jìn)入該型殼中的空心腔中，最終凝固得到卷筒，如此設(shè)置，就不用再設(shè)置型芯了，就不存在上述的問(wèn)題了。本發(fā)明對(duì)上述型殼的制備原料以及制備方法沒(méi)有特殊限制，采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)原料與方法即可；
[0069]2)取一個(gè)第一箱體，將步驟I)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內(nèi)；
[0070]原有砂型鑄造中熔液從上往下充型，而砂型中的氣體從下往上運(yùn)動(dòng)，使得氣體被熔液壓住，不易從砂型逸出的問(wèn)題，造成了砂型鑄造中嚴(yán)重的卷氣與氣孔問(wèn)題，為此，本發(fā)明中，將模樣一體件立式安放在砂型中，且所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述下模樣3的底面上，使得鐵水是從下往上充型，模樣一體件是從下往上氣化，氣化后的氣體也是從下往上運(yùn)動(dòng)，三者的方向是一致的，從而避免了上述的卷氣與氣孔問(wèn)題；
[0071]然后在所述模樣一體件的外圍以環(huán)繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤(pán)管，每個(gè)冷卻盤(pán)管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程；
[0072]然后在所述模樣一體件的內(nèi)部空心處從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤(pán)管，每個(gè)冷卻盤(pán)管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件內(nèi)壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程；
[0073]現(xiàn)今的砂型鑄造，鑄件都是自然冷卻，凝固后得到的鑄件組織是什么樣子就是什么樣子，完全沒(méi)有受到有目的控制，是一種完全無(wú)控的冷卻凝固，得到的凝固組織多存在偏析、縮孔、縮松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，嚴(yán)重影響了鑄件的力學(xué)性能，為此，本發(fā)明，在砂型中預(yù)先埋入冷卻盤(pán)管，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件內(nèi)壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程，且選擇合適的開(kāi)始供給冷卻介質(zhì)的時(shí)機(jī)，且控制多個(gè)冷卻盤(pán)管中開(kāi)始供給冷卻介質(zhì)的前后順序，且控制每個(gè)冷卻盤(pán)管中相應(yīng)的冷卻介質(zhì)流量與壓力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)球墨鑄鐵卷筒進(jìn)行強(qiáng)制冷卻凝固，提高冷卻速速，以抑制晶粒長(zhǎng)大，得到細(xì)化晶粒，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化顯著地提高了鑄件的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，鑄件的上部先冷卻，然后逐漸向下凝固，然后鑄件的底部凝固，最后是澆鑄系統(tǒng)凝固，顯著減少了原有砂型鑄造中的縮孔、縮松以及冷隔問(wèn)題，提高了鑄件質(zhì)量；由于第一箱體中砂型具有較大的透氣性，塑料氣化后的氣體以及充型過(guò)程中外界進(jìn)入密閉的第一箱體內(nèi)的空氣會(huì)在第一箱體內(nèi)流動(dòng)，作為一種傳熱介質(zhì)，通過(guò)流動(dòng)將充型鐵水的熱量傳遞給冷卻盤(pán)管中的冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)上述冷卻盤(pán)管的強(qiáng)制冷卻作用，提高鑄件的組織性能；
[0074]然后設(shè)置上升液管，所述上升液管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開(kāi)口對(duì)接，且所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開(kāi)口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處；
[0075]然后設(shè)置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的側(cè)箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統(tǒng)連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側(cè)箱壁的連接處；
[0076]然后向所述第一箱體內(nèi)填砂，然后壓實(shí)，得到砂型;該砂型與傳統(tǒng)砂型鑄造過(guò)程中的砂型的用砂種類、制作方法等等相同，本發(fā)明對(duì)此沒(méi)有特殊限制，采用現(xiàn)有技術(shù)中的即可；
[0077]然后密封整個(gè)所述第一箱體以配合上述的真空系統(tǒng)抽取真空;此處的真空意指整個(gè)第一箱體內(nèi)都是負(fù)壓真空，由于本發(fā)明采用傳統(tǒng)砂型鑄造中的砂型，該砂型具有較高的透氣性，可以使得上述的塑料氣體以及原本的空氣流通，并最終通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走；
[0078]3)冶煉鐵水，然后將鐵水依次經(jīng)過(guò)球化處理、一次孕育處理以及二次孕育處理，得到上述的鐵水，然后將鐵水用開(kāi)口容器盛裝；
