CN102632217A - 一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具，包括浇注模具本体，轧辊需要的外层冷硬铸铁耐磨材料质量与浇注模具本体质量之比控制在0.14~0.20之间，浇注模具本体为径向变截面结构，即浇注模具本体中间区域的径向截面大于两端区域的径向截面，浇注模具本体径向截面为圆周对称结构。本发明的优点在于：制造出来的轧辊外层冷硬铸铁材料晶粒细小且均匀，外层冷硬铸铁耐磨材料辊身硬度均匀且波动幅度较小；同时辊身硬度沿径向变化也较小，辊体外表面5mm深度之内，直径每缩小一毫米硬度降低控制在30HB以内；辊体硬度沿轴向硬度差异也较小，轴向硬度差控制在30HB以内；从而使得轧辊抗拉强度强，耐磨性好，使用寿命长。

Description

一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具
技术领域
本发明涉及食品机械生产过程中的离心铸造模具领域，特别涉及一种制造双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具。
背景技术
在食品机械制造领域，有一种双金属复合冷硬铸铁轧辊，比如面粉轧辊等，通常由两层金属复合而成，为较长的圆柱体型，对轧辊表面沿径向和沿轴向的硬度要求都很高。
    现有的加工上述双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具，在设计时通常优先考虑模具强度和生产条件，其次才会考虑模具的冷却条件等，最终决定模具材料、壁厚以及结构。在设计时主要考虑单金属离心浇注模具的设计并依据生产经验采用壁厚比的模式来计算和设计模具尺寸，通常设计参数为模具壁厚：铸件壁厚=1.2~2.0 : 1 。并且通过一系列试验，最终确定希望采用的模具尺寸。
现有的双金属复合冷硬铸铁轧辊离心铸造模具的缺点在于：制造出来的轧辊外层冷硬铸铁耐磨材料晶粒较粗且不均匀，辊身硬度波动幅度较大，主要体现在辊体硬度沿径向变化较大，通常直径每缩小一毫米硬度降低30HB以上；辊体硬度沿轴向硬度差异较大，通常轴向硬度差在30~50HB之间；最终体现在轧辊抗拉强度不足，耐磨性较差，最终导致轧辊的使用寿命短。
发明内容
本发明目的是提供一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具，以克服背景技术中提到的利用现有技术模具制造冷硬铸铁轧辊时，轧辊硬度波动、变化幅度大，从而导致轧辊抗拉强度不足，耐磨性较差、寿命短的缺点。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
模具设计时，首先应充分考虑在铸造双金属复合冷硬铸铁轧辊时，需要确保轧辊冷硬铸铁耐磨材料必须获得足够的过冷度，同时需要兼顾模具的强度。因此，在设计模具时，可以从核算模具材料的蓄热能力(热容)、热传导能力（热导率）和热辐射能力三个方面着手考虑。按照该发明思路，在设计模具时应首先确定需要的模具质量，再转换成体积，以及设计结构尺寸。
另外，为确保轧辊辊体辊身材料均匀，在设计模具时还必须根据各位置的冷却条件设计变截面的模具结构。
根据生产双金属复合冷硬铸铁轧辊的要求，选用基本近似HT200的灰铁材料，要求模具材料本体硬度控制在150~200HB之间；本体基体组织珠光体控制在80%~90%之间，铁素体在10%~20%之间。这样有利于确保模具材料的抗热疲劳性和蓄热能力。为了确保浇注模具具有必要的蓄热能力和确保冷硬铸铁在凝固时获取相应的过冷度，通过对模具材料的蓄热能力(热容)、热传导能力（热导率）和热辐射能力进行核算，保证轧辊需要的冷硬铸铁质量与浇注模具本体质量之比（或重量之比）控制在0.14~0.20之间，这里特别强调质量比是指采用需要的外层冷硬铸铁耐磨材料质量同浇注模具本体质量的比值，而不是整个轧辊的质量同浇注模具的比值。
另外，考虑到离心浇注时，浇注模具各部位的冷却条件不一样，通过改变模具结构即不同位置的模具厚度，来确保模具在浇注过程中，达到轧辊浇注过程中均匀冷却的目的。也就是设计时，浇注模具本体为径向变截面结构，即浇注模具本体中间区域的径向截面大于两端区域的径向截面。特别地，浇注模具本体径向截面为圆周对称结构。
本发明所述的双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具的有益效果为：制造出来的轧辊外层冷硬铸铁耐磨材料晶粒较细且均匀，硬度波动幅度较小；同时辊体硬度沿径向变化也较小，辊体外表面5mm深度之内，直径每缩小一毫米硬度降低控制在30HB以内；辊体硬度沿轴向硬度差异也较小，轴向硬度差控制在30HB以内；从而使得轧辊抗拉强度强，耐磨性好，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明涉及的双金属复合冷硬铸铁轧辊的剖面结构示意图。
图2是本发明双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具的剖面结构示意图。
其中图1、图2的符号说明如下：
1、轧辊，11、外层冷硬铸铁耐磨材料，12、内层支撑灰铁材料，2、模具壁，21、模具本体中间区域，22、模具本体两端区域，3、模具腔。
具体实施方式
如图1、图2所示，是本发明涉及的双金属复合冷硬铸铁轧辊的剖面结构示意图和本发明双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具的剖面结构示意图。
如图1所示，生产一种外径250mm、内孔100mm、长度1000mm的双金属复合冷硬铸铁轧辊1，外层冷硬铸铁耐磨材料11深度为10~20mm,外层冷硬铸铁耐磨材料11的硬度450~490HB，辊身硬度差在30HB以内，铸件坯料外径258mm，内孔85~90mm,长度1020mm, 内层支撑灰铁材料12深度为14~24mm。该轧辊1外层冷硬铸铁耐磨材料11重量约为150kg,内层支撑灰铸铁材料12重量约为200kg。
如图2所示，双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具由模具腔3和模具壁2组成，对应地，模具设计选用确定轧辊零件的外层冷硬铸铁耐磨材料11质量与浇注模具质量之比为 0.14。根据核算，模具厚度采用85~100之间过渡。
因双金属冷硬铸铁轧辊浇注时中间冷却条件较差，为确保中间冷却条件同两端基本一致，浇注模具本体为径向变截面结构，即浇注模具本体中间区域21的径向截面大于模具本体两端区域22的径向截面。特别地，浇注模具本体径向截面为圆周对称结构。

Claims (3)

1.一种冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具，包括浇注模具本体，其特征在于：轧辊（1）需要的外层冷硬铸铁耐磨材料（11）质量与浇注模具本体质量之比控制在0.14~0.20之间。
2.如权利要求1所述的冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具，其特征在于：浇注模具本体为径向变截面结构，即浇注模具本体中间区域（21）的径向截面大于模具本体两端区域(22)的径向截面。
3.如权利要求1或2所述的冷硬铸铁轧辊的离心铸造模具，其特征在于：浇注模具本体径向截面为圆周对称结构。
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