CN101941052A - 悬索桥吊耳销接式索夹铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，吊耳销接式索夹分为上、下半部分，分别进行铸造，其步骤包括制作模型制造、造型、浇铸、后处理，所述上半部分铸件的缆索孔向下，浇口布置在上半部分铸件的两端，通过浇道连接上半部分铸件，冒口布置在上半部分铸件的上表面，在螺栓连接副凸台的外侧和缆索孔的表面布置有冷铁；所述下半部分铸件的缆索孔向上，浇口布置在下半部分铸件的两端，通过浇道连接下半部分铸件，冒口布置在缆索孔的表面，在螺栓连接副凸台的外侧、耳板与夹套的连接处和耳板的表面布置有冷铁。本发明使得铸件组织在最短时间迅速形成，提高抵抗拉伸的强度；同时，由于冷铁处最先冷却，钢水优先补缩，大大减少、甚至杜绝裂纹的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造方法，具体涉及悬索桥吊耳销接式索夹的具体铸造方法。
背景技术
如图1所示，在悬索桥结构组成部分中，索夹4是主缆3和吊索6之间的连接件，它夹持在主缆3上并连接主缆3与吊索6，将桥面5的静载和动载传递给主缆3，是重要的受力构件。
索夹4的结构复杂，一般采用铸造结构，从受力角度分析主要受拉。
如图2、图3所示，是吊耳销接式索夹的结构示意图：
1.如图2所示，是吊耳销接式索夹的上半部分，为半圆型结构，如图3所示，是吊耳销接式索夹的下半部分，为Y型结构。吊耳销接式索夹的上、下两部分的接缝处为锯齿形，通过高强螺栓副连接构成的一内部具有圆形缆索孔、外廓为圆形连接有耳板的索夹4。
2.吊耳式索夹长约1～3m，壁厚约为30～50mm，其特殊的结构形式决定其的长厚比较大。分别对其上、下两部分整体铸造后，采用切削加工，以保证和相关件连接的尺寸精度。
3.吊耳销接式索夹的强度靠铸造质量保证，为检查铸件质量，要使用超声波探伤和磁粉探伤，甚至射线探伤，确保铸件内部无超标缺陷。
现有技术中，吊耳销接式索夹的铸造方案如图4、图5所示，
吊耳销接式索夹的上半部分铸造时，缆索孔向下，浇铸系统采用底注浇铸。在外侧圆弧部分设置冒口9，钢水由浇口8经浇道11，进入铸件底部，在浇道11下方设置集渣包12，冷铁11布置在外侧圆弧面。
下半部分铸造时，缆索孔向上，非加工面靠近下箱，浇铸系统采用底注浇铸。在缆索孔内设置大冒口9，加强对螺杆承压台，耳板交界处等厚大部位的补缩，减少疏松、缩松、裂纹等缺陷。钢水由浇口8经浇道11，进入铸件底部，在浇道11下方设置集渣包12，由于通道长，增加一层浇道11，有助于顺序凝固。
在热节点布置铬铁矿砂和冷铁10，加快了热节点的冷却速度，防止其附近薄壁冷却快于热节点，造成先冷部位收缩对后冷部位的拉伸，从而减少裂纹倾向。
以上铸造方案的缺点：
在吊耳销接式索夹铸造时，虽然冒口9对厚大部位及热节点，进行了有效补缩，但冒口9间的补缩效率低，同时还带来了负面影响。冒口9自身又在冒口9与铸件间形成更大的热节点，两冒口9间的钢水冷却速度远大于冒口9及其附近的区域的冷却速度，从而造成了铸件结晶收缩时，两冒口9中间的晶体对冒口9及其附近的区域晶体的拉伸，当这种拉伸接近、达到晶体的抗拉强度时，就会在此形成热裂纹。裂纹一般出现在吊耳式索夹的上半部分的内圆弧面和下半部分的内圆弧面上，即缆索孔的表面。
按照国家标准要求，铸件表面不应存在影响使用的缺陷，如有缺陷允许补焊。行业内对这种索夹，也都采用焊补的方法对铸造缺陷进行修补。但在铸件上进行焊补，会造成潜在的应力源，产品在桥面动载作用下，易出现疲劳裂纹，从而影响桥梁安全。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，该方法减少铸件裂纹，使工件不需要进行后期补焊，减少出现疲劳裂纹的机会。
本发明的技术方案是：
一种悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，所述吊耳销接式索夹是一个带耳板的圆环体，分为上、下半部分，接合处呈锯齿状，具有螺栓连接副凸台，内孔夹持缆索，称为缆索孔；铸造时，吊耳销接式索夹的上、下两半部分铸件分体铸造，其步骤包括制作模型制造、造型、浇铸、后处理，所述上半部分铸件的缆索孔向下，浇口布置在上半部分铸件的两端，通过浇道连接上半部分铸件，冒口布置在上半部分铸件的上表面，在螺栓连接副凸台的外侧和缆索孔的表面布置有冷铁；所述下半部分铸件的缆索孔向上，浇口布置在下半部分铸件的两端，通过浇道连接下半部分铸件，冒口布置在缆索孔的表面，在螺栓连接副凸台的外侧、耳板与夹套的连接处和耳板的表面布置有冷铁。
