CN103409695B - 一种复合材料浇注铸造的挖斗和生产工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于挖掘机的主要部件，涉及一种复合材料浇注铸造的挖斗和生产工艺及装置；挖斗按工作部位分为挖斗前半部（5）、挖斗后半部（6）；挖斗前半部（5）、挖斗后半部（6）分别为两种不同材质的复合材料，使挖斗前半部（5）、挖斗后半部（6）分别具有工作时所需的耐磨性能、抗冲击韧性，适应挖斗的前半部（5）、后半部（6）工作的需要。在挖斗的斗体外壁上具有斗体浇注成型时与斗体同时成型的加强筋板（1）；铸造成型装置包括：连体的底箱、芯子砂型和外模砂型；设置两个浇注管并采用两次浇注的方式。本发明所提出的复合材料挖斗，耐磨性是普通16Mn碳钢板焊接挖斗的三倍以上，其抗冲击韧性是普通16Mn钢板焊接挖斗的两倍以上。

Description

一种复合材料浇注铸造的挖斗和生产工艺及装置

技术领域

本发明属于挖掘机的主要部件，涉及一种复合材料浇注铸造的挖斗和生产工艺及装置。

背景技术

挖斗是挖掘机的关键部件，是挖掘机的“手”也是挖掘机的“牙齿”，在挖掘机上起着关键作用。挖掘机在挖掘物料时会碰到复杂情况，特别是挖到非常坚硬的东西时挖斗要承受巨大的冲击力，不能被冲击断裂或变形卷边；还要具有坚硬的耐磨性，不能被很快磨损，降低用户的更换频率、减少用户的维修次数和购买新斗次数。这就要求制造的挖斗必须要具备两个主要性能：1、良好的抗冲击韧性，2、优良的耐磨性。这两个性能直接影响到整机的工作效率和用户的经济效益。由此，提高挖斗的抗冲击韧性和耐磨性，同时又能降低维修次数，成为很多年来挖掘机用户最迫切的需求。

目前市场销售的挖掘机，主机上自带的挖斗和配件市场销售的挖斗大致有以下三种：     

第一种：选用普通碳钢或16Mn钢板经过下料拼接铆焊成型再经过机械加工后制成。这种挖斗用户通常叫普通挖斗，挖斗的耳板与挖斗主体是电焊连接，使用过程中很容易撕裂或脱焊，这种挖斗耐磨性很差，容易变形，维修频繁，生产效率低，用户买回新挖斗，没使用前必须先对挖斗进行全面加固，把挖斗通身横向焊补一层钢板等材料；横向焊上的钢板与挖斗上齿根、齿尖挖掘物料时的掘进方向是相悖的，大大增加了挖掘阻力如（图1所示的7附加钢板）。

第二种：增加钢板用料厚度来增加挖斗的强度和延长耐磨时间，这种挖斗用于挖掘比较坚硬的岩石和工况条件比较恶劣的矿山环境，用户通常把它叫岩石斗。虽然强度比第一种增加了一点，但是斗体重量加重了，也增加挖掘机的承受负荷，同时增加了成本提高了销售价格。基本上每个用户买到挖斗后都觉得这种挖斗的强度还不理想，还要再焊补加固增加强度，现在的用户每台挖掘机至少要配备2~3个挖斗轮换使用，如果在铝矿、钼矿等比较坚硬的矿山施工，一个挖斗要两月小修焊补一次费用大约需要2000~3000元，五个月大修焊补一次费用大约需要5000~6000元；这种挖斗的耳板与挖斗主体也是电焊连接，使用过程中很容易撕裂或脱焊。

第三种：是主机原装配套的，铲板部位（焊接齿根的地方）采用31SiMn材质来提高硬度和强度，其它部位采用16Mn钢板，经过焊接加工成型，这种挖斗结构提高了铲板斗齿部位的硬度，而其它部位的硬度与以上所述的第一种和第二种岩石斗类似，并没有提高多少使用寿命，并且销售价格是普通挖斗的3.5倍左右，增加了用户的经济负担。这种挖斗的耳板与挖斗主体也是电焊连接，使用过程中很容易撕裂或脱焊。

发明内容

本发明提出一种复合材料浇注铸造的挖斗和生产工艺及装置，其目的就在于使获得的挖斗具有良好的抗冲击韧性和优良的耐磨性，并且免除用户的维修加固；达到提高挖掘机的工作效率和延长挖斗使用寿命。

本发明完成上述目的采取的技术方案是：

一种复合材料浇注铸造的挖斗，将所述挖斗按工作部位分为挖斗前半部、挖斗后半部；挖斗前半部为高硬度区，挖斗后半部为低硬度区，所述挖斗前半部材质的元素含量的质量百分比为：C：0.25—0.35%，Mn：1.30—1.70%，Si：0.20—0.37%，Cr：0.25—0.55%，Mo：0.20—0.30%，Ni：0.80—1.20%，余量为铁。所述挖斗后半部材质的元素含量的质量百分比为：C：0.20—0.30%，Mn：0.80—1.10%，Si：0.20—0.37%，Cr：0.80—1.10%，Mo：0.20—0.30%，Ni：0.80—1.20%，余量为铁。

