CN102211174B - 双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐磨锤头铸造工艺，具体是一种双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺。该工艺采取双金属液同步熔炼、浇注，漏模造型机造型的方法，其工艺步骤包括：模具、芯盒、砂芯、漏模造型机制备工序，造型工序，熔炼工序，浇注工序，开箱清整工序，热处理工序。按本发明铸造的锤头具有强韧性与高强度耐磨兼优的特点，不会出现锤柄与锤头部位之间开裂和脱落的情况，耐磨性能优良；漏模造型机使用方便简单、铸型规范标准、生产效率高，生产成本低，同时还能实现一机多用，为用户提供多规格锤头。

Description

双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺

技术领域

本发明涉及耐磨锤头铸造工艺，具体是一种双炉同步熔炼锤柄与锤头两种材质，依据漏模造型机造型，实现平做立浇的双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺。

背景技术

锤式破碎机是冶金矿山、水泥行业的专用破碎设备，在破碎各种物料的生产中，靠锤头击碎各种物料。其主要部件锤头是一种大量消耗的易损备件。传统锤头，有高锰钢或超高锰材质铸造的，有用轨道钢顶部切割后锻造的，还有双金属液固复合铸造的。但这些传统产品，在实际应用中，因各种原因，都不同程度存在着锤头耐磨性差、易断裂破碎的情况，从而造成破碎机维修频繁、劳动强度大，破碎成本居高不下。

近年来，为了解决传统锤头耐磨性不足的问题，又开发了双金属材质复合锤头，即锤柄部位采用了低合金钢或中碳钢材质，取其强度、韧性优良的特点；锤头部位采用了高铬铸铁硬度高的性能，以达到耐磨目的。其铸造工艺步骤分为两次铸造。第一步用砂铸或真空铸造完成锤柄铸件部分；第二步再通过砂铸或真空铸造方式将预制好的锤柄放在型腔内，用高铬铸铁金属液将含在锤头部位内的锤柄进行浇注，即用高铬铸铁材质的金属液将锤柄部位包裹、成型。这种方法是液固复合铸造。其不足之处是工序多、时间长，清整打磨量大，尤其是锤头包裹锤柄部位容易出现质量缺陷。从而造成了在破碎生产作业中经常出现锤头与锤柄结合处开裂和锤头击打部位金属脱落的情况。

发明内容

本发明旨在解决传统锤头耐磨性差，生产过程复杂，生产效率低下的问题，而提供一种依据漏模造型机实现平做立浇的双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺，包括：模具、芯盒、砂芯、漏模造型机制备工序，造型工序，熔炼工序，浇注工序，开箱清整工序，热处理工序，其中：

a.造型工序中的造型方法是：将漏模造型机型面板清理干净，用卡板将托板卡牢，将一端敞口砂箱按定位钉放在定位型板位置上，将敞口砂箱用挡板挡住锁牢，再将其中一台造型机两个锤头模具上的溢流孔用￠15毫米的铁管插在锤头的定位柱上；随后用面砂将模具、主浇道、支浇道覆盖10—15毫米厚，用手掩实，然后填背砂，将砂箱填满背砂后，用手工将型砂捣实，用￠8—10毫米的带尖气针，每间隔100毫米扎排气孔一个，然后向排气孔内吹CO2气体硬化，硬化几秒钟后用气针扎砂型，感觉硬度合适停止吹气，进入脱模工序；

b.熔炼工序中采用两台中频感应电炉，一台用于熔炼锤柄材质低合金钢液，一台用于熔炼锤头材质高铬铸铁金属液，两台电炉同时供电熔化；其加料熔炼顺序是：废钢→生铁→铁合金；当炉内低合金钢水温度1500—1550℃，高铬铸铁水温度1350℃后加入除渣剂，取样分析，然后覆盖保温剂待检或低功率送电升温；钢水、铁水用炉前光谱仪分析结合碳硅热分析合格后，钢水温度升至1590—1610度出钢，浇注温度为1550—1570℃，铁水温度升至1450—1470℃，停电，倾炉浇注；

