CN104419852A - 一种混凝土泵车输送管管卡、铸造方法及模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混凝土泵车输送管管卡，所述管卡由铝合金制成，所述铝合金成分包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝。此外，本发明还提供一种铸造上述混凝土泵车输送管管卡的方法。本发明还提供一种铸造上述混凝土泵车输送管管卡的模具。本发明提供的管卡重量较轻、不易腐蚀、耐压能力强、塑性优良、温度适应范围广、适用于泵车超长臂的混凝土泵车输送管。
Description
技术领域
本发明涉及用于连接混凝土泵车输送管的管卡、铸造该管卡的方法以及铸造该管卡所使用的模具。
背景技术
混凝土泵车由泵体和输送管组成，是一种利用压力，将混凝土沿管道连续输送的机械，主要应用于房建、桥梁及隧道施工。混凝土泵车一般是将泵体装在汽车底盘上，再装备可伸缩或屈折的输送管而组成的泵车。大型混凝土泵车水平输送距离目前可达400-600m，高度可达60-110m。混凝土输送管道是混凝土泵车最主要的组成部分之一。输送管道由多个输送管依次相连形成，相邻的输送管道之间通过适当的机构连接，以形成具有合适长度的输送管道，将混凝土输送到指定位置。现有技术中输送管道的连接方式主要有两种：一种是法兰盘连接，另一种是管卡连接。与法兰盘连接相比，管卡连接具有密封性能好、拆装简单快捷等优点。目前，输送管之间的连接方式多是管卡连接。
混凝土泵送过程一般是非连续的，输送管内部的压力不是一个稳定值，所以输送管和管卡需要承受很大的冲击力，这要求管卡具有良好的力学性能和合理的结构。传统的混凝土泵车输送管管卡一般采用铸钢ZG35CrMn生产，铸钢比重为7.85g/cm3。过重的管卡部件，导致混凝土泵车臂架载荷过重，影响混凝土泵车臂架使用寿命，同时导致混凝土泵车底盘的有效承载能力受限，制约着超长臂架的发展。铸钢管卡不仅产品笨重，而且铸钢容易腐蚀，耐压能力不超过15MPa，塑性差，温度适应范围一般。基于铸钢的这些缺陷，采用其他合金替代铸钢已经成为技术升级的迫切需求。其中，铝合金可以作为替代的备选方式之一。但《GB/T1173-1995铸造铝合金国家标准》中各牌号铝合金使用在管卡铸造中，一般存在着强度低、塑性差、延伸率低、制造工艺性差、力学性能受工作环境影响(-178℃低温到315℃高温)、耐腐蚀性差等种种技术问题。比如铝硅合金其主要特征是铸造性能尚好，无热裂倾向，气密性良好，收缩率小，耐腐蚀性能好，可热处理强化，但吸气倾向大，易于形成针孔，高温性能较差，只能在200℃以下使用，且焊接性能和切削加工性一般。又如铝铜合金其主要特征是焊接和切削性能良好，主要用于制造在常温和高温(≤300℃)承受大载荷或冲击载荷的零件，但流动性不好，有热裂和缩松倾向，合金浇注为700℃-760℃，热收缩率为1.3％-1.5％，气密性不好，腐蚀稳定性不高。现有技术和《GB/T1173-1995铸造铝合金国家标准》中各牌号铝合金使用到管卡铸造中，难以同时满足设计强度(抗拉强度、屈服强度)和塑性(延伸率)等要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种重量较轻、不易腐蚀、耐压能力强、塑性优良、温度适应范围广、适用于泵车超长臂的混凝土泵车输送管管卡。
本发明还提供一种铸造上述混凝土泵车输送管管卡的方法。
本发明还提供一种铸造上述混凝土泵车输送管管卡的模具。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种混凝土泵车输送管管卡，所述管卡由铝合金制成，所述铝合金成分包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝。
作为本发明的进一步改进：
所述管卡包括相互配合的第一本体和第二本体，所述第一本体和第二本体的外圆周表面上设置有加强筋，所述加强筋从所述管卡的一个端面延伸到所述管卡的另一个端面。