本发明采用分两台电炉冶炼上述两种不同材质的合金材料，分先后按顺序浇注，实现在一个挖斗的前半部、后半部分别为两种不同材质的合金材料，使所述挖斗的前半部、后半部分别具有工作时所需的耐磨性能、抗冲击韧性，适应挖斗的前半部、后半部不同的工作需要。

通过对挖斗前半部和后半部各种元素的合理调整，达到设计要求。调高前半部碳元素含量，碳元素含量越高在经过高温淬火后硬度容易提高，但是碳含量超过0.35%后会降低其焊接性能，影响使用效果。适当提高前半部锰元素含量，锰元素是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%，在碳素钢中锰含量达到0.70%以上时就算“锰钢”，较一般的钢不但有很好的韧性，且有较高的强度和硬度，适当提高锰元素含量是提高本体的淬火硬度和抗冲击韧性。适当降低前半部铬元素含量，降低铬元素含量虽然能降低本体的淬硬性和强度，但能有效的降低本体的脆性，从而提高本体的抗冲击韧性；因为铬元素含量超过0.6-0.8%会影响本体的焊接性能，所以适当的降低铬元素含量，有效的提高前半部的焊接性能。在低合金钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素，虽然硅能显著提高钢的弹性但是增加含硅量会降低本体的焊接性能，所以把硅控制在0.40%以下。钼元素在本体中的作用是增强其淬透性，可根据铸件本体的壁厚调整其含量多少。镍元素在本体中的作用是增加本体的强度和抗冲击韧性，还能提高本体的焊接性能。合理的调整以上各种元素含量后，前半部经过高温淬火处理后得到的硬度能够达到45HRC-49HRC，从而有效地增强前半部的耐磨性，增强前半部的焊接性能同时也提高整个挖斗的使用寿命。通过对挖斗后半部碳、锰元素含量适当调低，适当的调高铬元素含量，有效的保证后半部所需要的抗冲击任性，后半部经过淬火处理后硬度比前半部低20HRC左右，硬度降低后相对的抗冲击韧性就会提高。从而保证挖斗与挖掘机大臂连接部位即耳座在作业过程中的强度性能要求。此种复合材料的选择是发明人经过长期的研究探索和大量的实验并经多次用户试用后所提出的。作为挖掘机的挖斗要求有良好的耐磨性和很好的抗冲击韧性，挖斗的铲板部位又需要焊接专用齿根用以安装耐磨齿尖，这个部位处在整个挖斗前半部的最前端，又必须要有很好的焊接性能。

挖斗后半部要与挖掘机的大臂连接，要求要有很好的抗冲击韧性，对硬度的要求不高。所以设计后半部的元素含量时降低碳、锰的含量，适当增加了铬元素的含量；碳当量降低了经过淬火处理后硬度比前半部低20HRC，硬度降低相对的抗冲击韧性就提高，从而保证挖斗与挖掘机大臂连接部位在作业过程中的抗冲击性能。

本发明所提出的复合材料挖斗，其中碳、锰、铬、钼、镍元素含量在不同部位的合理调整很好的解决了上述问题，使获得的挖斗前半部具有较好的耐磨性和焊接性，后半部具有较好的抗冲击韧性；经过实际应用和检测证明：在各种工况环境下工作，其耐磨性是普通16Mn碳钢板焊接挖斗的三倍以上，是上述第三种挖斗的1倍以上，其抗冲击性能是普通16Mn钢板焊接挖斗的两倍以上，是上述第三种挖斗的1倍，焊接性能完全能够达到焊接性能要求；其销售价格比上述第三种原装挖斗价格降低60%，价格低性能高，对用户的综合效益大大提高。

本发明提出的挖斗，在斗体的外壁上具有斗体浇注成型时与斗体同时成型的加强筋板；所述加强筋板同时位于挖斗前半部、后半部的外壁上，位于挖斗前半部的加强筋板与浇注成型挖斗前半部时与挖斗前半部同时成型，位于挖斗后半部的加强筋板与浇注成型挖斗后半部时与挖斗后半部同时成型。

本发明提出的挖斗，在斗体的外壁上具有的加强筋板与齿根方向平行一致，不仅大大减轻了掘进阻力而且又减少了磨损。

本发明提出的一种复合材料浇注铸造的挖斗的铸造工艺及装置；

铸造成型工艺的装置包括：连体的底箱、芯子砂型和外模砂型；铸造成型工艺中连体的底箱、芯子砂型为采用抽真空法制备，或采用传统工艺制备；设置有采用抽真空法工艺成型连体的底箱、芯子砂型的装置；铸造成型工艺中的外模砂型为传统工艺制作的砂型，包括上箱砂型和中间箱砂型；所述上箱砂型和中间箱砂型与上述连体的底箱、芯子砂型的芯子部分之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致，上箱砂型和中间箱砂型与芯子之间的空间为挖斗的浇注成型的型腔；设置两个浇注管即一次主浇注管、二次辅浇注管，并采用两次浇注的方式；所述一次主浇注管贯穿上箱砂型和中间箱砂型，与底膛道连通，构成浇注成型的主浇道，所述底膛道与所述型腔的底部连通，用以浇注成型挖斗前半部；二次辅浇注管与中膛道连通，构成浇注成型的辅浇道，所述中膛道与所述型腔的中部连通，用以浇注成型挖斗后半部。

