CN102205397A - 一种特大型半齿圈的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特大型半齿圈的铸造方法，采用外轮缘整圈明冒口、外加保温冒口套，内圆补贴，外圆冷铁激冷；内轮缘分散圆形保温暗冒口，对应底部冷铁激冷，得到半齿圈毛坯。本发明提供的特大型半齿圈的铸造方法采用外轮缘整圈明冒口，外加保温冒口套，增强了冒口的补缩能力，制得的铸件的组织致密性明显提高，同时也利于浮砂及杂物上浮，减少了砂眼、气孔及夹杂缺陷；采用整圈内补贴和挂砂冷铁激冷，内补贴可使外轮缘壁厚中心内移，通过挂砂冷铁激冷，使齿面及齿根组织致密，减少了磁粉探伤缺陷，且内补贴在进一步的机加工中不予去除，保证了半齿圈的毛坯齿面质量，提高了齿面磁粉和超声波探伤合格率。

Description

一种特大型半齿圈的铸造方法

技术领域

本发明涉及特大型半齿圈的生产技术领域，具体涉及一种特大型半齿圈的铸造方法。

背景技术

大型齿轮圈是大型回转窑、磨机及建材、矿山、冶金、电力机械设备中的关键传动部件，齿轮圈质量的好坏直接影响到设备的寿命、性能及传动的平稳性，因此，如何提高大型齿轮圈质量就成了至关重要的问题。随着经济的发展和科技进步，世界上建材、冶金领域所用大型齿轮圈的规格由直径4000-6000 mm发展到现在的直径10000 mm以上，规格越来越大，质量要求也越来越高，除要求良好的抗疲劳性、高强度、高韧性、高的表面硬度外，还要求组织致密，需进行磁粉探伤和超声波探伤，且不允许有缺陷焊补。

由于受交通运输条件的制约，在实际制造大型齿轮圈时一般是将大型齿轮圈一分为二，分成两个半齿圈进行加工制造，待使用时再将两个半齿圈用螺栓固定组合成齿轮圈使用。半齿圈的质量直接影响组合成的齿轮圈的质量，因此，半齿圈的质量就显得尤为重要。在制造过程中，为了防止半齿圈的变形，通常在铸造时将两个半齿圈组合造型，两个半齿圈圆心距拉开些距离，中部加连接板，组成整圈进行铸造，铸成后再将毛坯切开成为半齿圈。

半齿圈的铸造方法是特大型半齿圈制造中的关键技术。由于特大型半齿圈的凝固结晶范围宽，其凝固特性决定了在铸造过程中容易产生缩孔和缩松缺陷，特别是在现有的铸造工艺中，见附图1所示，冒口分散放置在内、外轮缘的立筋处，在外轮缘外侧对应冒口下方放置补贴，在半齿圈加工过程中由于其轮缘铣齿深度达外轮缘厚度的一半，机加工后在齿根处常出现铸造缺陷。另外，由于半齿圈直径大，钢液用量大，铸造过程中钢液与型砂接触时间长，生产中砂眼、气孔缺陷比较突出，磁粉探伤后常出现超标磁痕显示，不仅影响了产品的质量，增加成本，而且影响交货期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特大型半齿圈的铸造方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种特大型半齿圈的铸造方法，采用外轮缘整圈明冒口、外加保温冒口套，内圆补贴，外圆冷铁激冷；内轮缘分散圆形保温暗冒口，对应底部冷铁激冷，得到半齿圈毛坯。

进一步的，特大型半齿圈的铸造方法具体包括以下步骤：

（1）构建铸模

用型砂构建两个半齿圈，所述两个半齿圈的圆心相距400～500mm，两个半齿圈通过设置在两个半齿圈之间的连接板组成整圈造型，所述连接板通过螺栓固定连接；

沿所述两个半齿圈的外轮缘上部设置整圈明冒口，所述明冒口居中设置于所述外轮缘的上部，明冒口外部设置有保温冒口套；

沿所述两个半齿圈外轮缘的内侧且位于平辐板的上部除所述用于固定连接连接板的螺栓外整圈设置内补贴；沿所述两个半齿圈的外轮缘的外侧设置整圈第一挂砂冷铁，所述第一挂砂冷铁的挂砂层厚度为20mm，第一挂砂冷铁的冷铁厚度为300～400mm，冷铁高度与半齿圈外轮缘高度相同；