[0079]4)將步驟3)中的開(kāi)口容器放置在一個(gè)密閉的第二箱體內(nèi)，且使得所述上升液管的下端穿過(guò)所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開(kāi)口容器中的鐵水中，密封所述上升液管與所述第二箱體的連接處；
[0080]5)向所述第二箱體內(nèi)吹送帶壓氣體，同時(shí)，開(kāi)啟真空系統(tǒng)制取真空，開(kāi)口容器內(nèi)的鐵水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動(dòng)進(jìn)入砂型的型腔中，鐵水從下往上充型，先把澆道系統(tǒng)模樣與下模樣3氣化，然后進(jìn)入型殼中的空心腔中，直至開(kāi)口容器內(nèi)的液面不再下降表明鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，氣化后的氣體通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內(nèi)的鐵水凝固；
[0081]傳統(tǒng)砂型鑄造中，熔液完全是憑借自身的重力流動(dòng)充型，很容易出現(xiàn)澆不足、冷隔、縮孔、縮松等問(wèn)題，為此，本發(fā)明，采用帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力共同作用將鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送氣體與抽真空，使得鐵水始終以一個(gè)壓力注滿砂型型腔，并隨之冷卻，顯著地減少了澆不足、冷隔、縮孔、縮松等質(zhì)量問(wèn)題；
[0082]當(dāng)開(kāi)口容器內(nèi)的液面不再下降后，從上到下依次向每個(gè)冷卻盤(pán)管中供給冷卻介質(zhì)以對(duì)球墨鑄鐵卷筒進(jìn)行冷卻凝固以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，優(yōu)選的，冷卻介質(zhì)為水；
[0083 ]同時(shí)，向砂型型腔中的鐵水施加電磁攪拌；
[0084]此處為電磁攪拌，而非電磁振動(dòng)，電磁攪拌只是攪拌液態(tài)熔液，只對(duì)能夠產(chǎn)生磁性的球墨鑄鐵起作用，電磁攪拌可以打碎樹(shù)枝晶、細(xì)化晶粒以及減小偏析等等，而電磁振動(dòng)是對(duì)整個(gè)第一箱體產(chǎn)生作用，顯而易見(jiàn)地，振動(dòng)容易破壞已做好的砂型，且破壞上升液管以及真空抽吸管等與第一箱體的連接處的密封，破壞第一箱體內(nèi)的真空等等；
[0085]6)當(dāng)最下方的冷卻盤(pán)管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差小于3 0C后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開(kāi)所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到球墨鑄鐵卷筒;然后繼續(xù)后續(xù)的處理，例如熱處理；
[0086]傳統(tǒng)的砂型鑄造中，什么時(shí)候開(kāi)箱全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，容易判斷失誤，而本發(fā)明以最下方的冷卻盤(pán)管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差作為開(kāi)箱判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)該溫差小于3°C后，表明鑄件的底部的溫度已降至較低，可以開(kāi)箱，提供了一種從無(wú)到有的、且更為直觀方便的判斷方法。
[0087]以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0088]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)于這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，本文所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高性能的球墨鑄鐵卷筒，其特征在于，由球墨鑄鐵材料加工而成，所用球墨鑄鐵包括以下重量百分比的組分:3.0%?3.3%的C;3.6%?4.0%的Si;S〈0.02% ；P<0.03% ；Mn<0.3% ;0.02%?0.04%的]\^;0.01%?0.025%的1^;0.2%?0.3%的]\10;0.12%?0.15% 的Ni ;0.003%?0.010% 的Ca，0.005% ?0.010% 的Ba，且0.010% < Ca+Ba <0.020% ,Bi < 0.003% ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵卷筒，其特征在于，所述Mo的重量百分比為0.22%?0.28%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵卷筒，其特征在于，所述Ni的重量百分比為0.125%?0.145%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵卷筒，其特征在于，所用球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Μ254010^，屈服強(qiáng)度0().22 400MPa，延伸率δ 2 14%。5.