所述管卡的第一本体和第二本体的尺寸和形状完全一致。
所述加强筋包括第一加强筋、第二加强筋和第三加强筋；所述第一加强筋设置在与所述第一本体和第二本体的接合面呈45°的方向；所述第二加强筋设置在与所述第一本体和第二本体的接合面呈90°的方向；所述第一加强筋和第二加强筋之间设置有第三加强筋，所述第三加强筋设置在与所述第一本体和第二本体的接合面呈67.5°的方向。
所述第一加强筋宽度为12.3mm，凸起高度为1.5mm；所述第二加强筋宽度为14mm，凸起高度为1.5mm；所述第三加强筋宽度为11.8mm，凸起高度为1.5mm。
所述管卡第一本体和第二本体上彼此相邻的加强筋中间部分设置成凹面。
所述管卡内壁设置内腔拉筋，所述内腔拉筋的长度为6mm，宽度为1mm，凸起高度为0.5-1mm，按照每二条内腔拉筋中心与管卡中心的连线成2°夹角均匀设置。
所述加强筋与所述第一本体、第二本体一体形成。
一种铸造混凝土泵车输送管管卡的方法，包括下列步骤：
A、按照包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝的比例，分别称取结晶硅或速熔硅、镁锭、锌锭、锑块、铝钛硼合金和铝锭；
B、将配好的铝锭、结晶硅或速熔硅、镁锭、锌锭、锑块和铝钛硼合金充分预热；
C、将钟罩、漏瓢、浇铸用瓢、通气管和搅拌棒与铝水接触预热，刷上铝铸造涂料，烘干备用；
D、将预热后的结晶硅或速熔硅置于熔铝炉底部，加入预热后的铝锭；
E、送电2.5小时左右，当铝锭开始熔化时，撒入少量的铝覆盖剂；
F、送电3.5小时左右，当结晶硅或速熔硅、铝锭完全熔化且温度在690℃-710℃时，使用钟罩将预热后的锌锭压入水中，搅拌均匀，静置3-5min；
G、当铝水温度在700℃-710℃时，使用钟罩将预热后的镁锭压入水中，搅拌均匀，静置3-5min：
H、将铝水温度升至710℃-730℃，用漏瓢加入预热后的锑块，搅拌3-5min；
I、当铝水温度在710℃-730℃时，使用通气管持续通氩气，精炼10-15min；
J、用钟罩将预热后的铝钛硼合金加入铝水中，搅拌8-15min，静置3-5min；
K、当铝水温度降至710℃时，浇铸试棒、断口取样和化学成分取样用于检测；
L、查看断口是否为均匀絮状，有无硅亮点；
M、光谱仪检测铝水化学成分是否合格；
N、化学成分合格，断口为均匀絮状且无硅亮点的情况下，进行扒渣浇铸。
根据上述铸造混凝土泵车输送管管卡的方法中所用的模具，包括铸件，在所述铸件端面上方垂直设立浇道，所述浇道上方垂直设置与浇道连通的冒口。
与现有技术相比，本发明的优点在于：传统的混凝土泵车输送管管卡采用铸钢ZG35CrMn，铸钢比重为7.85g/cm3。与采用高强度铝合金相比，则同体积的铝合金工件重量不到铸钢工件的35％，减重达到65％以上。应用于100米以下的混凝土泵车，整车轻量化，大幅度降低臂架载荷，节省做功，减少能源消耗。应用于100米以上混凝土泵车优势更加明显，耐压能力超过17Mpa，强度超过铸钢合金的同时，大幅降低臂架载荷，延长臂架使用寿命。本产品轻便，铸造时表面形成氧化保护膜，不易腐蚀。适应温度范围广，符合高层泵送和高压泵送的技术需求。
附图说明
图1是本发明管卡的结构示意图；
图2是本发明管卡与输送管的连接结构示意图；
图3是本发明管卡内腔拉筋的结构示意图；
图4是本发明管卡内腔拉筋的分布图；
图5是本发明模具的结构示意图。
图例说明：
1、第一本体；2、第二本体；3、第一加强筋；4、第二加强筋；5、第三加强筋；6、接合面；7、凹面；8、内腔拉筋；9、铸件；10、冒口；10a、左冒口；10b、右冒口；11、浇道；11a、左浇道；11b、右浇道；12、第一本体的左固定耳；13、第二本体的左固定耳；14、第一销轴；15、第一本体的右固定耳；16、第二本体的右固定耳；17、第二销轴；18、螺栓；19、螺母；20、第一弹簧销；21、垫圈。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种混凝土泵车输送管管卡，所述管卡由铝合金制成，所述铝合金成分包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝。