所述两个半齿圈的内轮缘上部与立筋相交部位分散设置有圆形保温暗冒口，圆形保温暗冒口的数量与立筋数量相同，所述圆形保温暗冒口顶部设置出气孔；所述两个半齿圈的内轮缘靠近圆心的一侧对应于圆形保温暗冒口的下部设置有第二挂砂冷铁，所述第二挂砂冷铁的挂砂层厚度为10mm，第二挂砂冷铁的冷铁厚度为100～120mm，冷铁长度为150～160mm，冷铁宽度为150～160mm；

（2）将钢液浇注入步骤（1）构建的铸模中，得到铸件毛坯，之后切开得到半齿圈毛坯。

其中，所述明冒口沿半齿圈径向的宽度为：外轮缘沿半齿圈径向的宽度+（100～130）mm，明冒口的高度为：外轮缘高度×（70～80）%。

所述内补贴的厚度为60～80mm。

所述圆形保温暗冒口的直径为：内轮缘沿半齿圈径向的宽度+（50～80）mm。

所述钢液的制备方法为：从45号钢、CrMo低合金钢和CrNiMo低合金钢中选取一种作为生产特大型半齿圈的原材料，该原材料采用碳钢、铬铁、锰铁、硅铁、钼铁、镍铁等，按材质化学成分配比要求计算配备原材料，采用电弧炉初炼，然后再经LF精炼和VD处理，得钢液。

所述半齿圈毛坯的直径为9000～12000mm。

本发明提供的特大型半齿圈的铸造方法采用外轮缘整圈明冒口，外加保温冒口套，增强了冒口的补缩能力，制得的铸件的组织致密性明显提高，同时也利于浮砂及杂物上浮，减少了砂眼、气孔及夹杂缺陷；采用整圈内补贴和挂砂冷铁激冷，内补贴可使外轮缘壁厚中心内移，通过挂砂冷铁激冷，使齿面及齿根组织致密，减少了磁粉探伤缺陷，且内补贴在进一步的机加工中不予去除，保证了半齿圈的毛坯齿面质量，提高了齿面磁粉和超声波探伤合格率。本发明提供的特大型半齿圈的铸造方法保证了铸件的顺序凝固和冒口的有效补缩，得到了无缩孔、缩松等缺陷，组织致密，磁粉探伤和超声波探伤后，质量达到GB7233-87Ⅱ级要求，得到无需缺陷焊补的半齿圈零件。

本发明所使用的钢液经过先进的熔炼工艺处理，即采用电弧炉初炼，然后再经LF精炼和VD处理，消除了钢液中的气体和杂质，提高了钢液的纯净度，从而保证了制得的半齿圈毛坯的质量。

附图说明

图1是现有的一种铸造工艺示意图；

图2是本发明实施例提供的一种铸模工艺的局部结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种直径为9400mm的特大型半齿圈的铸造方法，采用外轮缘整圈明冒口、外加保温冒口套，内圆补贴，外圆冷铁激冷；内轮缘分散圆形保温暗冒口，对应底部冷铁激冷，得到半齿圈毛坯，具体包括以下步骤：

（1）构建铸模

构建成的铸模工艺的局部结构示意图见附图2所示，用型砂构建两个半齿圈11，两个半齿圈11的圆心相距400mm，两个半齿圈11通过设置在两个半齿圈11之间的连接板组成整圈造型，连接板通过螺栓固定连接；

沿两个半齿圈11的外轮缘9上部设置整圈明冒口7，明冒口7居中设置于外轮缘9的上部，明冒口7沿半齿圈11径向的宽度为：外轮缘9沿半齿圈11径向的宽度+100mm，明冒口7的高度为：外轮缘9高度×70%，明冒口7外部设置有保温冒口套；

沿两个半齿圈11的外轮缘9的内侧且位于平辐板6的上部除用于固定连接连接板的螺栓外整圈设置内补贴8，内补贴8的厚度为60mm；沿两个半齿圈11的外轮缘9的外侧设置整圈第一挂砂冷铁10，第一挂砂冷铁10的挂砂层厚度为20mm，第一挂砂冷铁10的冷铁厚度为300mm，冷铁高度与半齿圈外轮缘9高度相同；