外模砂型的中间箱砂型和上箱砂型上具有成型加强筋板的沟槽。

铸造工艺采用两种不同材质，分先后按序浇注、复合造型：

将熔炼的挖斗前半部所需化学成份钢水从主浇道注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼好的挖斗后半部所需化学成份的钢水从辅浇道浇进型腔内，持续浇注使钢水注满型腔至冒口。

所述连体的底箱、芯子砂型采用抽真空法工艺成型：

采用抽真空法工艺成型连体的底箱、芯子砂型的装置为：具有底箱、真空减重包和芯子模型；所述底箱为上部、下部敞口且内部为空腔结构的矩形；所述底箱的外壁与内壁之间为空腔结构，所述底箱的外壁具有的通孔与抽真空系统相连，使抽真空系统与底箱的外壁与内壁之间的空腔连通；所述底箱的内壁上具有若干孔构成的透气窗；所述透气窗为多个并位于底箱的四周内壁上；所述底箱内置入一个真空减重包，所述真空减重包为金属板制成的空腔结构，其外形与所需制作的芯子砂型形状对应；真空减重包的壁上具有若干孔构成的透气窗；所述透气窗为多个；真空减重包内腔通过管子从前、后、左、右四个方向与底箱外壁与内壁之间的空腔连通，并使所述真空减重包连接在所述底箱上；底箱四周内壁与真空减重包之间具有的空间形成型砂的填充通道；设置有与真空减重包对应的芯子模型；所述芯子模型与所述真空减重包对应设置，所述芯子模型与所述真空减重包之间的空间与所需成型的芯子砂型形状一致。

采用抽真空法工艺制作连体的底箱、芯子砂型的工艺步骤为：制作连体的底箱、芯子砂型时，先将芯子模型抽真空，然后附上一块加热软化的塑料薄膜，待薄膜被完全吸附到芯子模型上后，向塑料薄膜上喷涂一层V法铸造涂料；再将连接一体的真空减重包和底箱倒置，底箱部分在上真空减重包部分在下，扣合到芯子模型上；所述真空减重包与所述芯子模型之间的空间构成成型芯子砂型的空间；使型砂从填充通道进入芯子模型与真空减重包之间的空间内，震动芯子模型使型砂充分填实充满底箱，然后在底箱上覆盖一层塑料薄膜，对底箱抽真空，将型砂吸附固定在底箱内和真空减重包表面，持续对底箱抽真空，关闭芯子模型上的真空阀门，将芯子模型去掉，此时真空减重包被包裹在型砂内部，然后将底箱和真空减重包翻转180°正立，得到铸造成型挖斗所需的连体的底箱、芯子砂型。

    利用抽真空法工艺成型的连体的底箱、芯子砂型，铸造成型挖斗：挖斗的铸造成型工艺为：把连体的底箱、芯子砂型放平，底箱在下、芯子在上，在上面依次扣合中间箱砂型和上箱砂型，上箱砂型和中间箱砂型为传统工艺制作的砂型；上箱砂型和中间箱砂型与上述抽真空法做出的连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致；在铸造成型时，所述连体的底箱、芯子砂型持续处于抽真空状态；在持续抽真空状态下浇注，将熔炼合格的挖斗前半部所需化学成份钢水从主浇道注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼好的挖斗后半部所需化学成份的钢水从辅浇道浇进型腔内，持续浇注使钢水注满型腔至冒口；浇注完成后立即关掉底箱上的真空阀门，同时在钢水浇注过程中由于在真空作用下，型腔里和钢水中产生的气体基本被真空抽走，从而有效避免气体侵入到钢水内，起到降低废品率提高整体机械性能的作用。

    利用传统工艺制备的连体的底箱、芯子砂型，铸造成型挖斗的工艺为：将连体的底箱、芯子砂型的底箱部分在下，芯子部分在上放平，在连体的底箱、芯子砂型上依次扣合中间箱砂型和上箱砂型，上箱砂型和中间箱砂型为传统工艺制作的砂型；将熔炼合格的挖斗前半部所需化学成份钢水从主浇道注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼合格的挖斗后半部所需化学成份的钢水从辅浇道浇进型腔内，持续浇注使钢水注满型腔至冒口。

本发明的有益效果是：

1、本发明所提出的复合材料挖斗，其中碳、锰、铬、钼、镍元素含量在不同部位的合理调整很好的解决了上述问题，使获得的挖斗前半部具有较好的耐磨性和焊接性，后半部具有较好的抗冲击韧性；在各种工况环境下工作，其耐磨性是普通16Mn碳钢板焊接挖斗的三倍以上，是上述第三种挖斗的1倍以上，其抗冲击韧性是普通16Mn钢板焊接挖斗的两倍以上，是上述第三种挖斗的1倍，焊接性能完全能够达到焊接性能要求；其销售价格比上述第三种原装挖斗价格降低60%，价格低性能高，对用户的综合效益大大提高。