本发明的具体实施方案1，采用普通熔炼设备，在铝锭中加入4.0％(重量)的硅、0.53％(重量)的镁、1.2％(重量)的锌、0.17％(重量)的锑、0.22％(重量)的钛和0.04％(重量)的硼。本发明随机取样的测试结果：比重平均值为2.65g/cm3，弹性模量平均值为73Gpa/常温，抗拉强度平均值为290MPa，屈服强度平均值为203MPa，延伸率平均值为8％。
本发明的具体实施方案2，采用普通熔炼设备，在铝锭中加入4.6％(重量)的硅、0.59％(重量)的镁、1.5％(重量)的锌、0.21％(重量)的锑、0.26％(重量)的钛和0.05％(重量)的硼。本发明随机取样的测试结果：比重平均值为2.65g/cm3，弹性模量平均值为736pa/常温，抗拉强度平均值为295MPa，屈服强度平均值为202MPa，延伸率平均值为7.9％。
本发明的具体实施方案3，采用普通熔炼设备，在铝锭中加入5.2％(重量)的硅、0.65％(重量)的镁、1.8％(重量)的锌、0.25％(重量)的锑、0.30％(重量)的钛和0.06％(重量)的硼。本发明随机取样的测试结果：比重平均值为2.65g/cm3，弹性模量平均值为73Gpa/常温，抗拉强度平均值为310MPa，屈服强度平均值为200MPa，延伸率平均值为7％。
如图1所示，本发明还提供了一种使用了上述新型铝合金材料的混凝土泵车输送管管卡。该管卡包括相互配合的第一本体1和第二本体2，第一本体1和第二本体2的外圆周表面上设置有加强筋，加强筋从所述管卡的一个端面延伸到所述管卡的另一个端面。为了克服现有技术中左右管卡尺寸、形状不一致而导致的不能互换、使用不便的问题，可以使管卡的第一本体1和第二本体2的尺寸和形状完全一致。为了提高第一本体1和第二本体2接合部位的强度和刚度，防止第一本体1和第二本体2开裂，可以设置5条加强筋。这5条加强筋包括2条第一加强筋3、1条第二加强筋4和2条第三加强筋5。第一加强筋3设置在与所述第一本体1和第二本体2的接合面6呈45°的方向，第二加强筋4设置在与所述第一本体1和第二本体2的接合面6呈90°的方向，第一加强筋3和第二加强筋4之间设置有第三加强筋5，第三加强筋5设置在与所述第一本体1和第二本体2的接合面6呈67.5°的方向。加强筋的高度和宽度可以适当选择，为了使加强筋的布置更加合理，可以使第一加强筋3宽度为12.3mm，凸起高度为1.5mm；第二加强筋4宽度为14mm，凸起高度为1.5mm；第三加强筋5宽度为11.8mm，凸起高度为1.5mm。为了进一步降低管卡的重量，可以将管卡第一本体1和第二本体2上彼此相邻的加强筋中间部分设置成凹面7。
如图3和图4所示，为了优化管卡的性能，可以在管卡内壁设置内腔拉筋8，所述内腔拉筋8的长度为6mm，宽度为1mm，凸起高度为0.5-1mm，按照每二条内腔拉筋8中心与管卡中心的连线成2°夹角均匀设置。这种内腔拉筋在略微增加重量的前提下，能够消除转角处应力，成倍提高管卡强度。
为了方便地设置加强筋且提高管卡的整体性，加强筋与第一本体1、第二本体2一体形成。作为选择，加强筋也可以与第一本体1、第二本体2分体设置，然后通过焊接的方式与第一本体1、第二本体2固定连接。
第一本体1和第二本体2可以采取本领域公知的各种方式连接。
在图1和图2所示的实施方式中，第一本体的左固定耳12和第二本体的左固定耳13通过第一销轴14、第一弹簧销20和垫圈21连接。第一销轴14穿过第二本体的左固定耳13，然后穿过第一本体的左固定耳12，并通过套装在第一销轴14上的第一弹簧销20和垫圈21紧固。第一本体的右固定耳15与第二本体的右固定耳16通过第二销轴17、垫圈21、螺母19和螺栓18连接。如图1所示，第二销轴17的轴线与螺栓18的轴线垂直，这样，在拆卸时，只需将螺母18拆下便可方便的将管卡打开，方便管卡拆装。在该段中出现的方位词“左、右”是以图1的图面为基准定义的。