—種權(quán)利要求1?4任意一項(xiàng)所述的球墨鑄鐵卷筒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制取卷筒模樣: 所述卷筒包括空心筒狀的卷筒本體、上擋盤(pán)、下?lián)醣P(pán)以及位于卷筒本體一端內(nèi)側(cè)的楔子孔部； 所述卷筒模樣包括上模樣與下模樣，所述上模樣與所述下模樣的粘結(jié)拼接面重合于所述卷筒本體的徑向截面且穿過(guò)所述楔子孔部的下外側(cè)面； 將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述下模樣； 將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取所述上模樣，然后將所述上模樣的除了下環(huán)狀端面之外的表面浸漬涂料，然后撒砂，然后燒結(jié)，在燒結(jié)的過(guò)程中所述上模樣氣化失模，得到所述上模樣的型殼，所述型殼的下環(huán)狀端面為用于使得鐵水流入的開(kāi)口； 將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料通過(guò)注塑成型方法制取澆道系統(tǒng)模樣； 取一個(gè)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)，將所述下模樣的上環(huán)狀端面與所述無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的下環(huán)狀端面粘結(jié)連接，且將無(wú)規(guī)共聚聚丙烯塑料環(huán)的上環(huán)狀端面插入所述型殼的環(huán)狀開(kāi)口中，且使得所述下模樣的上環(huán)狀端面與所述型殼的下環(huán)狀端面無(wú)縫隙拼接以將所述下模樣與所述型殼拼接成一體件用于鑄造卷筒； 將所述下模樣與所述澆道系統(tǒng)模樣通過(guò)粘結(jié)連接成一體，所述澆道系統(tǒng)模樣粘結(jié)在所述下模樣的底面上，得到包括所述下模樣、型殼以及澆道系統(tǒng)模樣的模樣一體件； 2)取一個(gè)第一箱體，將步驟I)中的模樣一體件以立式放置于所述第一箱體內(nèi)； 然后在所述模樣一體件的外圍以環(huán)繞所述模樣一體件的方式從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤(pán)管，每個(gè)冷卻盤(pán)管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件外壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程； 然后在所述模樣一體件的內(nèi)部空心處從上到下鋪設(shè)多個(gè)冷卻盤(pán)管，每個(gè)冷卻盤(pán)管具有各自獨(dú)立的進(jìn)口與出口，通過(guò)控制多個(gè)冷卻盤(pán)管與所述模樣一體件內(nèi)壁的間距大小控制鐵水的凝固過(guò)程； 然后設(shè)置上升液管，所述上升液管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的下箱底上，所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面與所述上升液管的上端開(kāi)口對(duì)接，且所述澆道系統(tǒng)模樣的自由端下端面完全遮蓋所述上升液管的上端開(kāi)口，密封所述上升液管與所述第一箱體下箱底的連接處； 然后設(shè)置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿過(guò)且固定在所述第一箱體的側(cè)箱壁上，所述真空抽吸管的一端與所述模樣一體件間隔一定距離，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱體的外面且與真空系統(tǒng)連通，密封所述真空抽吸管與所述第一箱體側(cè)箱壁的連接處； 然后向所述第一箱體內(nèi)填砂，然后壓實(shí)，得到砂型； 然后密封整個(gè)所述第一箱體； 3)冶煉鐵水，然后將鐵水依次經(jīng)過(guò)球化處理、一次孕育處理以及二次孕育處理，得到權(quán)利要求I?4任意一項(xiàng)所述的鐵水，然后將鐵水用開(kāi)口容器盛裝； 4)將步驟3)中的開(kāi)口容器放置在一個(gè)密閉的第二箱體內(nèi)，且使得所述上升液管的下端穿過(guò)所述第二箱體的頂箱蓋浸入所述開(kāi)口容器中的鐵水中，密封所述上升液管與所述第二箱體的連接處； 5)向所述第二箱體內(nèi)吹送帶壓氣體，同時(shí)，開(kāi)啟真空系統(tǒng)制取真空，開(kāi)口容器內(nèi)的鐵水在帶壓氣體的壓力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流動(dòng)進(jìn)入砂型的型腔中，鐵水從下往上充型，先把澆道系統(tǒng)模樣與下模樣氣化，然后進(jìn)入型殼中的空心腔中，直至開(kāi)口容器內(nèi)的液面不再下降表明鐵水注滿整個(gè)砂型型腔，氣化后的氣體通過(guò)真空抽吸管被真空系統(tǒng)抽走，然后保持吹送氣體與抽真空，直至砂型型腔內(nèi)的鐵水凝固； 當(dāng)開(kāi)口容器內(nèi)的液面不再下降后，從上到下依次向每個(gè)冷卻盤(pán)管中供給冷卻介質(zhì)以對(duì)球墨鑄鐵卷筒進(jìn)行冷卻凝固以及實(shí)現(xiàn)從上到下的順序凝固，同時(shí)，向砂型型腔中的鐵水施加電磁攪拌； 6)當(dāng)最下方的冷卻盤(pán)管的進(jìn)口處與出口處的冷卻介質(zhì)的溫差小于3°C后，停止吹送帶壓氣體以及抽真空，然后將所述上升液管從所述第二箱體中抽出，然后拆開(kāi)所述第一箱體，然后破除砂型，敲掉所述型殼，得到球墨鑄鐵卷筒。
【文檔編號(hào)】B22D27/02GK105821298SQ201610357227
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】劉憲民, 劉明亮, 劉慶坤, 周長(zhǎng)猛, 鞏傳海, 張永, 牛向明
【申請(qǐng)人】山東匯豐鑄造科技股份有限公司