CN105195704B - 离心铸型复合式端盖及用其进行复合轧辊离心铸造的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心铸型复合式端盖及用其进行复合轧辊离心铸造的方法，离心铸型复合式端盖包括铸型端盖和附加端盖，两者通过螺孔、螺栓和凸出卡口组成的旋转卡扣装置形成活动连接；用离心铸型复合式端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，离心铸型复合式端盖安装在金属铸型两端，离心浇注加厚的轧辊工作层，拆除附加端盖后，合箱静态浇注轧辊芯部和辊颈，具体步骤为：型砂配制、铸造工装准备和预热、金属铸型涂料、液态金属处理、离心铸造工作层、静态浇注芯部和辊颈、冷却加工。本发明的优点是安装简便，在离心铸造时形成加厚的工作层，延长轧辊使用寿命，降低报废率和成本；同时不会影响轧辊芯部和辊颈的铸造和加工。
Description
技术领域
本发明涉及离心铸造技术领域，特别是一种离心铸型复合式端盖及使用其进行复合轧辊离心铸造的方法。
背景技术
离心铸造可使铸件在离心力的作用下凝固成型，广泛应用于多种铸件的生产，尤其应用于复合轧辊的生产。普通复合轧辊是指由轧辊工作层和芯部(包括辊颈部分)构成的轧辊，部分复合轧辊还包括位于工作层和芯部之间的过渡层。复合轧辊既能满足轧机对轧辊工作层耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部和辊颈的强韧性。复合轧辊在轧钢过程中作为主要消耗工艺件，其消耗的主要是辊身的工作层。正常情况下复合轧辊使用到报废极限时(即工作层消耗完)或者出现较大的缺陷时，轧辊就整体报废，辊芯部分按照废钢处理，对轧制成本影响很大。
目前在复合轧辊离心铸造工艺中，离心铸型两端安装普通铸型端盖，仅具有封堵作用，可防止液态金属飞溅，功能单一。使用现有的普通铸型端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，生产出的复合轧辊工作层通常比较薄，不能满足需要轧辊厚工作层的轧钢生产的需求，轧辊消耗加快，报废率增加，提高了轧制成本；同时上述铸造方法为增加复合轧辊工作层的高温耐磨性，在工作层浇注材料中添加高硬度碳化物元素及加入提高基体抗回火稳定性元素，增加了生产成本。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种安装方便的离心铸型复合式端盖，同时提供一种使用这种离心铸型复合式端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，增加轧辊工作层的厚度，同时不会影响轧辊芯部和辊颈的铸造。
技术方案：一种离心铸型复合式端盖，包括铸型端盖，所述铸型端盖通过销钉紧固在金属铸型的两端，还包括附加端盖，所述附加端盖置于所述铸型端盖的上方，两者之间设有旋转卡扣装置，使所述附加端盖与所述铸型端盖活动连接。
进一步的，所述旋转卡扣装置包括螺孔、螺栓和凸出卡口，所述螺孔对称设在所述铸型端盖的两边，所述凸出卡口固定在所述附加端盖的两边，并绕所述附加端盖的主轴成中心对称，所述螺栓的一端与所述螺孔螺纹连接，另一端与所述凸出卡口卡合紧固。
附加端盖一边的凸出卡口绕附加端盖的主轴旋转180°后，可与另一边的对应凸出卡口重合，两个凸出卡口成中心对称。螺栓的一端与铸型端盖上的螺孔螺纹连接，附加端盖置于铸型端盖上方，将附加端盖整体旋转，两边的凸出卡口分别与螺栓的另一端卡合紧固，使附加端盖和铸型端盖连接组成离心铸型复合式端盖，下方的铸型端盖通过销钉使复合式端盖整体紧固安装在金属铸型的两端；将附加端盖整体反向旋转，使凸出卡口和螺栓解除卡合状态，附加端盖整体松动而与铸型端盖分离。
进一步的，所述附加端盖的直径小于所述铸型端盖的直径，所述附加端盖中央设有通孔A，所述铸型端盖中央设有通孔B，所述通孔A与所述通孔B相连通，且所述通孔A的直径小于所述通孔B的直径。
使用所述离心铸型复合式端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，在金属铸型的两端安装所述离心铸型复合式端盖，离心浇注加厚的轧辊工作层，拆除附加端盖后，合箱静态浇注轧辊芯部和辊颈。