本领域技术人员可以理解，第一本体1和第二本体2之间除了采用销轴固定连接外，也可以采用第一本体1的一端与第二本体2的一端铰接式连接，第一本体1的另一端与第二本体2的另一端通过压把式固定连接。当然，还可以采用第一本体1的一端与第二本体2的一端铰接式连接，第一本体1的另一端与第二本体2的另一端通过销轴固定连接。
此外，本发明还提供了一种铸造混凝土泵车输送管管卡的方法，包括下列步骤：
A、按照包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝，分别称取结晶硅或速熔硅、镁锭、锌锭、锑块、铝钛硼合金和铝锭。
在第一次的铸造过程中，一般都是使用纯铝铝锭，没有回炉料，但是自第二次铸造过程开始，会产生从第一次铸造的铸件毛坯上切割下来的浇冒口以及非正常铸件(比如烫模的铸件或者模具温度不够时产生浇铸不足的铸件)，这些剩下的原材料成为了回炉料。这些回炉料也可用来铸造管卡铝合金。使用回炉料时，回炉料的加入比例一般不超过总重量的45％。加入回炉料时，对照合金成份，将纯铝铝锭的加入重量比例和其他成分加入比例作相应调整。
B、将铝锭、结晶硅或速熔硅、镁锭、锌锭、锑块和铝钛硼合金充分预热。
C、将钟罩、漏瓢、浇铸用瓢、通气管和搅拌棒与铝水接触预热，刷上铝铸造涂料，烘干备用。其中，铝铸造涂料可以使用现有技术中的常规技术。
D、将预热后的结晶硅或速熔硅置于熔铝炉底部，加入预热后的铝锭。
E、送电2.5小时左右，当铝锭开始熔化时，撒入少量铝覆盖剂。其中，铝覆盖剂用于铝及其合金熔炼，防护金属抑制氧化，每次用量一般是0.2％-0.5％(重量)。
F、送电3.5小时左右，当结晶硅或速熔硅、铝锭完全熔化且温度在690℃-710℃时，使用钟罩将预热后的锌锭压入水中，搅拌均匀，静置3-5min。
G、当铝水温度在700℃-710℃时，使用钟罩将预热后的镁锭压入水中，搅拌均匀，静置3-5min。
H、将铝水温度升至710℃-730℃，用漏瓢加入预热后的锑块，搅拌3-5min。
I、当铝水温度在710℃-730℃时，使用通气管持续通氩气，精炼10-15min。
J、用钟罩将预热后的铝钛硼合金加入铝水中，搅拌8-15min，静置3-5min。
K、当铝水温度降至710℃时，浇铸试棒、断口取样和化学成分取样用于检测。
L、查看断口是否为均匀絮状，有无硅亮点。
M、光谱仪检测铝水化学成分是否合格。
N、化学成分合格，断口为均匀絮状且无硅亮点的情况下，进行扒渣浇铸。
其中，优选的纯度范围是：纯铝铝锭的纯度≥99.5％，结晶硅或速熔硅的纯度≥95％，镁锭的纯度≥99.8％，锌锭的纯度≥99.95％，锑块的纯度≥99.90％。如果采用铝钛硼稀土合金代替铝钛硼合金的话，铝钛硼稀土合金的纯度≥10％。比如铸造100kg管卡铝合金，需要的原材料配比可以是：纯铝铝锭加入86.624kg，结晶硅或速熔硅加入6.094kg，镁锭加入0.554kg，锌锭加入1.516kg，锑块加入0.212kg，铝钛硼稀土合金加入5kg，可达到铸造原材料要求。铸造的新型铝合金的材料特性包括：比重低(2.65g/cm3)，弹性模量高(736pa/常温)、超高材料强度(抗拉强度≥290Mpa；屈服强度≥200Mpa)且材料塑性优良、延伸率高(≥6％)。
此外，本发明还提供了一种铸造上述混凝土泵车输送管管卡的方法中所用的模具。见图5所示，该模具包括铸件9，在所述铸件9端面上方垂直设立浇道11，所述浇道11上方垂直设置与浇道11连通的冒口10。作为优选方式，浇道11可以分为左浇道11a和右浇道11b，冒口10可以分为左冒口10a和右冒口10b。其中，左浇道11a与左冒口10a相连，右浇道11b与右冒口相连10b，组成一个完整的浇注系统。在铸造过程中，铝合金由液态变为固态产生收缩，体积发生变化时，由冒口10提供收缩补给。铸件成型采取顶柱式铸造工艺，以便实现顺序凝固。
连接时，将相邻的两个输送管的端部伸入通孔中，通过螺栓或者把手紧固第一本体1和第二本体2，第一本体1和第二本体2在径向和轴向方向上的力能够同时保证两个输送管的锁紧和密封。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种混凝土泵车输送管管卡，所述管卡由铝合金制成，所述铝合金成分包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝。
