CN102796944B

CN102796944B - 矿山用锤头的铸造方法

Info

Publication number: CN102796944B
Application number: CN 201210339127
Authority: CN
Inventors: 汪建利; 汪洪峰; 宋娓娓; 段杏林; 胡彩霞
Original assignee: Huangshan University
Current assignee: Huangshan Tunxi Yucheng Industrial Investment Holding Co ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN102796944A

Abstract

一种矿山用锤头的铸造方法，其特征是它包括以下步骤：首先，将碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉和稀有金属粉末倒入卧式螺旋式混合机搅拌均匀，控制它们的质量百分比分别为0.5~2%、7~15%、76~90%、0.5~2%、1~3%和0.5~2%；其次，将搅拌均匀的粉末倒入中频熔炼炉中熔化；第三，将浇铸用的砂箱安装在激振旋转综合作用铸造机上；第四，将熔化后的熔液浇铸到砂箱型腔中的同时启动激振电机、升降电机和旋转电机，使砂箱同时接受激振、上下移动和旋转的多重作用，使熔液快速均匀地进入型腔中，铸造出冲击韧性不小于85.095J/m²的矿山用锤头。本发明方法简单，易于实现，铸造缺陷少，铸件的硬度和韧性得到了显著提高。

Description

矿山用锤头的铸造方法

技术领域

本发明涉及一种矿山机械配件，尤其是一种矿山用锤头，具体地说是一种矿山用锤头的铸造方法。

背景技术

目前，矿山用锤头铸造用的材料多样，但使用寿命不是太理想，采用在原有的配料基础上，适当增加一些稀有金属元素，能有效的提高矿山用锤头的使用寿命，另外铸造设备也对锤头的使用寿命有关，市场上目前使用的铸造设备还存在一定的不足，主要体现在以下几个方面：一是铸造设备是传统的静止状态，即砂箱放置在一个固定平面上，砂箱不做任何运动，这种铸造设备在实际浇铸过程中很难排出浇铸时产生的气泡，造成浇铸件出现缩孔等缺陷；二是铸造件本身的结构不同，也会因静止状态的砂箱浇铸出现裂纹、缩孔等缺陷，这主要是静止状态的砂箱很难保证工件在浇铸过程散热均衡而造成的；三是铸造设备虽有所改进，采用振动铸造机，且振动实现了三维、甚至四自由度，振动频率可以改变，但是由于金属铸造件本身的重量就较大，且流动速度较慢，仅采用振动很难实现金属熔液快速流动和熔液均匀，散热效果也不是最佳，往往容易出现裂纹、缩孔、晶粒出大等缺陷。四是过分的增加振动维数，致使铸造机制造复杂、生产成本增加。

目前现有的专利提出的铸造的一些解决方案，如申请号为201110078872.6的专利提出了一种三维并联振动铸造机的实施方案，申请号为201110024247.3专利提出了一种振动铸造实验装置的实施方案，申请号为201110027373.4的专利提出了一种四自由度振动铸造机的实施方案，申请号为201110183930.1专利提出了一种基于失蜡空壳的负压干砂与铁丸激冷的振动铸造工艺方法的实施方案等，但这些专利所提出的振动装置都是基于砂箱三维或四自由度振动的铸造机，或者仅为改变振动频率的铸造机，其不仅不能还好的解决铸造过程散热均衡问题，且设计过于复杂，制造成本高，因此仅从振动角度设计铸造机很难解决目前铸造件缺陷的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的矿山用锤头存在的成份配料不合理，浇铸工艺过分简单或过于复杂易造成铸造缺陷或增加铸件成本等一系列问题，发明一种能显著提高锤头冲击韧性的矿山用锤头的铸造方法。

本发明的技术方案是：

一种矿山用锤头的铸造方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉和稀有金属粉末倒入卧式螺旋式混合机搅拌均匀，控制它们的质量百分比分别为0.5~2%、7~15%、76~90%、0.5~2%、1~3%和0.5~2%；