所述上半部分铸件螺栓连接副凸台处的冷铁与凸台的高度一致，均匀排列；缆索孔表面的冷铁大小一致，均匀布置在冒口之间的间隙中。
所述下半部分铸件螺栓连接副凸台处的冷铁与凸台的高度一致，均匀排列；耳板与缆索孔连接处的冷铁铁大小一致，沿夹套的轴向均匀紧密布置；耳板表面的冷铁大小一致，沿耳板面均匀紧密布置。
所述制作造型使用的面砂是铬铁矿砂，型砂是石英砂，粘结剂是树脂，快干涂料是锆英粉，浇道是高强度耐火砖。
所述铬铁矿砂厚度为10～30mm。
所述浇铸时，钢水的熔炼温度为1590℃-1620℃，进行吹氩除气、除渣的二次精炼，再进行浇铸。
所述浇铸采用合箱浇铸，型内钢水的上升速度不小于每秒15mm。
所述冷却成型时，铸件浇铸后保温7～9小时再开箱，开箱时，确保铸件表面温度在200℃-400℃内。
所述后处理包括清砂、割除冒口、抛丸处理、消应热处理、消缺和精整。
本发明的有益效果是：
悬索桥吊耳销接式索夹采用本发明的铸造方法，一方面使得晶体在最短时间迅速形成铸件组织，提高抵抗拉伸的强度；另一方面，由于冷铁处最先冷却，钢水会优先补缩此处，相当于增加了补缩，这样就可以大大减少、甚至杜绝裂纹的产生，减少铸件的修补，减少因铸件修补产生的疲劳破坏，大大提高悬索桥的安全性。
附图说明
图1是悬索桥的结构示意图；
图2是吊耳式索夹上半部分的结构示意图；
图3是吊耳式索夹下半部分的结构示意图；
图4是现有技术吊耳式索夹上半部分铸造时的示意图；
图5是现有技术吊耳式索夹下半部分铸造时的示意图；
图6是本发明吊耳式索夹上半部分铸造时的主视示意图；
图7是本发明吊耳式索夹上半部分铸造时的仰视示意图；
图8是图7的A-A向示意图；
图9是本发明吊耳式索夹下半部分铸造时的主视示意图；
图10是本发明吊耳式索夹下半部分铸造时的仰视示意图；
图11是图10的B-B向示意图；
图中标号表示：
1-锚固体，2-桥塔，3-主缆，4-索夹，5-桥面，6-吊索，7-主索鞍，8-浇口，9-冒口，10-浇道，11-冷铁，12-集渣包。
具体实施方式
下面结合图6～图11，对本发明的具体实施方式做进一步详述，需要说明的是：本实施例是描述性的，不是限定性的，不能以此来限定本发明的保护范围。
本实施例采用ZG20Mn材料浇铸索夹，该吊耳式索夹的具体尺寸是：索夹长3米，宽1.1米，缆索孔直径0.8米，最小壁厚40毫米。
(1)模型制作。按吊耳式索夹4的上、下部分分别制作模型图，再依此制作模型，模型烘干后，打磨表面，使其粗糙度达到Ra100以上。
(2)造型。按吊耳式索夹4的上、下部分分别制作方案图，再依次对上、下部分的浇铸体进行造型。其中，采用铬铁矿砂作为面砂，石英砂作为型砂，树脂作为粘结剂，锆英粉作为快干涂料，高强度耐火砖作为浇铸系统的浇注料。同时，分别针对上、下部分铸体进行浇铸前的布置和准备工作：
将吊耳销接式索夹4的上半部分铸体设计为：缆索孔向下，将浇口8布置在上半部分铸件的两端，通过浇道10连接上半部分铸件。冒口9分为三列布置在上半部分铸件的上表面上，相邻两冒口9的中心距离为520mm，冒口9呈锥形筒状，其两端面呈圆形，锥度为10°，大口朝上，小口的直径为200mm。在螺栓连接副凸台的外侧和缆索孔的表面布置有冷铁11，并且：螺纹连接副凸台处的冷铁11与凸台的高度一致，均匀排列，相邻两冷铁11的中心距离为520mm；缆索孔表面的冷铁11大小一致，均匀布置在冒口9之间的间隙中，相邻两冷铁11的中心距离为520mm。
将吊耳销接式索夹4的下半部分铸体设计为：缆索孔向上，浇口8布置在下半部分铸件的两端，通过浇道10连接下半部分铸件。冒口9布置在缆索孔的表面，相邻两冒口9的中心距离为520mm，冒口9呈锥形筒状，其大口朝上，锥度为10°，大口端面呈椭圆形，大口的长轴与缆索孔的内径相同、短轴长200mm。在螺纹连接副凸台的外侧、耳板与夹套的连接处和耳板的表面布置有冷铁11，并且：螺纹连接副凸台处的冷铁11与凸台的高度一致，均匀排列，相邻两冷铁11的中心距离为520mm；耳板与夹套的连接处的冷铁11铁大小一致，沿夹套的轴向均匀紧密布置，相邻两冷铁11的中心距离为260mm，且与螺纹连接副凸台处的冷铁11的位置平行对应；耳板表面的冷铁11大小一致，长160mm、宽120mm，沿耳板的边缘均匀紧密布置，相邻两冷铁11的中心距离为145mm。