2、本发明提出的挖斗，在斗体的外壁上具有斗体浇注成型时与斗体同时成型的加强筋板；本发明采用与齿根方向平行一致的加强筋板，不但大大减轻了掘进阻力而且又减少了磨损。

3、外模砂型采用传统工艺制备，分中间箱砂型和上箱砂型；可以在向底箱扣合过程中能够直接看到型腔里面，外模砂型与底箱、芯子砂型之间的间隙，从而保证铸造斗的壁厚均匀。

4、连体的底箱、芯子砂型采用抽真空法工艺制备，巧妙的设计了真空底箱并与真空减重包合理连接，从而获得底箱和芯子砂型整体抽真空，底箱和芯子砂型一次连体成型，保证了芯子砂型位置的精确度；由于抽真空法成型用的是不含水分的干砂，钢水浇注过程中，在真空作用下，有效地抽走型腔内的空气，从而避免浇注挖斗时空气侵入斗体内部形成气孔影响使用性能。浇注完成后立即关掉真空阀门，使底箱、芯子砂型里的型砂变成没有任何强度的散沙。型砂可以反复使用，减少型砂的消耗，降低生产成本。

附图说明

图1为传统挖斗的结构示意。

图2、图3为本发明挖斗的结构示意。

图4为本发明中底箱、真空减重包的结构示意。

图5为采用抽真空法工艺制作连体的底箱、芯子砂型和传统工艺制作连体的底箱、芯子砂型时所需的芯子模型结构示意。

图6、图7为本发明铸造工艺的示意。

    图8为用传统工艺制作上箱砂型、中间箱砂型和连体的底箱、芯子砂型时的箱体的结构示意。

图中，1、加强筋板，2、铲板，3、齿根，4、齿尖，5、挖斗前半部，6、挖斗后半部，7、附加钢板，8、耳座I，9、耳座II，10、底箱，11、底箱吊装把，12、真空阀门Ⅰ，13、真空减重包，14、不锈钢透气窗Ⅰ，15、不锈钢透气窗Ⅱ，16、冒口，17、真空阀门Ⅱ，19、中间箱吊装把，20、中膛道，21、上箱吊装把，22、二次辅浇注管，23、浇口杯，24、底膛道，25、一次主浇注管，26、中间箱砂型，27、上箱砂型，28、芯子模型吊装把，29、箱体，30、箱体吊装把。

具体实施方式

结合给出的实施例对本发明加以说明。

如图2、图3所示，一种复合材料浇注铸造的挖斗，将所述挖斗按工作部位分为挖斗前半部5、挖斗后半部6，图2、图3中，虚线以下的部分为挖斗前半部5，虚线以上的部分为挖斗后半部6，挖斗前半部5为高硬度区，挖斗后半部6为低硬度区；所述挖斗前半部材质的元素含量的质量百分比为：C：0.25—0.35%，Mn：1.30—1.70%，Si：0.20—0.37%，Cr：0.25—0.55%，Mo：0.20—0.30%，Ni：0.80—1.20%，余量为铁。所述挖斗后半部材质的元素含量的质量百分比为：C：0.20—0.30%，Mn：0.80—1.10%，Si：0.20—0.37%，Cr：0.80—1.10%，Mo：0.20—0.30%，Ni：0.80—1.20%，余量为铁。