其次，将搅拌均匀的粉末倒入中频熔炼炉中熔化，控制熔化温度为1500-1700℃；

第三，将浇铸用的砂箱安装在激振旋转综合作用铸造机上；

第四，将熔化后的熔液浇铸到砂箱型腔中的同时启动激振电机、升降电机和旋转电机，使砂箱同时接受激振、上下移动和旋转的多重作用，使熔液快速均匀地进入型腔中，铸造出冲击韧性不小于85.095J/m²的矿山用锤头。

所述的稀有金属粉末为镧系金属中的一种或几种的组合。

所述的激振旋转综合作用铸造机包括激振器1、激振电机2、旋转平台3、旋转电机9、弹簧4、支柱5、升降箱6、升降电机10、支承台7和砂箱8，其特征是所述的砂箱8的四周每面安装有两个激振器1，每个激振器1连接在一个激振电机2上；砂箱8的底面安装在旋转平台3上，旋转平台3与立柱5相连，立柱5安装在升降箱6上，升降箱6与升降电机10相连，升降箱6中安装有使立柱5上下移动的升降机构，升降箱10安装在支承台7上。

所述的砂箱8四周每面安装的每个激振器1均连接有一个激振电机2；砂箱8四周对应面的激振器1对称安装，即激振器1-1与激振器1-5对称，激振器1-2与激振器1-6对称，激振器1-3与激振器1-8对称，激振器1-4与激振器1-7对称；且激振器1应安装在砂箱对应面的中间位置处，每个激振器1的工作频率均在10~120Hz，激振器1频率大小通过激振电机2调速实现。

所述的安装砂箱8的旋转平台3与旋转电机9相连，旋转平台3能顺转和逆转，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，旋转速度ω大小由旋转电机9调速控制。

所述的立柱5上套有起缓冲作用的弹簧4以保证立柱5升降平稳；立柱5的升降速度ν在0~1m/s范围内，立柱5的升降速度ν通过升降电机10调速实现。

本发明的有益效果：

本发明通过使用激振旋转综合作用型铸造机对上述混合金属粉末熔液进行铸造，这种改进新型铸造设备可以同时实现对金属熔液的激振作用、离心旋转作用和上下熔液流动作用，多方位的实现金属熔液通过浇冒口，以较短的时间充满型腔且熔液较均匀，散热快且均衡，出现的铸造缺陷少，铸造出的锤头性能好，使用寿命长，且设备制造简单，成本低。

本发明通过采用将组合磨成粉末和添加稀有金属大大改善了熔液的铸造性能和结晶组织结构，使得锤头的冲击韧性得到了显著提高，所使用的铸造机结构简单，操作、使用、维修方便，浇铸成本降低，适用于大批量规模化生产。

附图说明

图1是本发明所使用的铸造机的结构原理图。

图2为本发明方法所制备的锤头的硬度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种矿山用锤头的铸造方法，通过卧式螺旋式混合机将所配金属粉末搅拌均匀，再将搅拌均匀的粉末倒入中频熔炼炉中熔化，最后通过浇冒口向砂箱8中型腔浇铸金属熔液时，根据铸造件浇铸熔液的特征和铸造件形状确定各激振器1的频率大小，调节好各激振器1相连的激振电机2转速大小开始激振，同时确定旋转转速ω和升降速度ν，调整相应的电机转速大小，确保旋转和升降移动顺利进行。确保浇铸时熔液冷却散热均匀，流动速度加快，浇铸时间减少，晶粒细化并均匀，铸件缩孔、松疏、夹渣、裂纹等缺陷减少，从而提高铸件质量。铸造结束后，关闭所有电机、使浇铸的铸造件在砂箱中停留一定时间，最后取出铸件，清理铸件表面毛刺等。

具体步骤如下：

首先，选用粉末状原料作为熔化原料，将碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉和稀有金属粉末（可采用的稀有金属粉末包括镧系金属中的一种或几种的组合）倒入卧式螺旋式混合机搅拌均匀，控制它们的质量百分比分别为0.5~2%、7~15%、76~90%、0.5~2%、1~3%和0.5~2%；

