CN104174816A - 海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模及铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模及铸造工艺，以所述小齿轮箱铸件的法兰平面为分型面，用树脂砂造型分别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模；在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的热节处布置外冷铁，在所述上型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面上设置2个明冒口；采用底注式浇注系统浇注ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液；对浇注而成的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件作正火、回火预处理，初加工后作调质热处理。通过上述方式，本发明通过浇注系统、明冒口、冷铁的合理配合，同时浇注性能良好的金属液，能有效提高海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的正品率。

Description

海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模及铸造工艺

技术领域

本发明涉及金属铸造技术领域，特别是涉及一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模及铸造工艺。

背景技术

壳体类铸件的收缩率受金属液的化学成分、浇注温度、铸件本身结构特征、铸型的退让性和泥芯的退让性等多种因素的影响，尤其是化学成分、浇注温度的影响使浇得同一种铸件在每一炉次甚至同一炉次的尺寸都有差异。

海洋平台无缺陷小齿轮箱体铸件重达450kg，要求机械性能达到：屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥740MPa，伸长度≥17%，断面收缩率≥35%，-40冲击值≥34J，单个最值27J，硬度210-234HBW，其无损检测要求不允许有裂纹，调质后不允许焊补。

由于该海洋平台无缺陷小齿轮箱体的结构形状比较复杂，壁厚差异大，以致铸件在铸造过程中各部分的冷却程度不均匀，而极易在壁厚部分产生缩松和缩孔，在薄壁部分又易产生金属液充型不良，故铸造过程中极易造成裂纹、气孔和砂眼等致命缺陷，使得铸件的正品率低；同时为了消除铸造应力，提高铸件尺寸精度和内部质量，热处理工艺也很关键。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模及铸造工艺，采用以海洋平台无缺陷小齿轮箱法兰平面为分型面的树脂砂模，结合底注式浇注系统、设置合理的冒口、冷铁，同时浇注性能良好的金属液，能有效提高海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的正品率。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模，所述铸造模为树脂砂模，以所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面为分型面，用树脂砂造型分别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模；

在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的热节处布置外冷铁，所述外冷铁有2块，所述外冷铁的厚度为50mm，平行放置在所述热节处；

在所述上型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面上设置明冒口，所述明冒口有2个，其形状大相同，以所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的轴向对称分布在所述法兰平面上。

在本发明一个较佳实施例中，所述明冒口为腰圆柱形，其尺寸为：腰200mm×300mm。根据海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件大设置尺寸合理的明冒口，使明冒口内有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固补缩以及浇注后型腔扩大的体积。

在本发明一个较佳实施例中，结合上述树脂砂模，提供一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，采用底注式浇注系统浇注ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液，所述浇注系统包括：相互贯通的浇口杯、直浇道、横浇道和2道内浇道，所述直浇道、横浇道、2道内浇道的直径均为60mm；注孔直径为45mm，浇注过程中浇注温度为1550±10℃，浇重700kg所述金属液；浇注完成后铸件在砂型中保温48时，然后清砂并气割明冒口；

对浇注而成的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件作正火、回火预处理，初加工后作调质热处理，所述正火、回火预处理步骤包括：将所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至620±10℃，保温2时，继续正火升温至900±10℃，保温4时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至620±10℃，炉冷至500℃出炉；所述调质热处理步骤包括：将预处理完后的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉，升温至880±10℃，保温6时，淬火后放入回火炉，回火升温至650±10℃，保温8时，炉冷至550℃出炉。

在本发明一个较佳实施例中，所述ZG32CrNiMo合金钢的成分及质量配比为：C：0.26-0.35%、Si：0.20-0.40%、 Mn：0.90-1.10% 、 Cr：0.50-0.80% 、Ni：0.70-0.90% 、Mo：0.30-0.40%、P≤0.025%、S≤0.020%，其余为Fe。该ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液流动性好，适合大型铸件的精密铸造，同时具有很好的强度和延展性，可以满足大型铸件的性能要求。