所述挖斗前半部和后半部材质的元素含量的实施例质量百分比为：

实施例1

挖斗前半部材质的元素含量的质量百分比为C：0.35%，Mn：1.70%，Si：0.37%，Cr：0.55%，Mo：0.30%，Ni：1.20%，余量为铁；

挖斗后半部材质的元素含量的质量百分比为  C：0.30%，Mn：1.10%，Si：0.37%，Cr：1.10%，Mo：0.30%，Ni：1.20%，余量为铁。

实施例2

挖斗前半部材质的元素含量的质量百分比为C：0.25%，Mn：1.30%，Si：0.20%，Cr：0.25%，Mo：0.20%，Ni：0.80%，余量为铁；

挖斗后半部材质的元素含量的质量百分比为C：0.20%，Mn：0.80%，Si：0.20%，Cr：0.80%，Mo：0.20%，Ni：0.80%，余量为铁。

实施例3

挖斗前半部材质的元素含量的质量百分比为C：0.30%，Mn：1.50%，Si：0.27%，Cr：0.40%，Mo：0.25%，Ni：1.00%，余量为铁；

挖斗后半部材质的元素含量的质量百分比为 C：0.25%，Mn：0.95%，Si：0.27%，Cr：0.95%，Mo：0.25%，Ni：1.00%，余量为铁。

本发明采用分两台电炉冶炼上述两种不同材质的合金材料，分先后按顺序浇注，实现在一个挖斗的前半部、后半部分别为两种不同材质的复合材料，使所述挖斗前半部5、挖斗后半部6分别具有工作时所需的耐磨性能、抗冲击韧性，适应挖斗前半部、挖斗后半部工作的需要。通过对挖斗前半部调高碳、锰元素含量，适当降低铬元素含量，经过淬火处理后得到的硬度能够达到45HRC-49HRC，比后半部淬火处理得到的硬度高20HRC左右，从而有效地增强前半部的耐磨性同时也提高整个挖斗的使用寿命；通过对挖斗后半部碳、锰元素含量调低，适当调高铬元素含量，经过淬火处理后硬度比前半部低20HRC左右，硬度降低后相对的抗冲击韧性就提高,提高铬元素含量增强其弹性，从而有效地增强前半部的耐磨性同时也提高整个挖斗的使用寿命；保证了挖斗与挖掘机大臂连接部位即耳座Ⅰ8在作业过程中的强度性能要求。此种复合材料的选择是发明人经过长期的研究探索和大量的实验并经用户试用所提出的。作为挖掘机的挖斗要求有良好的耐磨性和很好的抗冲击韧性，挖斗的铲板部位又需要焊接专用齿根3用以安装耐磨齿尖4，这个部位处在整个挖斗前半部的最前端，必须要有很好的焊接性能，这就需要合理调整挖斗前半部的碳、锰、铬元素含量，本发明通过调整元素含量，即提高了前半部的耐磨性又保持后半部很好的抗冲击韧性，同时又保证了铲板部位的焊接性。

本发明所提出的复合材料铸造挖斗，其中碳、锰、铬、钼、镍元素含量在不同部位的合理调整很好的解决了上述问题，使获得的挖斗前半部具有较好的耐磨性和焊接性，后半部具有较好的抗冲击韧性；在各种工况环境下工作，其耐磨性是普通16Mn碳钢板焊接挖斗的三倍以上，是上述第三种挖斗的1倍以上，其抗冲击性能是普通16Mn钢板焊接挖斗的两倍以上，是上述第三种挖斗的1倍，焊接性能完全能够达到焊接性能要求；其销售价格比上述第三种原装挖斗价格降低60%，价格低性能高，对用户的综合效益大大提高。

本发明提出的铸造挖斗，在斗体的外壁上具有斗体浇注成型时与斗体同时成型的加强筋板1；所述加强筋板1同时位于挖斗前半部5、挖斗后半部6的外壁上，位于挖斗前半部的加强筋板1与浇注成型挖斗前半部时与挖斗前半部5同时成型，位于挖斗后半部的加强筋板1与浇注成型挖斗后半部时与挖斗后半部6同时成型。

本发明提出的铸造挖斗，在斗体的外壁上具有的加强筋板1与齿根3方向平行一致，不仅大大减轻了掘进阻力而且又减少了磨损。

本发明提出的一种复合材料浇注铸造的挖斗的生产工艺及装置；

参照图6、图7，铸造成型工艺的装置包括：连体的底箱、芯子砂型和外模砂型；铸造成型工艺中的连体的底箱、芯子砂型为采用抽真空法制备，或采用传统工艺制备；所述外模砂型具有中间箱砂型26和上箱砂型27；所述中间箱砂型26和上箱砂型27为传统工艺制作的砂型；上箱砂型27和中间箱砂型26与上述连体的底箱、芯子砂型之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致，上箱砂型27和中间箱砂型26的砂型与连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分之间的空间为挖斗的浇注成型的型腔；设置两个浇注管即一次主浇注管25、二次辅浇注管22，并采用两次浇注的方式；所述一次主浇注管25贯穿上箱砂型27和中间箱砂型26，与底膛道24连通，构成成型的主浇道，所述底膛道24是连接一次主浇注管与型腔的底部之间的通道，用以浇注成型挖斗前半部5；二次辅浇注管22与中膛道20连通，构成成型的二次辅浇道，所述中膛道20是连接二次辅浇注管22与型腔的中部之间的通道，用以浇注成型挖斗后半部6。

外模的中间箱砂型26和上箱砂型27上具有成型加强筋板1的沟槽。

铸造工艺采用两种不同材质，分先后按序浇注、复合浇铸成型；

将熔炼合格的挖斗前半部所需化学成份钢水从一次主浇道25上浇口杯23注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼合格的挖斗后半部所需化学成份的钢水从二次辅浇道22上的浇口杯23快速浇进型腔内，持续浇注使钢水注满型腔至冒口16。

本发明主要涉及挖斗的铸造成型工艺；本发明挖斗的热处理工艺可为：将浇注成型的铸造挖斗进行整体850℃~890℃正火处理；860℃~900℃加热后整体淬火处理；260℃~290℃整体回火处理。该实施例中，本发明挖斗的热处理工艺可为：将浇注成型的铸造挖斗进行整体加热到870℃±20℃正火处理；880℃±20℃加热后整体淬火处理；275℃±15℃整体回火处理。

所述连体的底箱、芯子砂型采用抽真空法工艺成型；

如图4所示，参照图5，采用抽真空法工艺成型连体的底箱、芯子砂型的装置为：具有底箱10、真空减重包13和芯子模型；所述底箱10为空腔结构的矩形；底箱采用双层1cm厚钢板制作而成，所述底箱10的外壁与内壁之间为空腔结构，所述底箱10的内壁上具有200目席型不锈钢制作的透气窗I 14，所述透气窗I14为多个并位于底箱10的四周内壁上；所述底箱10的外壁具有的通孔与抽真空系统相连；便于成型连体的底箱、芯子砂型时从型砂里抽走空气；所述底箱内置入一个真空减重包13，并使所述真空减重包13与底箱10连接；所述真空减重包13用1cm薄钢板制作，所述真空减重包13具有封闭的空腔，真空减重包13外形与所要铸造挖斗的内腔形状对应一致，真空减重包13外形尺寸比所要铸造的挖斗内腔尺寸小15cm；就使真空减重包13外形与芯子模型之间形成一个15cm的的空间，用以成型芯子。真空减重包上具有200目席型不锈钢网构成的透气窗Ⅱ15；所述透气窗Ⅱ15为多个；在底箱内壁上从前、后、左、右四个方向用真空管连通至真空减重包13的内腔，真空减重包内腔和底箱的外壁与内壁之间的空腔形成一个连通的真空空间，便于从型砂里抽走空气，实现底箱和芯子砂型整体制作完成，保证了尺寸精度，同时也提高工作效率；设置有与真空减重包对应的芯子模型；所述芯子模型与所述真空减重包之间的间隙（空间）与所需成型的芯子形状对应。