第三，将浇铸用的砂箱安装在图1所示的激振旋转综合作用铸造机上；

第四，将熔化后的熔液浇铸到砂箱型腔中的同时启动激振电机、升降电机和旋转电机，使砂箱同时接受激振、上下移动和旋转的多重作用，控制激振器1的工作频率在10~120Hz，上下移动速度ν在0~1m/s，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，使熔液快速均匀地进入型腔中，铸造出冲击韧性不小于85.095J/m²的矿山用锤头。

图1中激振旋转综合作用铸造机包括激振器1、激振电机2、旋转平台3、旋转电机9、弹簧4、支柱5、升降箱6、升降电机10、支承台7和砂箱8，其特征是所述的砂箱8的四周每面安装有两个激振器1，每个激振器1连接在一个激振电机2上；砂箱8的底面安装在旋转平台3上，旋转平台3与立柱5相连，立柱5安装在升降箱6上，升降箱6与升降电机10相连，升降箱6中安装有使立柱5上下移动的升降机构，升降箱10安装在支承台7上。砂箱8四周每面安装的每个激振器1均连接有一个激振电机2；砂箱8四周对应面的激振器1对称安装，即激振器1-1与激振器1-5对称，激振器1-2与激振器1-6对称，激振器1-3与激振器1-8对称，激振器1-4与激振器1-7对称；且激振器1应安装在砂箱对应面的中间位置处，每个激振器1的工作频率均在10~120Hz，激振器1频率大小通过激振电机2调速实现。安装砂箱8的旋转平台3与旋转电机9相连，旋转平台3能顺转和逆转，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，旋转速度ω大小由旋转电机9调速控制。立柱5上套有起缓冲作用的弹簧4以保证立柱5升降平稳；立柱5的升降速度ν在0~1m/s范围内，立柱5的升降速度ν通过升降电机10调速实现。

实例一。

一种矿用锤头，其铸造材料选用碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉和其他稀有金属粉末，其质量百分比分别为1.5%、12%、81%、1.5%、2.5%和1.5%；传统砂箱铸造的锤头不添加其他稀有金属，只是铁粉质量分数有所增加。将上述两种配制粉末分别倒入卧式螺旋式混合机中搅拌均匀，再将搅拌均匀的粉末倒入中频熔炼炉中熔化，最后分别将两种熔化的熔液浇铸到改进砂箱和传统砂箱型腔中铸造出两种不同的矿山用锤头。其中改进的砂箱相关参数如下：激振器工作频率选用10~120Hz，旋转平台旋转选用顺转，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，立柱升降速度ν在0~1m/s范围内。通过力学实验分析，改进的砂箱铸造出的锤头冲击韧性为85.095J/m²，而传统的砂箱铸造出的锤头冲击韧性为73.317 J/m²。硬度分布如图2所示，同样是改进的砂箱铸造出的锤头硬度高于传统砂箱铸造出的锤头。耐磨性与硬度相关，通过实验分析，也是改进的砂箱铸造出的锤头耐磨性好于传统砂箱铸造出的锤头。传统砂箱铸造出的锤头使用寿命是500次，而改进的砂箱铸造出的锤头使用寿命为800~1000次，使用寿命延长将近1倍。本实施例的锤头的硬度曲线如图2所示。

