CN101954466B - 双金属复合冶金楔齿滚刀刀壳离心铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双金属复合冶金楔齿滚刀刀壳离心铸造工艺，所述工艺步骤具体依次包括：造型、修壳、喷涂、模壳组装、熔炼钢水、脱氧打渣、浇注、保温取芯、抛丸清砂、加工整修、热处理等步骤。经过上述工艺加工的楔齿滚刀不仅具有硬度高、耐磨性好等优点，而且具有良好的刚度和韧性等综合机械性能，满足了楔齿滚刀刀齿的强度与耐磨性要求，同时保证了刀体的可加工性，提高了楔齿滚刀刀齿的寿命，降低了加工成本。

Description

双金属复合冶金楔齿滚刀刀壳离心铸造工艺

技术领域

本发明涉及矿山机械设备，具体涉及一种针对大型竖井钻机破岩钻进的楔齿滚刀刀壳的新型双金属复合冶金的离心铸造工艺。

背景技术

竖井钻机是煤田凿井、桥墩、电站、地质勘探等工程施工用的凿孔机械，它通过破岩滚刀破碎岩石并向地下钻进，以形成各种大小直径不等的深井，楔齿滚刀是破岩滚刀常用的刀具类型。

竖井钻机破岩用的楔齿滚刀刀壳分为刀体和刀齿两个部分，刀体部分为安装刀轴、轴承、密封件的主体，要求结构紧凑、加工精度高，要求材料刚性好、易于加工；刀齿部分为破岩主体，直接接触岩石，要求材料具有较高的硬度、耐磨性。

现有技术中的滚刀刀壳一般采用先整体铸造然后对刀体部分进行机加工的工艺，但是该工艺的主要问题是滚刀刀壳的可加工性、硬度及耐磨性难以同时保证。现有的改进方案通常有两种处理方法：一是采用硬度较高的材料整体铸造，满足破岩需要；二是采用硬度较低的材料整体铸造后，在刀齿部分堆焊耐磨材料。第一种处理方法的缺点是加工困难，加工成本高；第二种处理方法的缺点是堆焊时精度不易控制、加工效率低，同样成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种楔齿滚刀刀壳的离心铸造工艺，使楔齿滚刀既能满足刀齿破岩强度与耐磨性的要求，又能满足刀体的刚性和易加工性的需要。本发明工艺具体为：

1)造型：采用壳铸法，用造型机单独配制70-140目的耐高温、高强硬度的覆膜砂，并根据相应尺寸设计模具并压制出型壳；

2)修壳：对造型步骤中压制的型壳进行整修，去除飞边、毛刺及注射砂；

3)喷涂：对所有与钢水接触的面均匀喷涂耐高温锆英涂料；

4)模壳组装：将涂料干燥后的型壳按次序逐一装进离心机模具中，在模具的最外层垫上2-3层预留浇注孔的石棉板，最后将离心机模具的外端盖压紧并销好钢销；

5)熔炼钢水：同时开两套200kg的中频高温熔炼电炉，一炉熔炼耐磨铸钢，另一炉熔炼低碳合金钢；

6)脱氧打渣：待两炉钢水熔炼完毕后，先将所需重量的耐磨铸钢钢水倒入预先加入脱氧剂、精炼剂、Ti合金、脱硫剂的浇包内，包内打渣一次，至钢水目测无杂质上浮，迅速将钢液进行浇注；

7)浇注：首先浇注第一包耐磨铸钢钢水，浇注完后在回炉前将低碳合金钢的钢水温度控制在1560℃-1580℃，两包钢水浇注的间隔时间为5-7分钟，其中低碳合金钢的钢水与耐磨铸钢钢水的脱氧、脱硫过程相同；

8)保温取芯：待铸型内孔钢水呈黑红色，将离心机停止，待铸型完全静止并且铸件完全凝固后打开端盖取出铸件，埋入干燥的型砂中保温12小时后再取出；

9)抛丸清砂：对铸件表面的附砂进行抛丸清砂处理；

10)加工整修：整修铸件飞边毛刺；

11)热处理：对铸件进行淬火、低温回火的热处理步骤。

在本发明的脱氧打渣步骤中的浇包提前预热在130℃，钢水出炉温度控制在1600℃-1630℃，离心机转速为350-900转/分。在本发明的热处理步骤中，将刀齿部分的硬度控制为洛氏硬度HRC56～62，将刀体部分的硬度控制为布氏硬度HB260。

用本发明的工艺生产的楔齿滚刀刀壳不仅具有硬度高，耐磨性好等优点，而且具有高的韧性和高断裂韧性，满足了破岩刀齿的强度与耐磨性要求，提高了刀齿的寿命；刀体部分采用低碳合金钢，可满足刀体的刚性和易加工性。

附图说明

附图1是本发明中用复合冶金铸造的双金属楔齿滚刀刀壳壳体剖视示意图。

其中，1-刀齿；2-双金属融合过渡层；3-刀体。

具体实施方式

如图1所示，是本发明中用复合冶金铸造的楔齿滚刀刀壳壳体的剖视图，所述楔齿滚刀刀壳包括刀齿1、双金属融合过渡层2和刀体3，所述的双金属融合过渡层2由耐磨铸钢和低碳合金钢两种金属复合冶炼而成。

铸造时，先将上述两种材料耐磨铸钢和低碳合金钢按一定配比、次序分别在两个200kg中频高温熔炉内冶炼。待钢水达到合适的出炉温度后，将一定量的刀齿耐磨铸钢钢水注入一台离心机中，待耐磨铸钢钢水将所述离心机内的砂型刀齿部分充满后，随后将一定量的熔融的低碳合金钢钢水注入离心机中。浇注过程中离心机不停地变速旋转，使刀齿、刀体部分逐渐地依次浇注成型。然后对铸造的产品粗加工，经淬火、低温回火等热处理步骤后可以达到刀齿部分洛氏硬度HRC56～62、刀体部分布氏硬度HB260的硬度。