c.浇注工序中采用立置开放式浇注工艺，每两人为一组合，一人浇锤柄部位的钢水，一人浇锤头部位的铁水，浇注工具是手端包；先浇注锤柄部位，待钢水浇注到锤柄规定的位置时，多余钢水从两型腔溢流孔流出，停止浇注，暂停3—50秒后，另一人再从同一浇道口处浇注高铬铸铁水，待看到铁水达到冒口快满时停止浇注，撒盖保温剂，每箱浇注时间1—2分钟；

d.热处理工序的工艺步骤是:

热处理过程为：铸态→高温奥氏体化→正火液淬火→低温回火，具体是：

将装好在淬火栏上的铸件放在热处理炉窑车上，分工段温度控制，0—200℃装有铸件的淬火栏一起入炉，随炉升温，加热至980--1030℃保温5—7小时，恒温出炉入淬火槽，淬火槽内做一个与槽内径小于50mm的淬火吊运栏，从窑车吊出的铸件散放到槽内的正火液中的吊运栏中，槽内装有正火液，G正火液：G铸件=8:1，进行淬火冷却，一直冷到200-300℃后铸件吊出。

淬火后的铸件进行低温回火，入窑温度低于50℃，将铸件加温到200--300℃，保温3小时后恒温出炉空冷。

本发明与传统锤头生产工艺相比，其突出特点是：

①一次浇注，解决了锤头与锤柄部位开裂问题，而且结合的非常牢固，不会出现液固复合锤头使用中脱落的现象。

②由于液液复合高铬铸铁耐磨锤头的锤柄与锤头结合性好、完美得具备了韧硬兼优的使用性能，比现有高锰钢、中合金铸造、道轨钢锻造、液固复合铸造锤头相比，提高了使用寿命，减少了用户频繁更换锤头的时间和维修费用，减轻了作业人员的劳动强度，并为国家节省了大量的钢铁资源。

③漏模造型机造型，型面平整、合箱严实，减少员工修型工序、平造立浇，节省造型场地面积300%，造型效率高，并减少了员工的劳动强度，比传统造型方法可提高300%的造型效率；锤柄模具部位具有可调功能，可以生产多个规格品种和较大锤头，满足了用户急需。

④利用正火液淬火，提高了铸件的韧性和硬度，从先进的工艺上保障了产品质量的优良。

具体实施方式

以下通过具体实施例详述本发明。

本实施例以135锤式破碎机锤头生产工艺为例，具体生产工艺步骤如下：

1．模具、芯盒、砂芯、漏模造型机制备工序：

① 模具、浇道、冒口系统材质为铝合金，经数控车床加工制成，表面精度为 CT1—CT3，粗糙度为≤1.6μm；长度方向收缩率为1%，宽度方向收缩率为0.8%；

② 芯盒材质为铝合金，表面精度为 CT1—CT3，粗糙度为≤1.6 μm；型腔尺寸按模型放收缩量；

③ 砂芯为长芯头，一端带径向和轴向定位梢，以防浇注时发生移位。

④漏模造型机为一体设备，漏模造型机是由立方框架、托板、型板、沙箱定位卡、一头敞口方箱挡板、弹簧升降柱系统和脚踏升降系统及定位卡板几部分组成，除锤头模具、主浇道、支浇道、冒口系统用材为铝合金，其余部分全部由钢板和角钢制作；其中：