2.根据权利要求1所述的混凝土泵车输送管管卡，其特征在于：所述管卡包括相互配合的第一本体(1)和第二本体(2)，所述第一本体(1)和第二本体(2)的外圆周表面上设置有加强筋，所述加强筋从所述管卡的一个端面延伸到所述管卡的另一个端面。
3.根据权利要求2所述的混凝上泵车输送管管卡，其特征在于：所述管卡的第一本体(1)和第二本体(2)的尺寸和形状完全一致。
4.根据权利要求2所述的混凝土泵车输送管管卡，其特征在于：所述加强筋包括第一加强筋(3)、第二加强筋(4)和第三加强筋(5)；所述第一加强筋(3)设置在与所述第一本体(1)和第二本体(2)的接合面(6)呈45°的方向；所述第二加强筋(4)设置在与所述第一本体(1)和第二本体(2)的接合面(6)呈90°的方向；所述第一加强筋(3)和第二加强筋(4)之间设置有第三加强筋(5)，所述第三加强筋(5)设置在与所述第一本体(1)和第二本体(2)的接合面(6)呈67.5°的方向。
5.根据权利要求4所述的混凝土泵车输送管管卡，其特征在于：所述第一加强筋(3)宽度为12.Bmm，凸起高度为1.5mm；所述第二加强筋(4)宽度为14mm，凸起高度为1.5mm；所述第三加强筋(5)宽度为11.8mm，凸起高度为1.5mm。
6.根据权利要求4所述的混凝土泵车输送管管卡，其特征在于：所述管卡第一本体(1)和第二本体(2)上彼此相邻的加强筋中间部分设置成凹面(7)。
7.根据权利要求2所述的混凝土泵车输送管管卡，其特征在于：所述管卡内壁设置内腔拉筋(8)，所述内腔拉筋(8)的长度为6mm，宽度为1mm，凸起高度为0.5-1mm，按照每二条内腔拉筋(8)中心与管卡中心的连线成2°夹角均匀设置。
8.根据权利要求2所述的混凝土泵车输送管管卡，其特征在于：所述加强筋与所述第一本体(1)、第二本体(2)一体形成。
9.一种铸造混凝土泵车输送管管卡的方法，包括下列步骤：
A、按照包括4.0％-5.2％(重量)的硅、0.53％-0.65％(重量)的镁、1.2％-1.8％(重量)的锌、0.17％-0.25％(重量)的锑、0.22％-0.30％(重量)的钛、0.04％-0.06％(重量)的硼、余量为铝的比例，分别称取结晶硅或速熔硅、镁锭、锌锭、锑块、铝钛硼合金和铝锭；
B、将配好的铝锭、结晶硅或速熔硅、镁锭、锌锭、锑块和铝钛硼合金充分预热；
C、将钟罩、漏瓢、浇铸用瓢、通气管和搅拌棒与铝水接触预热，刷上铝铸造涂料，烘干备用；
D、将预热后的结晶硅或速熔硅置于熔铝炉底部，加入预热后的铝锭；
E、送电2.5小时左右，当铝锭开始熔化时，撒入少量的铝覆盖剂；
F、送电3.5小时左右，当结晶硅或速熔硅、铝锭完全熔化且温度在690℃-710℃时，使用钟罩将预热后的锌锭压入水中，搅拌均匀，静置3-5min；
G、当铝水温度在700℃-710℃时，使用钟罩将预热后的镁锭压入水中，搅拌均匀，静置3-5min：
H、将铝水温度升至710℃-730℃，用漏瓢加入预热后的锑块，搅拌3-5min；
I、当铝水温度在710℃-730℃时，使用通气管持续通氩气，精炼10-15min；
J、用钟罩将预热后的铝钛硼合金加入铝水中，搅拌8-15min，静置3-5min；
K、当铝水温度降至710℃时，浇铸试棒、断口取样和化学成分取样用于检测；
L、查看断口是否为均匀絮状，有无硅亮点；
M、光谱仪检测铝水化学成分是否合格；
N、化学成分合格，断口为均匀絮状且无硅亮点的情况下，进行扒渣浇铸。
10.根据权利要求9所述的铸造混凝土泵车输送管管卡的方法中所用的模具，包括铸件(9)，其特征在于：在所述铸件(9)端面上方垂直设立浇道(11)，所述浇道(11)上方垂直设置与浇道(11)连通的冒口(10)。
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