两个半齿圈11的内轮缘4上部与立筋5相交部位分散设置有圆形保温暗冒口2，圆形保温暗冒口2的直径为：内轮缘4沿半齿圈11径向的宽度+50mm，圆形保温暗冒口2的数量与立筋5数量相同，圆形保温暗冒口2顶部设置出气孔1；两个半齿圈11的内轮缘4靠近圆心的一侧对应于圆形保温暗冒口2的下部设置有第二挂砂冷铁3，第二挂砂冷铁3的挂砂层厚度为10mm，第二挂砂冷铁3的冷铁厚度为100mm，冷铁长度为150mm，冷铁宽度为150mm；

（2）将钢液浇注入步骤（1）构建的铸模中，得到铸件毛坯，之后切开得到半齿圈毛坯，其中钢液的制备方法为：选取45号钢，按45号钢的化学成分配比进行计算并配备原材料，之后采用电弧炉初炼，然后再经LF精炼和VD处理，得钢液。

实施例2

一种直径为10160mm的特大型半齿圈的铸造方法，采用外轮缘整圈明冒口、外加保温冒口套，内圆补贴，外圆冷铁激冷；内轮缘分散圆形保温暗冒口，对应底部冷铁激冷，得到半齿圈毛坯，具体包括以下步骤：

（1）构建铸模

构建成的铸模工艺的局部结构示意图见附图2所示，用型砂构建两个半齿圈11，两个半齿圈11的圆心相距450mm，两个半齿圈11通过设置在两个半齿圈11之间的连接板组成整圈造型，连接板通过螺栓固定连接；

沿两个半齿圈11的外轮缘9上部设置整圈明冒口7，明冒口7居中设置于外轮缘9的上部，明冒口7沿半齿圈11径向的宽度为：外轮缘9沿半齿圈11径向的宽度+110mm，明冒口7的高度为：外轮缘9高度×75%，明冒口7外部设置有保温冒口套；

沿两个半齿圈11的外轮缘9的内侧且位于平辐板6的上部除用于固定连接连接板的螺栓外整圈设置内补贴8，内补贴8的厚度为70mm；沿两个半齿圈11的外轮缘9的外侧设置整圈第一挂砂冷铁10，第一挂砂冷铁10的挂砂层厚度为20mm，第一挂砂冷铁10的冷铁厚度为350mm，冷铁高度与半齿圈外轮缘9高度相同；

两个半齿圈11的内轮缘4上部与立筋5相交部位分散设置有圆形保温暗冒口2，圆形保温暗冒口2的直径为：内轮缘4沿半齿圈11径向的宽度+70mm，圆形保温暗冒口2的数量与立筋5数量相同，圆形保温暗冒口2顶部设置出气孔1；两个半齿圈11的内轮缘4靠近圆心的一侧对应于圆形保温暗冒口2的下部设置有第二挂砂冷铁3，第二挂砂冷铁3的挂砂层厚度为10mm，第二挂砂冷铁3的冷铁厚度为110mm，冷铁长度为160mm，冷铁宽度为160mm；

（2）将钢液浇注入步骤（1）构建的铸模中，得到铸件毛坯，之后切开得到半齿圈毛坯，其中钢液的制备方法为：选取CrMo钢，按20CrMo钢的化学成分配比进行计算并配备原材料，之后采用电弧炉初炼，然后再经LF精炼和VD处理，得钢液。

实施例3

一种直径为11630mm的特大型半齿圈的铸造方法，采用外轮缘整圈明冒口、外加保温冒口套，内圆补贴，外圆冷铁激冷；内轮缘分散圆形保温暗冒口，对应底部冷铁激冷，得到半齿圈毛坯，具体包括以下步骤：

（1）构建铸模

构建成的铸模工艺的局部结构示意图见附图2所示，用型砂构建两个半齿圈11，两个半齿圈11的圆心相距500mm，两个半齿圈11通过设置在两个半齿圈11之间的连接板组成整圈造型，连接板通过螺栓固定连接；

沿两个半齿圈11的外轮缘9上部设置整圈明冒口7，明冒口7居中设置于外轮缘9的上部，明冒口7沿半齿圈11径向的宽度为：外轮缘9沿半齿圈11径向的宽度+130mm，明冒口7的高度为：外轮缘9高度×80%，明冒口7外部设置有保温冒口套；