在本发明一个较佳实施例中，所述浇注过程中，当金属液面上升至所述明冒口高度的1/2-2/3时，在所述明冒口内加入保温剂，每个明冒口加保温剂2kg。用于延长明冒口中金属液保持液态的时间，提高明冒口的补缩效率，并能节约金属液用量、降低铸造成本。

在本发明一个较佳实施例中，所述所述气隔明冒口温度不低于150℃。以免产生明冒口根部局部应力集中而造成铸件裂纹现象。

在本发明一个较佳实施例中，所述淬火采用水淬方式。成本低，淬火时需加强水的循环，便于冷却均匀。

在本发明一个较佳实施例中，所述正火、回火的升温速度≤120℃/时。控制升温速度，能提高热处理效果，消除铸件的铸造应力、稳定尺寸并提高铸件的机械性能。

本发明的有益效果是：本发明采用以海洋平台无缺陷小齿轮箱法兰平面为分型面的树脂砂模，结合底注式浇注系统、设置合理的冒口、冷铁，以控制铸件的凝固过程，防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸件缺陷，能有效提高海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的正品率，同时浇注自行配方的ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液，使海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件具有良好的力学性能，此外浇注成型后铸件经正火、回火预处理和调质热处理，能消除铸造应力，提高铸件尺寸精度和内在质量。

附图说明

图1是海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺的主视结构示意图；

图2是图1所示左视结构示意图；

图3是图1所示俯视结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、法兰平面，2、明冒口，3、外冷铁，4、浇口杯，5、直浇道，6、横浇道，7、内浇道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1、图2和图3，本发明实施例包括：

一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模，所述铸造模为树脂砂模，以所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面1为分型面，用树脂砂造型分别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模；

在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的热节处布置外冷铁3，所述外冷铁3有2块，所述外冷铁3的厚度为50mm，平行放置在所述热节处；用于加速热节处的凝固速度，并细化铸件晶粒组织；

在所述上型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面1上设置明冒口2，所述明冒口2有2个，所述2个明冒口2为腰圆柱形，尺寸均为：腰200mm×300mm，以所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的轴向对称分布在所述法兰平面1上；用于补缩，防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸件缺陷；

一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，采用底注式浇注系统浇注ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液，所述浇注系统包括：相互贯通的浇口杯4、直浇道5、横浇道6和2道内浇道7，所述直浇道5、横浇道6、2道内浇道7的直径均为60mm；注孔直径为45mm，浇注过程中浇注温度为1550±10℃，浇重700kg所述金属液；浇注过程中，当金属液面上升至所述明冒口高度的1/2-2/3时，在所述明冒口2内加入保温剂，每个明冒口2加保温剂2kg，用于延长明冒口2中金属液保持液态的时间，提高明冒口2的补缩效率，并能节约金属液用量、降低铸造成本；浇注完成后铸件在砂型中保温48时，然后清砂并气割明冒口2，气割温度不低于150℃，以免产生明冒口2根部局部应力集中而造成铸件裂纹现象；

铸造完成后对所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件作正火、回火预处理，初加工后作调质热处理，所述正火、回火预处理步骤包括：将所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至620±10℃，保温2时，继续正火升温至900±10℃，保温4时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至620±10℃，炉冷至500℃出炉；所述调质热处理步骤包括：将预处理完后的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉，升温至880±10℃，保温6时，淬火后放入回火炉，回火升温至650±10℃，保温8时，炉冷至550℃出炉，所述淬火采用水淬方式，成本低，淬火时需加强水的循环，便于冷却均匀。

其中，所述ZG32CrNiMo合金钢的成分及质量配比为：C：0.26-0.35%、Si：0.20-0.40%、 Mn：0.90-1.10% 、 Cr：0.50-0.80% 、Ni：0.70-0.90% 、Mo：0.30-0.40%、P≤0.025%、S≤0.020%，其余为Fe，该ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液流动性好，适合大型铸件的精密铸造，同时具有很好的强度和延展性，可以满足大型铸件的性能要求。