具体工艺步骤如下：

1)造型：采用壳铸法，用造型机单独配制70-140目的耐高温、高强硬度的覆膜砂，并根据相应尺寸设计模具并压制出型壳；

2)修壳：对造型步骤中压制的型壳进行整修，去除飞边、毛刺及注射砂；

3)喷涂：对所有与钢水接触的面均匀喷涂耐高温锆英等类型的涂料；

4)模壳组装：将涂料干燥后的型壳按次序逐一装进离心机模具中，在模具的最外层垫上2-3层预留浇注孔的石棉板，最后将离心机模具的外端盖压紧并销好钢销；

5)熔炼钢水：同时开两套200kg的中频高温熔炼电炉，一炉熔炼耐磨铸钢，另一炉熔炼低碳合金钢(或者其它适合做刀体的材料)；

6)脱氧打渣：待两炉钢水熔炼完毕后，先将所需重量的耐磨铸钢钢水倒入预先加入脱氧剂、精炼剂、Ti合金、脱硫剂的浇包内，包内打渣一次，至钢水目测无杂质上浮，迅速将钢液进行浇注，浇包提前预热在130℃，铁水出炉温度控制在1600℃-1630℃，离心机转速为350-900转/分；

7)浇注：首先浇注第一包耐磨铸钢钢水，浇注完后在回炉前将低碳合金钢的钢水温度控制在1560℃-1580℃，两包钢水浇注的间隔时间为5-7分钟，其中低碳合金钢的钢水与耐磨铸钢钢水的脱氧、脱硫过程相同；

8)保温取芯：待铸型内孔钢水呈黑红色，将离心机停止，待铸型完全静止并且铸件完全凝固后打开端盖取出铸件，埋入干燥的型砂中保温12小时后再取出；

9)抛丸清砂：对铸件表面的附砂进行抛丸清砂处理；

10)加工整修：用锉刀等工具整修铸件飞边毛刺；

11)热处理：对铸件进行淬火、低温回火的热处理步骤，将刀齿部分的硬度控制为洛氏硬度HRC56～62，将刀体部分的硬度控制为布氏硬度HB260左右。

需要注意的是，双金属复合材料浇注需要严格控制钢水出炉温度、终止温度、浇注速度、浇注量、离心机旋转速度等参数。较高的浇注温度会使离心机外壳穿透，较低的浇注温度使材料不易成型和结合、材料内部致密性不足；而离心机旋转速度快慢直接影响材料内部元素的分布，影响材料的均匀性、韧性。温度和旋转速度需严格设定，否则直接影响刀壳材料浇注的成败。

由于在整个工艺过程中利用离心机的离心力将两种不同成分的钢水依次浇注，使两种材料自然结合，两种材料结合处强度好，能同时实现提高耐磨性和易加工的性能。

经过上述工艺加工的楔齿滚刀材料不仅具有硬度高，耐磨性好等优点，而且具有良好的刚度与韧性等综合机械性能，满足了破岩刀齿的强度与耐磨性要求，同时保证了刀体的可加工性，提高了楔齿滚刀刀齿的寿命，降低了加工成本。

Claims (3)

1.一种双金属复合冶金楔齿滚刀刀壳离心铸造工艺，所述楔齿滚刀用于竖井钻机中，所述离心铸造工艺的步骤具体包括：

1)造型：采用壳铸法，用造型机单独配制70-140目的耐高温、高强硬度的覆膜砂，并根据相应尺寸设计模具并压制出型壳；

2)修壳：对造型步骤中压制的型壳进行整修，去除飞边、毛刺及注射砂；

3)喷涂：对所有与钢水接触的面均匀喷涂耐高温锆英涂料；

4)模壳组装：将涂料干燥后的型壳按次序逐一装进离心机模具中，在模具的最外层垫上2-3层预留浇注孔的石棉板，最后将离心机模具的外端盖压紧并销好钢销；

5)熔炼钢水：同时开两套200kg的中频高温熔炼电炉，一炉熔炼耐磨铸钢，另一炉熔炼低碳合金钢；

6)脱氧打渣：待两炉钢水熔炼完毕后，先将所需重量的耐磨铸钢钢水倒入预先加入脱氧剂、精炼剂、Ti合金、脱硫剂的浇包内，浇包内打渣一次，至钢水目测无杂质上浮；

7)浇注：首先浇注第一包耐磨铸钢钢水，浇注完后在回炉前将低碳合金钢的钢水温度控制在1560℃-1580℃，两包钢水浇注的间隔时间为5-7分钟，其中低碳合金钢钢水与耐磨铸钢钢水的脱氧、脱硫过程相同；

8)保温取芯：待铸型内孔钢水呈黑红色，将离心机停止，待铸型完全静止并且铸件完全凝固后打开端盖取出铸件，埋入干燥的型砂中保温12小时后再取出；

9)抛丸清砂：对铸件表面的附砂进行抛丸清砂处理；

10)加工整修：整修铸件飞边毛刺；

11)热处理：对铸件进行淬火、低温回火的热处理步骤。

2.根据权利要求1所述的离心铸造工艺，其中脱氧打渣步骤中的浇包提前预热在130℃，铁水出炉温度控制在1600℃-1630℃，离心机转速为350-900转/分。

3.根据权利要求1所述的离心铸造工艺，其中在热处理步骤中，将刀齿部分的硬度控制为洛氏硬度HRC56～62，将刀体部分的硬度控制为布氏硬度HB260。