CN104946963B - 一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，包括以下步骤：S1、配料及合金熔炼；S2、铸造；S3、热处理：将皮带轮铸件进行热处理，具体操作步骤包括：S31、采用电磁感应把皮带轮铸件加热到1150～1250℃，保温1.8～2.2小时进行固溶处理；S32、将皮带轮铸件冷却到850～950℃，保温2.8～3.2小时，之后随炉冷却到700℃，再直接空冷至常温；S33、以75～105℃/小时的加热速度将皮带轮铸件加热至500～550℃进行高温回火处理，随炉冷却至室温；S4、机械加工。本发明的优点在于：利用型芯直接铸出带槽皮带轮并通过添加微量合金元素及优化热处理工艺以提升皮带轮机械性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及皮带轮的铸造工艺，特别是一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法。
背景技术
皮带轮是传动结构的重要零件之一，常见皮带轮采用灰铸铁铸造成型，其价格低廉，性能可基本满足使用要求。但是，按照传统化学成分生产的皮带轮铸件，其强度、塑韧性和切削加工性能已不能满足现代工业对皮带轮提出的高性能和长寿命要求，强度低、塑性差、耐磨性一般、使用寿命短是目前皮带轮铸件亟需解决和突破的一个重要瓶颈和关键技术。皮带轮的传统铸造方法是：皮带轮轮槽部位先整体铸造浇注成型，后参照皮带轮产品轮槽的尺寸进行机械切削加工。该传统技术不仅浪费大量原材料，而且增加切削加工量，大幅提高了生产成本。更为重要的是，在铸造成型过程中由于加厚了皮带轮轮辐厚度，大大增加了高温铁液冷却凝固过程中在轮辐处形成缩孔缩松的倾向，会造成铸件工艺出品率的显著降低。此外，目前皮带轮铸件的热处理工艺一般只采用淬火和低温回火，其主要目的也仅仅是消除内应力，并没有通过热处理以提高铸件强度、塑韧性和使用寿命等相关目的和要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，利用型芯直接铸出带槽皮带轮并通过添加微量合金元素及优化热处理工艺以提升皮带轮机械性能和使用寿命。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，包括以下步骤：
S1、配料及合金熔炼：按照以下化学成分的质量百分比进行原料的配比：C：3.1～3.3%、Si：1.8～2.1%、Mn：0.6～0.8%、P＜0.15% 、S＜0.12%、Cu：0.4～0.7%、Cr：0.3～0.6%、余量为Fe，将原材料加入合金熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中根据化学成分分析结果及时调整铁液的化学成分含量，保证合金元素的含量满足上述条件要求；
S2、铸造：包括以下子步骤：
S21、根据皮带轮形状尺寸，画出红蓝图，按照要求设计型砂的模样尺寸；
S22、制备型砂：根据模样尺寸制作湿型砂，；
S23、合箱造型：将下砂箱置于平板上，下型放在型腔内合适的位置，紧实并用刮板刮平砂面，在上下砂箱合型处作合箱记号，在上砂箱表面扎出气孔，然后对准分型记号，合上砂箱；
S24、浇注：控制浇注速度，使铁水始终充满浇口杯，直至充满型腔，冷却至室温；
S25、取出铸件：打开砂箱，将皮带轮铸件取出；
S3、热处理：将皮带轮铸件进行热处理；
S4、机械加工：按照皮带轮产品的尺寸要求，将热处理后的皮带轮毛坯进行机械加工，最终加工出符合厂家要求的带槽皮带轮成品。
所述的模样尺寸计算公式为：L模=L件/（1-K），其中，L模为模样尺寸，L件为铸件尺寸，K为合金材料的收缩率。
所述的步骤S22中湿型砂的各成分的重量百分比为：旧砂：92%；原砂：7%；膨润土：0.7%；煤粉：0.3%。
所述的步骤S3中热处理的具体操作步骤包括：
S31、采用电磁感应加热用180～220℃/小时的加热速度把皮带轮铸件加热到1150～1250℃，保温1.8～2.2小时进行固溶处理；
S32、将皮带轮铸件冷却到850～950℃，保温2.8～3.2小时，之后随炉冷却到700℃，再直接空冷至常温；
S33、以75～105℃/小时的加热速度将皮带轮铸件加热至500～550℃进行高温回火处理，随炉冷却至室温。
本发明具有以下优点：
1、本发明使用材质和现有皮带轮材质不同，本发明中添加了微量元素Cr和Cu，其含量分别为Cr：0.3～0.6wt%、Cu：0.4～0.7wt%，Cr是碳化物元素，能增强材料的淬透性并有二次硬化的作用，可显著提高材料的硬度、耐磨性、抗疲劳强度和抗裂性能，绝大多数合金元素在提高材料的强度和硬度的同时会大大降低材料的塑韧性，这不能满足现代工业要求皮带轮既有高的强硬度又有较好的塑韧性这一综合特性。加入的微量元素Cr可起到很好的细化晶粒的作用，既可提高材料的强度，又可提高材料的塑韧性；Cr元素的添加还可使得皮带轮材料抗疲劳强度增加，从而材料的使用寿命显著延长。Cu属于石墨化元素，具有共晶转变时减少过冷与抑制渗碳体的作用，在共析转变时又可细化珠光体。加入元素铜可作为异质形核核心，石墨化倾向增大，从而促进片状石墨的出现，使材料获得更好的塑韧性和切削加工性。