正火、回火预处理，及调质热处理中，所述正火、回火的升温速度≤120℃/时。控制升温速度，能提高热处理效果，消除铸件的铸造应力、稳定尺寸并提高铸件的机械性能。

实施例一：

一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，按上述方法进行树脂砂造型、设置浇注系统、安装冒口及冷铁，所述海洋平台无缺陷小齿轮箱是由ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液浇注而成、再经正火、回火预处理和调质热处理获得的，所述ZG32CrNiMo合金钢的成分及质量配比为：C：0.26%、Si：0.40%、 Mn：1.10% 、 Cr：0.50% 、Ni：0.70% 、Mo：0.30%、P：0.01%、S：0.01%、Fe：96.72%，

其包括如下步骤：

a、铸造过程：浇注由上述配方量获得的ZG32CrNiMo合金钢溶液，浇注温度为1550℃，浇重700kg，浇注过程中，当ZG32CrNiMo合金钢溶液液面上升至明冒口高度的1/2时，在所述明冒口内加入保温剂，每个明冒口2加保温剂2kg，浇注完成后获得海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件，将该铸件在砂型中保温48时，然后清砂并气割明冒口2，气割温度为150℃；

b、正火、回火预处理：将上述制得的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至620℃，保温2时，继续正火升温至890℃，保温4时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至610℃，炉冷至500℃出炉；

c、调质热处理：对上述预处理后的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件进行初加工和无损检测，经100%MT探伤，要求铸件无裂纹，将检测合格的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉，升温至870℃，保温6时，淬火后放入回火炉，回火升温至640℃，保温8时，炉冷至550℃出炉。

实施例二：

一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，按上述方法进行树脂砂造型、设置浇注系统、安装冒口及冷铁，所述海洋平台无缺陷小齿轮箱是由ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液浇注而成、再经正火、回火预处理和调质热处理获得的，所述ZG32CrNiMo合金钢的成分及质量配比为：C：0.30%、Si：0.35%、 Mn：0.95% 、 Cr：0.60% 、Ni：0.70% 、Mo：0.40%、P：0.025%、S：0.02%、Fe：96.655%，

其包括如下步骤：

a、铸造过程：浇注由上述配方量获得的ZG32CrNiMo合金钢溶液，浇注温度为1540℃，浇重700kg，浇注过程中，当ZG32CrNiMo合金钢溶液液面上升至明冒口高度的1/2时，在所述明冒口内加入保温剂，每个明冒口2加保温剂2kg，浇注完成后获得海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件，将该铸件在砂型中保温48时，然后清砂并气割明冒口2，气割温度为160℃；

b、正火、回火预处理：将上述制得的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至610℃，保温2时，继续正火升温至900℃，保温4时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至620℃，炉冷至500℃出炉；

c、调质热处理：对上述预处理后的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件进行初加工和无损检测，经100%MT探伤，要求铸件无裂纹，将检测合格的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉，升温至880℃，保温6时，淬火后放入回火炉，回火升温至650℃，保温8时，炉冷至550℃出炉。

实施例三：

一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，按上述方法进行树脂砂造型、设置浇注系统、安装冒口及冷铁，所述海洋平台无缺陷小齿轮箱是由ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液浇注而成、再经正火、回火预处理和调质热处理获得的，所述ZG32CrNiMo合金钢的成分及质量配比为：C：0.35%、Si：0.40%、 Mn：0.90% 、 Cr：0.80% 、Ni：0.90% 、Mo：0.35%、P：0.02%、S：0.015%、Fe：96.265%，