同时，增加铬铁矿砂的厚度，由10mm增至30mm，加大其补缩和结晶速度，解决裂纹问题。
(3)熔炼。采用中频感应炉熔炼钢水，其炉衬材料为中性或碱性，出钢温度为1590℃-1620℃。
(4)合箱浇铸。将经过熔炼后的高温钢水进行炉外钢包吹氩除气、除渣的二次精炼，再将钢水注入铸件的浇口8。同时，确保型内钢水的上升速度不小于每秒15mm。
(5)开箱。铸件浇铸后，应保温7-9小时，再进行开箱作业。开箱时，铸件表面温度应在200℃-300℃内。开箱取出铸件后，进行清砂、割除冒口9的处理。进行冒口9切割时，铸件的表面温度应在200℃-250℃内。
(6)抛丸处理。采用直径约为3～5mm的钢丸(可以是铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等)抛向工件的表面，使工件的表面达到一定的粗造度，使工件变得美观，或者改变工件的焊接拉应力为压应力，提高工件的使用寿命。
(7)初检工件的外观、外形、尺寸，初检合格后进行后续处理。
(8)消应热处理。对铸钢件进行正火、回火、焊补后去应力热处理。热处理时最大温升速度不超过100℃/h，保温时间应在铸件加热到保温温度后(按20mm/h)计算。升温时，炉内三个测温点的相对温差不得大于30℃，个时段表显温差不得偏离工艺曲线15℃。
(9)精整。精整非加工面表面粗糙度在抛丸，彻底清除氧化皮并打磨见金属光泽后，满足图纸规定磁粉探伤等级的相关要求；粘砂须风铲后打磨干净。不平直面得弯曲应小于2mm/1000mm，允许变形及各个面上的凸起，每500mm不得大于2mm。
(10)检验。包括几何尺寸检验、磁粉探伤等，确保工件的性能符合要求。
Claims (9)
1.一种悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，所述吊耳销接式索夹是一个带耳板的圆环体，分为上、下半部分，接合处呈锯齿状，具有螺栓连接副凸台，内孔夹持缆索，称为缆索孔；铸造时，吊耳销接式索夹的上、下两半部分铸件分体铸造，其步骤包括制作模型制造、造型、浇铸、后处理，其特征在于：所述上半部分铸件的缆索孔向下，浇口布置在上半部分铸件的两端，通过浇道连接上半部分铸件，冒口布置在上半部分铸件的上表面，在螺栓连接副凸台的外侧和缆索孔的表面布置有冷铁；所述下半部分铸件的缆索孔向上，浇口布置在下半部分铸件的两端，通过浇道连接下半部分铸件，冒口布置在缆索孔的表面，在螺栓连接副凸台的外侧、耳板与夹套的连接处和耳板的表面布置有冷铁。
2.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述上半部分铸件螺栓连接副凸台处的冷铁与凸台的高度一致，均匀排列；缆索孔表面的冷铁大小一致，均匀布置在冒口之间的间隙中。
3.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述下半部分铸件螺栓连接副凸台处的冷铁与凸台的高度一致，均匀排列；耳板与缆索孔连接处的冷铁铁大小一致，沿夹套的轴向均匀紧密布置；耳板表面的冷铁大小一致，沿耳板面均匀紧密布置。
4.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述制作造型使用的面砂是铬铁矿砂，型砂是石英砂，粘结剂是树脂，快干涂料是锆英粉，浇道是高强度耐火砖。
5.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述铬铁矿砂厚度为10～30mm。
6.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述浇铸时，钢水的熔炼温度为1590℃-1620℃，进行吹氩除气、除渣的二次精炼，再进行浇铸。
7.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述浇铸采用合箱浇铸，型内钢水的上升速度不小于每秒15mm。
8.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述冷却成型时，铸件浇铸后保温7-9小时再开箱，开箱时，确保铸件表面温度在200℃-400℃内。
9.根据权利要求1所述悬索桥吊耳销接式索夹的铸造方法，其特征在于：所述后处理包括清砂、割除冒口、抛丸处理、消应热处理、消缺和精整。
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