采用抽真空法工艺成型连体的底箱、芯子砂型的工艺步骤为：先将芯子模型抽真空，然后附上一块加热软化的塑料薄膜，待薄膜被完全吸附到芯子模型上后，向塑料薄膜上喷涂一层V法铸造涂料，V法铸造涂料生产企业较多，可采用洛阳凯林铸材有限公司生产的V法锆英涂料；三门峡阳光铸材有限公司生产的V法涂料；再将连体的底箱10和真空减重包13倒置，底箱10在上、真空减重包13在下，扣合到芯子模型上；底箱10与真空减重包13之间具有的间隙形成型砂的填充通道；使型砂进入芯子模型与真空减重包13之间的间隙内，所述的型砂为没有任何粘接剂的干砂；震动芯子模型使型砂充分填实并充满底箱10，在底箱10上覆盖一层塑料薄膜，开始对底箱10抽真空，真空减重包13内腔、底箱10的外壁与内壁之间的空腔形成真空状态，真空减重包13表面与底箱10的内壁之间形成真空吸附力，将型砂吸附固定在底箱10内壁和真空减重包13表面，此时型砂把真空减重包包裹在里面，持续对底箱10抽真空。关掉芯子模型上的真空阀门Ⅱ17，将芯子模型去掉，得到连体的底箱和芯子砂型，持续对底箱抽真空，即型砂在真空作用下一直吸附在底箱10内壁里面和真空减重包13表面，得到的连体的底箱、芯子砂型，芯子部分形状与挖斗内腔形状一致。连接一体的底箱、真空减重包和芯子模型是两个真空系统，连接一体的底箱、真空减重包和芯子模型上的真空阀门都是独立阀门，可以单独开关。

    铸造成型挖斗所需的中间箱砂型26和上箱砂型27采用传统工艺制作，其步骤为：用钢板制作两个形状相同、两面通透的矩形箱体（如图8），作为制作上箱砂型27和中间箱砂型26的箱体，一个用做上箱砂型，一个用做中箱砂型，先用一个箱体扣放到挖斗模型上，这个箱体的高度是挖斗模型的一半高，将混制合格的型砂填实到箱体和挖斗模型之间的空间内，把浇铸钢水需要的一次主浇道25其中半截，按预定好的位置预埋到型砂里，将型砂填平箱体为止：待型砂硬化后就得到铸造成型挖斗所需的中间箱砂型26。再向中间箱砂型26上扣放一个箱体，这个箱体放上后高度稍微高出挖斗模型，将混制合格的型砂填实到箱体和挖斗模型之间的空间内，把浇铸钢水需要的二次辅浇道22预埋到型砂里，同时把浇铸钢水需要的一次主浇道25的另一节对准中间箱里预埋的一次主浇道25填进型砂里，填平箱体为止，在上面放两个冒口16，待型砂硬化后就得到铸造成型挖斗所需的上箱砂型27和中间箱砂型26，依次起下上箱砂型27、中间箱砂型26；得到铸造成型挖斗所需的外模砂型即上箱砂型27、中间箱砂型26。

铸造成型挖斗的铸造成型工艺为：将抽真空法制成的连体的底箱、芯子砂型翻转180°正立；底箱部分在下，芯子部分在上，然后在连体的底箱、芯子砂型上依次扣合中间箱砂型26和上箱砂型27，上箱砂型27和中间箱砂型26为传统工艺制作的砂型；上箱砂型27和中间箱砂型26与上述抽真空法做出的连体的底箱、芯子砂型上芯子部分之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致；在铸造成型时，所述连体的底箱、芯子砂型，持续处于真空状态；在持续抽真空状态下浇注，将熔炼合格的挖斗前半部5所需化学成份钢水从一次主浇注管25上的浇口杯23注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼合格的挖斗后半部6所需化学成份的钢水从二次辅浇注管22上的浇口杯23快速浇进型腔内，持续浇注使钢水注满型腔至冒口16。浇注完成后立即关掉底箱10上的真空阀门Ⅰ12，同时在钢水浇注过程中由于在真空作用下，砂型腔里和钢水中产生的气体基本被真空抽走，从而有效避免气体侵入到铸型内的钢水里，起到降低废品率提高整体机械性能的作用。