其包括如下步骤：

a、铸造过程：浇注由上述配方量获得的ZG32CrNiMo合金钢溶液，浇注温度为1560℃，浇重700kg，浇注过程中，当ZG32CrNiMo合金钢溶液液面上升至明冒口高度的2/3时，在所述明冒口内加入保温剂，每个明冒口2加保温剂2kg，浇注完成后获得海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件，将该铸件在砂型中保温48时，然后清砂并气割明冒口2，气割温度为170℃；

b、正火、回火预处理：将上述制得的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至630℃，保温2时，继续正火升温至910℃，保温4时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至630℃，炉冷至500℃出炉；

c、调质热处理：对上述预处理后的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件进行初加工和无损检测，经100%MT探伤，要求铸件无裂纹，将检测合格的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉，升温至890℃，保温6时，淬火后放入回火炉，回火升温至660℃，保温8时，炉冷至550℃出炉。

本发明揭示了一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模及铸造工艺，以海洋平台无缺陷小齿轮箱法兰平面为分型面的树脂砂模，采用底注式浇注系统、设置合理的冒口、冷铁，以控制铸件的凝固过程，防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸件缺陷，能有效提高海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的正品率，同时浇注自行配方的ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液，使海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件具有良好的力学性能，此外浇注成型后铸件经正火、回火预处理和调质热处理，能消除铸造应力，提高铸件尺寸精度和内在质量。通过该工艺获得的海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件机械性能满足：屈服强度≥600MPa、抗拉强度≥740MPa、伸长度≥17%、断面收缩率≥35%、-40冲击值≥34J、单个最值27J、硬度210-234HBW；无损检测满足：100%MT探伤，无裂纹；100%UT，满足GB/T 7233.1-2009 2级要求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模，所述铸造模为树脂砂模，其特征在于，以所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面为分型面，用树脂砂造型分别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模；

在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的热节处布置外冷铁，所述外冷铁有2块，所述外冷铁的厚度为50mm，平行放置在所述热节处；

在所述上型腔树脂砂模的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的法兰平面上设置明冒口，所述明冒口有2个，其形状大相同，以所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件的轴向对称分布在所述法兰平面上。

2.根据权利要求1所述的海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造模，其特征在于，所述明冒口为腰圆柱形，其尺寸为：腰200mm×300mm。

3.一种海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，其特征在于，采用底注式浇注系统浇注ZG32CrNiMo合金钢熔炼而成的金属液，所述浇注系统包括：相互贯通的浇口杯、直浇道、横浇道和2道内浇道，所述直浇道、横浇道、2道内浇道的直径均为60mm；注孔直径为45mm，浇注过程中浇注温度为1550±10℃，浇重700kg所述金属液；浇注完成后铸件在砂型中保温48时，然后清砂并气割明冒口；

对浇注而成的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件作正火、回火预处理，初加工后作调质热处理，所述正火、回火预处理步骤包括：将所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至620±10℃，保温2时，继续正火升温至900±10℃，保温4时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至620±10℃，炉冷至500℃出炉；所述调质热处理步骤包括：将预处理完后的所述海洋平台无缺陷小齿轮箱铸件放入正火炉，升温至880±10℃，保温6时，淬火后放入回火炉，回火升温至650±10℃，保温8时，炉冷至550℃出炉。

4.根据权利要求3所述的海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，其特征在于，所述ZG32CrNiMo合金钢的成分及质量配比为：C：0.26-0.35%、Si：0.20-0.40%、 Mn：0.90-1.10% 、 Cr：0.50-0.80% 、Ni：0.70-0.90% 、Mo：0.30-0.40%、P≤0.025%、S≤0.020%，其余为Fe。

5.根据权利要求3所述的海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，其特征在于，所述浇注过程中，当金属液面上升至所述明冒口高度的1/2-2/3时，在所述明冒口内加入保温剂，每个明冒口加保温剂2kg。

6.根据权利要求3所述的海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，其特征在于，所述所述气隔明冒口温度不低于150℃。

7.根据权利要求3所述的海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，其特征在于，所述淬火采用水淬方式。

8.根据权利要求3所述的海洋平台无缺陷小齿轮箱的铸造工艺，其特征在于，所述正火、回火的升温速度≤120℃/时。