2.本发明铸造工艺设计和现有铸造工艺设计不同，本发明的皮带轮直接铸槽，增加了散热面积，避免了热节的形成，与铸型接触的部分产生皮下气孔的机率变小，改善了铸件质量。同时，皮带轮槽的直接铸出，可以节约金属液，在一次浇包浇注时能够浇注更多铸件；在后续机械加工阶段，切削量少，节约了加工时间，提高了生产效率。
3. 本发明热处理方式和现有热处理方式不同，本发明为进一步提高皮带轮的强度、硬度、塑韧性和切削加工性能，本发明设计了相关热处理工艺以改善传统工艺中的缺陷，即采用电磁感应加热将皮带轮加热到一定温度并保温，使游离渗碳体和共晶渗碳体分解，进行固溶处理，在随后炉冷过程中发生石墨化过程，促进片状石墨的增加，从而提高塑韧性；本发明采用高温回火能从整体上提高材料的强度、硬度并改善其塑韧性，从而提高皮带轮的机械性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
【实施例1】：
一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，包括以下步骤：
S1、配料及合金熔炼：按照以下化学成分的质量百分比进行原料的配比：C：3.3%、Si： 2.1%、Mn：0.8%、P：0.13% 、S：0.10%、Cu：0.4%、Cr：0.6%、余量为Fe，将原材料加入合金熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中根据化学成分分析结果及时调整铁液的化学成分含量，保证合金元素的含量满足上述条件要求；
S2、铸造：包括以下子步骤：
S21、根据皮带轮形状尺寸，画出红蓝图，按照要求设计型砂的模样尺寸；
S22、制备型砂：根据模样尺寸制作湿型砂，湿型砂的各成分的重量百分比为：旧砂：92%；原砂：7%；膨润土：0.7%；煤粉：0.3%；
S23、合箱造型：将下砂箱置于平板上，下型放在型腔内合适的位置，紧实并用刮板刮平砂面，在上下砂箱合型处作合箱记号，在上砂箱表面扎出气孔，然后对准分型记号，合上砂箱；
S24、浇注：控制浇注速度，使铁水始终充满浇口杯，直至充满型腔，冷却至室温；
S25、取出铸件：打开砂箱，将皮带轮铸件取出；
S3、热处理：将皮带轮铸件进行热处理，具体操作步骤包括：
S31、采用电磁感应加热用220℃/小时的加热速度把皮带轮铸件加热到1250℃，保温1.8小时进行固溶处理；
S32、将皮带轮铸件冷却到950℃，保温2.8小时，之后随炉冷却到700℃，再直接空冷至常温；
S33、以105℃/小时的加热速度将皮带轮铸件加热至500℃进行高温回火处理，随炉冷却至室温；
S4、机械加工：按照皮带轮产品的尺寸要求，将热处理后的皮带轮毛坯进行机械加工，最终加工出符合厂家要求的带槽皮带轮成品。
所述的模样尺寸计算公式为：L模=L件/（1-K），其中，L模为模样尺寸，L件为铸件尺寸，K为合金材料的收缩率。
常用重要性能检测：抗拉强度270MPa，弹性模量1.41MPa，铸件内部无缩孔缩松，其使用寿命相比传统皮带轮平均寿命增加2倍。
【实施例2】：
一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，包括以下步骤：
S1、配料及合金熔炼：按照以下化学成分的质量百分比进行原料的配比：C：3.1%、Si：1.8%、Mn：0.6%、P＜0.09% 、S＜0.06%、Cu：0.7%、Cr：0.3%、余量为Fe，将原材料加入合金熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中根据化学成分分析结果及时调整铁液的化学成分含量，保证合金元素的含量满足上述条件要求；
S2、铸造：包括以下子步骤：
S21、根据皮带轮形状尺寸，画出红蓝图，按照要求设计型砂的模样尺寸；
S22、制备型砂：根据模样尺寸制作湿型砂，湿型砂的各成分的重量百分比为：旧砂：92%；原砂：7%；膨润土：0.7%；煤粉：0.3%；
S23、合箱造型：将下砂箱置于平板上，下型放在型腔内合适的位置，紧实并用刮板刮平砂面，在上下砂箱合型处作合箱记号，在上砂箱表面扎出气孔，然后对准分型记号，合上砂箱；
S24、浇注：控制浇注速度，使铁水始终充满浇口杯，直至充满型腔，冷却至室温；
S25、取出铸件：打开砂箱，将皮带轮铸件取出；
S3、热处理：将皮带轮铸件进行热处理，具体操作步骤包括：
S31、采用电磁感应加热用180℃/小时的加热速度把皮带轮铸件加热到1150℃，保温2.2小时进行固溶处理；
S32、将皮带轮铸件冷却到850℃，保温3.2小时，之后随炉冷却到700℃，再直接空冷至常温；
S33、以75℃/小时的加热速度将皮带轮铸件加热至550℃进行高温回火处理，随炉冷却至室温；