沿两个半齿圈11的外轮缘9的内侧且位于平辐板6的上部除用于固定连接连接板的螺栓外整圈设置内补贴8，内补贴8的厚度为80mm；沿两个半齿圈11的外轮缘9的外侧设置整圈第一挂砂冷铁10，第一挂砂冷铁10的挂砂层厚度为20mm，第一挂砂冷铁10的冷铁厚度为400mm，冷铁高度与半齿圈外轮缘9高度相同；

两个半齿圈11的内轮缘4上部与立筋5相交部位分散设置有圆形保温暗冒口2，圆形保温暗冒口2的直径为：内轮缘4沿半齿圈11径向的宽度+80mm，圆形保温暗冒口2的数量与立筋5数量相同，圆形保温暗冒口2顶部设置出气孔1；两个半齿圈11的内轮缘4靠近圆心的一侧对应于圆形保温暗冒口2的下部设置有第二挂砂冷铁3，第二挂砂冷铁3的挂砂层厚度为10mm，第二挂砂冷铁3的冷铁厚度为120mm，冷铁长度为160mm，冷铁宽度为160mm；

（2）将钢液浇注入步骤（1）构建的铸模中，得到铸件毛坯，之后切开得到半齿圈毛坯，其中钢液的制备方法为：选取CrNiMo钢，按20CrNiMo钢的化学成分配比进行计算并配备原材料，之后采用电弧炉初炼，然后再经LF精炼和VD处理，得钢液。

对实施例1-实施例3得到的三个特大型半齿圈进行超声波探伤和磁粉探伤检测，质量达到GB7233-87Ⅱ级要求，并且组织致密，无缩孔、缩松等缺陷，无需缺陷焊补。

Claims (7)

1.一种特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：采用外轮缘整圈明冒口、外加保温冒口套，内圆补贴，外圆冷铁激冷；内轮缘分散圆形保温暗冒口，对应底部冷铁激冷，得到半齿圈毛坯。

2.根据权利要求1所述的特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

（1）构建铸模

用型砂构建两个半齿圈，所述两个半齿圈的圆心相距400～500mm，两个半齿圈通过设置在两个半齿圈之间的连接板组成整圈造型，所述连接板通过螺栓固定连接；

沿所述两个半齿圈的外轮缘上部设置整圈明冒口，所述明冒口居中设置于所述外轮缘的上部，明冒口外部设置有保温冒口套；

沿所述两个半齿圈外轮缘的内侧且位于平辐板的上部除所述用于固定连接连接板的螺栓外整圈设置内补贴；沿所述两个半齿圈的外轮缘的外侧设置整圈第一挂砂冷铁，所述第一挂砂冷铁的挂砂层厚度为20mm，第一挂砂冷铁的冷铁厚度为300～400mm，冷铁高度与半齿圈外轮缘高度相同；

所述两个半齿圈的内轮缘上部与立筋相交部位分散设置有圆形保温暗冒口，圆形保温暗冒口的数量与立筋数量相同，所述圆形保温暗冒口顶部设置出气孔；所述两个半齿圈的内轮缘靠近圆心的一侧对应于圆形保温暗冒口的下部设置有第二挂砂冷铁，所述第二挂砂冷铁的挂砂层厚度为10mm，第二挂砂冷铁的冷铁厚度为100～120mm，冷铁长度为150～160mm，冷铁宽度为150～160mm；

（2）将钢液浇注入步骤（1）构建的铸模中，得到铸件毛坯，之后切开得到半齿圈毛坯。

3.根据权利要求2所述的特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：所述明冒口沿半齿圈径向的宽度为：外轮缘沿半齿圈径向的宽度+（100～130）mm，明冒口的高度为：外轮缘高度×（70～80）%。

4.根据权利要求2所述的特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：所述内补贴的厚度为60～80mm。

5.根据权利要求2所述的特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：所述圆形保温暗冒口的直径为：内轮缘沿半齿圈径向的宽度+（50～80）mm。

6.根据权利要求2所述的特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：所述钢液的制备方法为：选取45号钢、CrMo低合金钢和CrNiMo低合金钢中的一种为原料，采用电弧炉初炼，然后再经LF精炼和VD处理，得钢液。

7.根据权利要求2所述的特大型半齿圈的铸造方法，其特征在于：所述半齿圈毛坯的直径为9000～12000mm。

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