所述采用传统工艺制作连体的底箱、芯子砂型的工艺步骤：用钢板制作一个两面通透的矩形箱体（如图8）尺寸大小与上述制作中间箱砂型和上箱砂型所用的箱体一致；将这个箱体扣合到芯子模型上，芯子模型与前述真空法制作连体的底箱、芯子砂型时的芯子模型相同，不需要设置真空阀门Ⅱ17；将型砂填实芯子模型并充满这个箱体，刮平型砂后待型砂硬化后，脱掉芯子模型，得到的就是用传统工艺制作的铸造成型挖斗所需的连体的底箱、芯子砂型；连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分的形状与所需整体浇注成型挖斗的形状一致；连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分与中间箱砂型和上箱砂型之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致。所述型砂采用现有传统工艺制作砂型的型砂；所述型砂是采用泡花碱（化学名称：硅酸钠）或铸造用呋喃树脂做粘结剂，将石英砂放进混砂机内加入适量的上述任何一种粘结剂混制而成。

采用传统工艺制作的连体的底箱、芯子砂型浇注铸造挖斗的成型工艺为：在传统工艺制作的连体的底箱、芯子砂型上依次扣合中间箱砂型26和上箱砂型27，上箱砂型27和中间箱砂型26为传统工艺制作的砂型；将熔炼合格的挖斗前半部5所需化学成份钢水从一次主浇注管25上的浇口杯23注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼合格的挖斗后半部6所需化学成份的钢水从二次辅浇浇注管22上的浇口杯23快速浇进型腔内，持续浇注使钢水注满型腔至冒口16。

Claims (10)

1.一种复合材料浇注铸造的挖斗，其特征在于：将所述挖斗按工作部位分为挖斗前半部（5）、挖斗后半部（6）；挖斗前半部（5）为高硬度区，挖斗后半部为低硬度区；所述挖斗前半部（5）材质的元素含量的质量百分比为：C：0.25—0.35%，Mn：1.30—1.70%，Si：0.20—0.37%，Cr：0.25—0.55%，Mo：0.20—0.30%，Ni：0.80—1.20%，余量为铁；所述挖斗后半部（6）材质的元素含量的质量百分比为：C：0.20—0.30%，Mn：0.80—1.10%，Si：0.20—0.37%，Cr：0.80—1.10%，Mo：0.20—0.30%，Ni：0.80—1.20%，余量为铁；在所述挖斗前半部、挖斗后半部分别为两种不同材质的复合材料，使所述挖斗前半部、挖斗后半部分别具有工作时所需的耐磨性能、抗冲击韧性，适应挖斗的前半部、后半部工作的需要。

2.按照权利要求1所述的一种复合材料浇注铸造的挖斗，其特征在于：在所述挖斗的斗体外壁上具有斗体浇注成型时与斗体同时成型的加强筋板（1）；所述加强筋板（1）同时位于挖斗前半部（5）、挖斗后半部（6）的外壁上，位于挖斗前半部的加强筋板（1）与浇注成型挖斗前半部（5）时与挖斗前半部（5）同时成型，位于挖斗后半部（6）的加强筋板（1）与浇注成型挖斗后半部（6）时与挖斗后半部（6）同时成型。

3.按照权利要求2所述的一种复合材料浇注铸造的挖斗，其特征在于：在挖斗斗体的外壁上具有的加强筋板（1）与齿根（3）方向平行一致。

4.一种复合材料浇注铸造的挖斗的铸造成型装置，其特征在于：所述的铸造成型装置包括：连体的底箱、芯子砂型和外模砂型；铸造成型工艺中连体的底箱、芯子砂型为采用抽真空法制备，或采用传统工艺制备；设置有采用抽真空法工艺成型连体的底箱、芯子砂型的装置；铸造成型工艺中的外模砂型为传统工艺制作的砂型，包括上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）；所述上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）与上述连体的底箱、芯子砂型的芯子部分之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致，上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）与芯子之间的空间为挖斗的浇注成型的型腔；设置两个浇注管即一次主浇注管（25）、二次辅浇注管（22），并采用两次浇注的方式；所述一次主浇注管（25）贯穿上箱砂型（27）和中间箱砂型（26），与底膛道（24）连通，构成浇注成型的主浇道；所述底膛道（24）与所述型腔的底部连通，用以浇注成型挖斗前半部（5）；二次辅浇注管（22）与中膛道（20）连通，构成浇注成型的辅浇道，所述中膛道（20）与所述型腔的中部连通，用以浇注成型挖斗后半部（6）。