型面板为40mm的厚钢板通过数控机床按照模具、主浇道、支浇道、冒口的设计位置和规格尺寸加工而成；

弹簧升降柱连接脚踏板开关起到磨具升降、脱箱功能，松开脚踏板开关托板及模型上升恢复原来高度位置，卡板为稳定托板，保持型内模具平衡的功能；

造型用的砂箱为一端敞口的方形砂箱，用120mm的槽钢焊制而成，每个砂箱两边各有两个螺母钉紧固的孔眼；

漏模造型机设一个主浇道和两支浇道系统，每箱两个锤头模具和两个冒口系统，每箱生产两个锤头，其中一台漏模造型机的锤头模具按锤柄要求的高度分别设一个溢流预置装置孔眼，在浇注时钢液达到一定高度时多余钢液从溢流孔溢出，以保证锤柄的准确浇注高度，属于平做立浇铸造工艺。

3.造型工序：

① 采用CO2气硬化水玻璃砂型，造型砂面砂为天然石英砂，SiO2含量＞80%，粒度0.1—0.35毫米，含泥量＜0.5%；背砂为破碎处理回用的旧砂，粘结剂为波美度40，模数2.2—2.4，密度1.4-1.52g/cm3的水玻璃。CO2气硬化砂型。

② 面砂配制：按重量百分比计，天然石英砂：水玻璃=100:8，碾轮式混砂机混合3—5分钟；

③背砂配制：按重量百分比计，旧砂：水玻璃=100:6，碾轮式混砂机混合3—5分钟；

④制芯：将混制好的面砂直接装在卡牢的芯盒内，用手掩实，用￠3—5毫米的气针扎排气孔，然后向排气孔内吹CO2气体冷冻硬化，硬化后脱芯，即可使用；

⑤造型：造型时由两台型号、数据相同的漏模机，在漏模机型板上放置敞口方形砂箱，用手工填砂的方式造型，其方法如下：将漏模造型机型面板清理干净后，将专用敞口砂箱按定位钉平放在型板上，将敞口砂箱用挡板挡住，用楔形长木块顶牢，再将托板下面的左右两个卡板卡住托板，以防托板上下松动；将其中一台造型机两个锤头模具上的溢流孔用￠15毫米的铁管插在锤头的定位柱上；随后用面纱将模具、主浇道、支浇道覆盖10—15毫米厚，用手掩实，然后填背砂，将砂箱填满背砂后，用手工将型砂捣实，用￠8—10毫米的带尖气针，每间隔100毫米扎排气孔一个，然后向排气孔内吹CO2气体冷冻硬化，硬化几秒钟后用气针扎砂型，感觉硬度合适后停止吹气，清理掉砂箱周边落砂，准备翻箱脱模；

⑥翻箱脱模：将砂箱敞口处侧立挡板拿掉，取下两个锤头放置的溢流铁管，脚踏升降控制踏板，全部模具及主浇道、支浇道和冒口模型缩进型面板之下，两人起箱翻箱，将砂箱仰放在浇注现场，待刷涂料；

⑦刷涂料：脱模翻箱后，用自制醇基碳粉涂料刷锤头部位，厚度1—1.2毫米，原则为：匀、薄、平，要求刷面平整光滑均匀，然后点燃烘干，即可下芯合箱；

⑧合箱对箱时定位销、孔对准，两半砂箱由四个螺母钉用手提式紧丝机紧固，把砂箱立起，摆放规整，待浇注。

4.熔炼工序:

① 熔炼设备：1T中频感应电炉两台，天车电子称，一台用于熔炼锤柄材质低合金钢液，一台用于熔炼锤头材质高铬铸铁金属液，两台电炉同时供电熔化。

② 原料配比:

锤柄材质为低合金钢，废钢97%，其余为铁合金料。成分控制范围为：C0.20—0.30  Si0.5—1.0 Mn 0.5—1.0   P≤0.04  S≤0.04  Cr 0.5—1.5  R e微量，余为Fe。

锤头材质为多元合金化高铬铸铁，废钢65%，生铁5%，铬铁30%其余为少量稀有金属铁合金料。成分控制为：C2.5—3.5  Si0.4—1.0 Mn 0.6—0.9 P≤0.06  S≤0.04  Cr 14---16  R e微量，余为Fe。