实例二。

一种矿用锤头，其铸造材料选用碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉和其他稀有金属粉末，其质量百分比分别为2%、15%、76%、2%、3%和2%；传统砂箱铸造的锤头不添加其他稀有金属，只是铁粉质量分数有所增加。将上述两种配制粉末分别倒入卧式螺旋式混合机中搅拌均匀，再将搅拌均匀的粉末倒入中频熔炼炉中熔化，最后分别将两种熔化的熔液浇铸到改进砂箱和传统砂箱型腔中铸造出两种不同的矿山用锤头。其中改进的砂箱相关参数如下：激振器工作频率选用10~120Hz，旋转平台旋转选用顺转，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，立柱升降速度ν在0~1m/s范围内。通过力学实验分析，改进的砂箱铸造出的锤头冲击韧性为84.095J/m²，而传统的砂箱铸造出的锤头冲击韧性为73.317 J/m²。硬度分布如图2所示，同样是改进的砂箱铸造出的锤头硬度高于传统砂箱铸造出的锤头。耐磨性与硬度相关，通过实验分析，也是改进的砂箱铸造出的锤头耐磨性好于传统砂箱铸造出的锤头。传统砂箱铸造出的锤头使用寿命是500次，而改进的砂箱铸造出的锤头使用寿命为800~950次，使用寿命延长将近0.8倍。

实例三。

一种矿用锤头，其铸造材料选用碳粉、锰粉、铁粉、镁粉、铝粉和其他稀有金属粉末，其质量百分比分别为0.5%、7%、90%、0.5%、1%和0.5%；传统砂箱铸造的锤头不添加其他稀有金属，只是铁粉质量分数有所增加。将上述两种配制粉末分别倒入卧式螺旋式混合机中搅拌均匀，再将搅拌均匀的粉末倒入中频熔炼炉中熔化，最后分别将两种熔化的熔液浇铸到改进砂箱和传统砂箱型腔中铸造出两种不同的矿山用锤头。其中改进的砂箱相关参数如下：激振器工作频率选用10~120Hz，旋转平台旋转选用顺转，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，立柱升降速度ν在0~1m/s范围内。通过力学实验分析，改进的砂箱铸造出的锤头冲击韧性为86.095J/m²，而传统的砂箱铸造出的锤头冲击韧性为73.317 J/m²。硬度分布如图2所示，同样是改进的砂箱铸造出的锤头硬度高于传统砂箱铸造出的锤头。耐磨性与硬度相关，通过实验分析，也是改进的砂箱铸造出的锤头耐磨性好于传统砂箱铸造出的锤头。传统砂箱铸造出的锤头使用寿命是500次，而改进的砂箱铸造出的锤头使用寿命为900次，使用寿命延长将近0.9倍。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种矿山用锤头的铸造方法，其特征是它包括以下步骤：

第三，将浇铸用的砂箱安装在激振旋转综合作用铸造机上；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的稀有金属粉末为镧系金属中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的激振旋转综合作用铸造机包括激振器(1)、激振电机(2)、旋转平台(3)、旋转电机(9)、弹簧(4)、立柱(5)、升降箱(6)、升降电机(10)、支承台(7)和砂箱(8)，其特征是所述的砂箱(8)的四周每面安装有两个激振器(1)，每个激振器(1)连接在一个激振电机(2)上；砂箱(8)的底面安装在旋转平台(3)上，旋转平台(3)与立柱(5)相连，立柱(5)安装在升降箱(6)上，升降箱（6）与升降电机(10)相连，升降箱（6）中安装有使立柱(5)上下移动的升降机构，升降箱(6)安装在支承台(7)上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的砂箱(8)四周每面安装的每个激振器(1)均连接有一个激振电机(2)；砂箱(8)四周对应面的激振器(1)对称安装，即激振器1-1与激振器1-5对称，激振器1-2与激振器1-6对称，激振器1-3与激振器1-8对称，激振器1-4与激振器1-7对称；且激振器(1)应安装在砂箱对应面的中间位置处，每个激振器(1)的工作频率均在10~120Hz，激振器(1)频率大小通过激振电机(2)调速实现。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的安装砂箱(8)的旋转平台(3)与旋转电机(9)相连，旋转平台(3)能顺转和逆转，旋转速度ω在0~0.5m/s范围内，旋转速度ω大小由旋转电机(9)调速控制。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的立柱(5)上套有起缓冲作用的弹簧(4)以保证立柱(5)升降平稳；立柱(5)的升降速度ν在0~1m/s范围内，立柱（5）的升降速度ν通过升降电机(10)调速实现。