5.按照权利要求4所述的一种复合材料浇注铸造的挖斗的铸造成型装置，其特征在于：所述外模的中间箱砂型（26）和上箱砂型（27）上具有成型加强筋板（1）的沟槽。

6.按照权利要求4所述的一种复合材料浇注铸造的挖斗的铸造成型装置，其特征在于：采用抽真空法工艺成型连体的底箱、芯子砂型的装置为：具有底箱（10）、真空减重包（13）和芯子模型；所述底箱（10）为上部、下部敞口且内部为空腔结构的矩形；所述底箱的外壁与内壁之间为空腔结构，所述底箱的外壁具有的通孔与抽真空系统相连，使抽真空系统与底箱的外壁与内壁之间的空腔连通；所述底箱的内壁上具有若干孔构成的透气窗I （14）；所述透气窗I （14）为多个并位于底箱的四周内壁上；所述底箱内置入一个真空减重包（13），所述真空减重包为金属板制成的空腔结构，其外形与所需制作的芯子形状对应；真空减重包的壁上具有若干孔构成的透气窗II（15）；所述透气窗II（15）为多个；真空减重包内腔通过管子从前、后、左、右四个方向与底箱外壁与内壁之间的空腔连通，并使所述真空减重包（13）连接在所述底箱（10）上，得到连接一体的底箱、真空减重包；底箱（10）四周内壁与真空减重包（13）之间具有的空间形成型砂的填充通道；设置有与真空减重包（13）对应的芯子模型；所述芯子模型与所述真空减重包对应设置，所述芯子模型与所述真空减重包（13）之间的空间与所需成型的连体的底箱、芯子砂型上的芯子形状一致。

7.按照权利要求4或6所述的一种复合材料浇注铸造的挖斗的铸造成型装置，其特征在于：所述连体的底箱、芯子砂型采用抽真空法工艺制作，工艺步骤为：先将芯子模型抽真空，然后附上一块加热软化的塑料薄膜，待薄膜被完全吸附到芯子模型上后，向塑料薄膜上喷涂一层V法铸造涂料；再将连接一体的真空减重包（13）和底箱（10）倒置，底箱（10）在上，真空减重包（13）在下，扣合到芯子模型上；所述真空减重包（13）与所述芯子模型之间的空间构成成型芯子的空间；使型砂从填充通道进入芯子模型与真空减重包（13）之间的空间内，震动芯子模型使型砂充分填实充满底箱（10），然后在底箱（10）上覆盖一层塑料薄膜，对底箱抽真空，将型砂吸附固定在底箱（10）内和真空减重包（13）表面，持续对底箱抽真空，然后关闭芯子模型的真空阀门Ⅱ（17），将芯子模型去掉，此时真空减重包（13）被包裹在型砂内部，然后将底箱（10）和真空减重包（13）翻转180°正立，得到铸造成型挖斗所需的连体的底箱、芯子砂型。

8. 利用权利要求4～7所述的铸造成型装置铸造成型挖斗的生产工艺，其特征在于：铸造工艺采用两种不同材质，分先后按序浇注、复合造型：采用分两台电炉冶炼两种不同材质的合金材料，分先后按顺序浇注，实现在挖斗的前半部（5）、挖斗的后半部（6）分别为两种不同材质成分，使所述挖斗的前半部（5）、挖斗的后半部（6）分别具有工作时所需的耐磨性能、抗冲击韧性，适应挖斗的前半部、后半部工作的需要；具体工艺为：在连体的底箱（10）、芯子砂型上依次扣合中间箱砂型（26）和上箱砂型（27），连体的底箱、芯子砂型为采用抽真空法制备，或采用传统工艺制备；上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）为传统工艺制作的砂型；上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）与连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分之间的空间，与所需整体浇注成型挖斗的形状一致；将熔炼合格的挖斗前半部所需化学成份钢水从一次主浇注管（25）上的浇口杯（23）注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼合格的挖斗后半部所需化学成份的钢水从二次辅浇注管（22）上的浇口杯（23）浇进型腔内，直接浇满型腔至冒口（16）。

9.按照权利要求8所述的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺中连体的底箱、芯子砂型为采用抽真空法制备；所述挖斗的浇注铸造的具体工艺为：把连体的底箱、芯子砂型放平，底箱（10）在下、芯子在上，在上面依次扣合中间箱砂型（26）和上箱砂型（27），上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）为传统工艺制作的砂型；上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）与上述抽真空法做出的连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分之间的空间与所需整体浇注成型挖斗的形状一致；在铸造成型时，所述连体的底箱、芯子砂型持续处于真空状态；在持续抽真空状态下浇注，将熔炼合格的挖斗前半部所需化学成份钢水从一次主浇注管（25）上的浇口杯（23）注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼好的挖斗后半部所需化学成份的钢水从二次辅浇注管（22）上的浇口杯（23）浇进型腔内，使钢水注满型腔至冒口（16）；浇注完成后立即关掉底箱上的真空阀门Ⅰ（12），同时在钢水浇注过程中由于在真空作用下，型腔里和钢水中产生的气体基本被真空抽走，从而有效避免气体侵入到钢水内，起到降低废品率提高整体机械性能的作用。

10.按照权利要求8所述的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺中连体的底箱、芯子砂型为采用传统工艺制备，所述挖斗浇注铸造的具体工艺为：把连体的底箱、芯子砂型放平，使底箱（10）在下，芯子在上，再向底箱（10）上依次扣合中间箱砂型（26）和上箱砂型（27），上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）为传统工艺制作的砂型；上箱砂型（27）和中间箱砂型（26）与上述连体的底箱、芯子砂型上的芯子部分之间的空间，与所需整体浇注成型挖斗的形状一致；将熔炼合格的挖斗前半部所需化学成份钢水从一次主浇注管（25）上的浇口杯（23）注入型腔内，进行第一次浇注；待浇至整个型腔一半时，再将熔炼合格的挖斗后半部所需化学成份的钢水从二次辅浇注管（22）上的浇口杯（23）浇进型腔内，直接浇满型腔至冒口（16）。