原料配比要点：废钢要求是优质碳素钢，装炉前所有材料全部称重计量、并且单独存放标识，备熔炼使用。严禁锤头与锤柄材料混杂，造成成分不准确。

生产过程中根据锤头的使用环境优化锤柄、锤头的设计成分，并做了重点控制。

为得到合格的锤头材质，炉前熔化除选用优质废钢和铁合金料外，还强化计量、提高冶炼水平，并且随炉及时化验调整，化验。

③ 加料顺序：回炉料→废钢→生铁→铁合金，常规熔炼。

④ 升温调质：熔炼锤柄的电炉内钢水温度达到1500—1550℃时停炉，加入除渣剂取样分析, 然后覆盖保温剂待检或低功率送电升温。锤头铁水温度达到1350℃后加入除渣剂取样分析，然后覆盖保温剂待检或低功率送电升温。

⑤ 钢水、铁水用炉前光谱仪分析结合碳硅热分析合格后，钢水温度升至1590—1610度，铁水温度升至1520—1540℃，停电，准备浇注。基本控制浇注温度是：锤柄钢水1550-1570℃，锤头铁水为1450—1470℃。

⑥ 炉工用除渣剂清除炉内的杂质浮渣，以防止铸件出现夹杂、夹渣缺陷。

5.浇注工序:

① 浇注要点：首先要用水平仪将立置的砂型置于水平位置，以保证浇注面水平到位。

② 浇注前，浇注工应仔细维修、烘烤端包，确保浇注过程中钢水平稳、不穿漏，避免烫伤发生。

③ 每2人为一组合，一人浇锤柄部位的钢水，一人浇锤头部位的铁水，浇注工具是手端包。

④ 先浇注锤柄部位，待钢水浇注到锤柄规定的位置时，多于钢水从两型腔溢流孔流出，停止浇注，证明两个锤柄达到高度标准，暂停3—50秒，另一人再从同一浇道口处浇注高铬铸铁水。待看到铁水达到冒口快满时停止浇注，撒盖保温剂。

⑤ 钢水的浇注温度应在1550-1570℃，锤头部位的铁水的浇注温度为1450—1470℃。每箱铸型两个锤头20-60公斤重时的浇注时间应控制在90秒钟，两种液体的浇注时间间隔控制在3—50秒。

⑥ 第二箱浇注结束时，应点注第一箱冒口，以防止铸件缩孔、缩松发生。依此类推，相继浇注。每箱浇注时间约1—2分钟。

⑦ 立置浇注补缩效果好，浇注后注意补缩冒口，水平仪测量砂箱位置尤为重要，从而保证了锤柄位置的高度一致，使多余钢水从溢流孔里流出；浇注铁液时必须慢浇，过快会出现钢铁液混杂，化学成分不稳，并影响结合过渡处的结合强度。

6.开箱清理工序:

将浇注好的锤头按炉次在箱内自然冷却，待铸件冷却到200-300℃左右后开箱，取出铸件，打掉浇冒口系统，以备回炉使用。锤头清砂、并用砂轮打磨光滑，准备装栏淬火。

7.热处理工序:

①热处理设备：电热远红外金属热处理炉，用电功率200KW，左、右、前、后、下五方向加热，使用温度：0--1200℃，蛇形悬挂电阻带加热。升温曲线、温度/时间可编程50段控制，打印记录；

②热处理工艺步骤:

（ⅰ）将装好淬火栏上的铸件放在热处理炉窑车上，分工段温度控制，室温0--200℃淬火栏入炉，随炉升温，加热至980--1030℃保温5—7小时，恒温出炉入淬火槽，槽内装有正火液，G正火液：G铸件=8:1，进行淬火冷却，一直冷到200-300℃后铸件吊出；