S4、机械加工：按照皮带轮产品的尺寸要求，将热处理后的皮带轮毛坯进行机械加工，最终加工出符合厂家要求的带槽皮带轮成品。
所述的模样尺寸计算公式为：L模=L件/（1-K），其中，L模为模样尺寸，L件为铸件尺寸，K为合金材料的收缩率。
常用重要性能检测：抗拉强度250MPa，弹性模量1.34MPa，铸件内部无缩孔缩松，其使用寿命相比传统皮带轮平均寿命增加1倍。
【实施例3】：
一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，包括以下步骤：
S1、配料及合金熔炼：按照以下化学成分的质量百分比进行原料的配比：C：3.2%、Si：1.95%、Mn：0.7%、P：0.10% 、S：0.11%、Cu：0.55%、Cr：0.45%、余量为Fe，将原材料加入合金熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中根据化学成分分析结果及时调整铁液的化学成分含量，保证合金元素的含量满足上述条件要求；
S2、铸造：包括以下子步骤：
S21、根据皮带轮形状尺寸，画出红蓝图，按照要求设计型砂的模样尺寸；
S22、制备型砂：根据模样尺寸制作湿型砂，湿型砂的各成分的重量百分比为：旧砂：92%；原砂：7%；膨润土：0.7%；煤粉：0.3%；
S23、合箱造型：将下砂箱置于平板上，下型放在型腔内合适的位置，紧实并用刮板刮平砂面，在上下砂箱合型处作合箱记号，在上砂箱表面扎出气孔，然后对准分型记号，合上砂箱；
S24、浇注：控制浇注速度，使铁水始终充满浇口杯，直至充满型腔，冷却至室温；
S25、取出铸件：打开砂箱，将皮带轮铸件取出；
S3、热处理：将皮带轮铸件进行热处理，具体操作步骤包括：
S31、采用电磁感应加热用200℃/小时的加热速度把皮带轮铸件加热到1200℃，保温2.0小时进行固溶处理；
S32、将皮带轮铸件冷却到900℃，保温3.0小时，之后随炉冷却到700℃，再直接空冷至常温；
S33、以90℃/小时的加热速度将皮带轮铸件加热至525℃进行高温回火处理，随炉冷却至室温；
S4、机械加工：按照皮带轮产品的尺寸要求，将热处理后的皮带轮毛坯进行机械加工，最终加工出符合厂家要求的带槽皮带轮成品。
所述的模样尺寸计算公式为：L模=L件/（1-K），其中，L模为模样尺寸，L件为铸件尺寸，K为合金材料的收缩率。
常用重要性能检测：抗拉强度280MPa，弹性模量1.47MPa，铸件内部无缩孔缩松，其使用寿命相比传统皮带轮平均寿命增加2.5倍。
Claims (3)
1.一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、配料及合金熔炼：按照以下化学成分的质量百分比进行原料的配比：C：3.1～3.3%、Si：1.8～2.1%、Mn：0.6～0.8%、P＜0.15% 、S＜0.12%、Cu：0.4～0.7%、Cr：0.3～0.6%、余量为Fe，将原材料加入合金熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中根据化学成分分析结果及时调整铁液的化学成分含量，保证合金元素的含量满足上述条件要求；
S2、铸造：包括以下子步骤：
S21、根据皮带轮形状尺寸，画出红蓝图，按照要求设计型砂的模样尺寸；
S22、制备型砂：根据模样尺寸制作湿型砂；
S23、合箱造型：将下砂箱置于平板上，下型放在型腔内合适的位置，紧实并用刮板刮平砂面，在上下砂箱合型处作合箱记号，在上砂箱表面扎出气孔，然后对准分型记号，合上砂箱；
S24、浇注：控制浇注速度，使铁水始终充满浇口杯，直至充满型腔，冷却至室温；
S25、取出铸件：打开砂箱，将皮带轮铸件取出；
S3、热处理：将皮带轮铸件进行热处理，热处理的具体操作步骤包括：
S31、采用电磁感应加热用180～220℃/小时的加热速度把皮带轮铸件加热到1150～1250℃，保温1.8～2.2小时进行固溶处理；
S32、将皮带轮铸件冷却到850～950℃，保温2.8～3.2小时，之后随炉冷却到700℃，再直接空冷至常温；
S33、以75～105℃/小时的加热速度将皮带轮铸件加热至500～550℃进行高温回火处理，随炉冷却至室温；
S4、机械加工：按照皮带轮产品的尺寸要求，将热处理后的皮带轮毛坯进行机械加工，最终加工出符合厂家要求的带槽皮带轮成品。
2.根据权利要求1所述的一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，其特征在于：所述的模样尺寸计算公式为：L模=L件/（1-K），其中，L模为模样尺寸，L件为铸件尺寸，K为合金材料的收缩率。
3.根据权利要求1所述的一种灰铸铁带槽皮带轮的生产方法，其特征在于：所述的步骤S22中湿型砂的各成分的重量百分比为：旧砂：92%；原砂：7%；膨润土：0.7%；煤粉：0.3%。
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