（ⅱ）淬火槽内做一个与槽内径小于50mm的淬火吊运栏，从窑车吊出的件散放到槽内的正火液中的吊运栏中，一直冷却到200--300℃之间，铸件吊出；

（ⅲ）热处理过程为：铸态→高温奥氏体化→正火液淬火→低温回火；

（ⅳ）低温回火：入窑温度低于50—60℃，铸件加温到200--300℃，保温3小时后恒温出炉空冷。

8.理化性能检测:

按本实施例所述工艺生产的各种规格的锤头铸件，经抽取检测，其物理化学分析数据如下：

表一 .锤柄化学成分结果

表二. 锤头化学成分结果

表三.物理性能检测结果（锤柄部位）

表四.物理性能检测结果（锤头部位）

9.破坏性试验:

将所生产锤头放在90毫米厚的铸件上，用15公斤重大锤连续砸100次，锤柄与锤头结合部位没有出现任何裂纹；用同样的方法砸310个，锤头结合牢固不开裂、不脱落。

Claims (1)

1.一种双金属液-液复合铸造耐磨锤头的工艺，包括：模具、芯盒、砂芯、漏模造型机制备工序，造型工序，熔炼工序，浇注工序，开箱清整工序，热处理工序，其特征在于：

a.造型工序中的造型方法是：将两个漏模造型机型面板清理干净，用卡板将托板卡牢，将一端敞口砂箱按定位钉放在定位型板位置上，将敞口砂箱用挡板挡住锁牢，再将其中一台造型机两个锤头模具上的溢流孔用￠15毫米的铁管插在锤头的定位柱上；随后用面砂将模具、主浇道、支浇道覆盖10—15毫米厚，用手掩实，然后填背砂，将砂箱填满背砂后，用手工将型砂捣实，用￠8—10毫米的带尖气针，每间隔100毫米扎排气孔一个，然后向排气孔内吹CO2气体硬化，硬化几秒钟后用气针扎砂型，感觉硬度合适停止吹气，进入脱模工序；

b.熔炼工序中采用两台中频感应电炉，一台用于熔炼锤柄材质低合金钢液，一台用于熔炼锤头材质高铬铸铁金属液，两台电炉同时供电熔化；其加料熔炼顺序是：废钢→生铁→铁合金；当炉内低合金钢水温度1500—1550℃，高铬铸铁水温度1350℃后加入除渣剂，取样分析，然后覆盖保温剂待检或低功率送电升温；钢水、铁水用炉前光谱仪分析结合碳硅热分析合格后，钢水温度升至1590—1610度出钢，浇注温度为1550—1570℃，铁水温度升至1450—1470℃，停电，倾炉浇注；

c.浇注工序中采用立置开放式浇注工艺，每两人为一组合，一人浇锤柄部位的钢水，一人浇锤头部位的铁水，浇注工具是手端包；先浇注锤柄部位，待钢水浇注到锤柄规定的位置时，多余钢水从两型腔溢流孔流出，停止浇注，暂停3—50秒后，另一人再从同一浇道口处浇注高铬铸铁水，待看到铁水达到冒口快满时停止浇注，撒盖保温剂，每箱浇注时间1—2分钟；

d.热处理工序的工艺步骤是:

热处理过程为：铸态→高温奥氏体化→正火液淬火→低温回火，具体是：

将装好在淬火栏上的铸件放在热处理炉窑车上，分工段温度控制，0—200℃装有铸件的淬火栏一起入炉，随炉升温，加热至980--1030℃保温5—7小时，恒温出炉入淬火槽，淬火槽内做一个与槽内径小于50mm的淬火吊运栏，从窑车吊出的铸件散放到槽内的正火液中的吊运栏中，槽内装有正火液，G正火液：G铸件=8:1，进行淬火冷却，一直冷到200-300℃后铸件吊出;淬火后的铸件进行低温回火，入窑温度低于50℃，将铸件加温到200--300℃，保温3小时后恒温出炉空冷。