进一步的，所述方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、型砂配制：按以下重量百分比配比型砂各组分：破碎过筛后的旧砂70％、新砂22％、粘结剂8％，将各组分在混砂机中混碾5-10分钟；
步骤(2)、铸造工装准备和预热：准备金属铸型、铸型端盖、附加端盖、上箱和底箱；所述步骤(1)中配制的型砂造型上箱和底箱，完成后在300-400℃烘干2-4小时；所述步骤(1)中配制的型砂造型铸型端盖和附加端盖，完成后在150-200℃烘烤1-2小时，将铸型端盖和附加端盖连接组成离心铸型复合式端盖；金属铸型160-250℃烘烤预热1-2小时；
步骤(3)、金属铸型涂料：将离心铸型复合式端盖趁热安装在预热后的金属铸型两端，再立即安装至离心浇注机上，离心转速为300-600转/分钟，把涂料挂到金属铸型内壁上，涂料厚度2-3毫米，且涂布厚度均匀，待覆膜砂颜色偏酱色时，完成涂料过程；
步骤(4)、液态金属处理：电炉分别熔炼工作层、芯部和辊颈液态金属，进行脱硫处理、孕育处理和球化处理，以进一步提高液态金属的质量；
步骤(5)、离心铸造工作层：离心铸造工作层前，检查金属铸型的型腔是否干净，用压缩空气吹净型腔，离心浇注工作层液态金属，离心转速为700-1000转/分钟，浇注温度为1320-1400℃，达到所需铸造厚度时，停止浇注，待工作层金属全部凝固时停止离心运转；
步骤(6)、静态浇注芯部和辊颈：在金属铸型停止运转后，拆除附加端盖，保留铸型端盖，把金属铸型迅速安装到浇注坑内的底箱中，并与上箱进行合箱，静态浇注芯部和辊颈液态金属，浇注温度为1360-1500℃；
步骤(7)、冷却加工：浇注完芯部和辊颈的复合轧辊在金属铸型内静置冷却24-48小时，开箱后把所述复合轧辊放入坑内继续缓慢冷却至室温，完成铸造过程，再进行后续的加工。
进一步的，所述步骤(1)中的旧砂和新砂为石英砂，粘结剂为陶土。型砂是在铸造中按比例配制成的造型材料，配制好的型砂具有粘性、可塑性、高强度、耐火性、透气性和退让性。
进一步的，所述步骤(2)中的造型上箱和底箱烘干后，水分重量百分比小于5％，出炉温度小于50℃。
进一步的，所述步骤(2)中的造型铸型端盖和附加端盖烘烤后，出炉温度小于50℃；金属铸型烘烤预热后，出炉温度为160-250℃。金属铸型在浇注前预热，使其温度逐渐提高，充分均热，减少对液态金属的激冷作用，同时也减缓对金属铸型的热激，保护金属铸型，提高铸件质量。
离心铸造轧辊工作层前，附加端盖旋转与铸型端盖连接组成离心铸型复合式端盖，通过销钉将复合式端盖安装在金属铸型的两端，附加端盖的直径小于铸型端盖的直径，附加端盖中央的通孔A与铸型端盖中央的通孔B相连通，且通孔A的直径小于通孔B的直径；型砂造型时，型砂覆盖通孔B的内层，并沿附加端盖与铸型端盖的连接面延伸，终止于通孔A的外层，增加了工作层液态金属在金属铸型内的充填面积，工作层液态金属离心浇注入金属铸型中，离心转速为700-1000转/分钟，浇注温度为1320-1400℃，液态金属沿覆盖至通孔A外层的型砂充填金属铸型并凝固形成加厚的工作层；加厚的工作层浇注成形凝固后，停止运转金属铸型，反向旋转附加端盖并将其拆除，保留铸型端盖，再合箱操作静态浇注芯部和辊颈液态金属，浇注温度为1360-1500℃，凝固形成复合轧辊，冷却后再加工。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：第一，附加端盖与铸型端盖连接成为离心铸型复合式端盖，通过朝不同方向整体旋转附加端盖，使附加端盖两端的凸出卡口与铸型端盖上的螺栓卡合紧固或松脱分离，即可完成附加端盖的安装或拆除，操作简单方便；第二，附加端盖与铸型端盖连接成的复合式端盖，增加了工作层液态金属在金属铸型内的充填面积，用离心铸型复合式端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，在离心铸造时形成加厚的轧辊工作层，满足轧钢生产等需求，延长轧辊的使用寿命，降低报废率和轧制成本，增加了产品的市场竞争力；第三，工作层凝固后，停止金属铸型的运转，拆除附加端盖，保留铸型端盖，再合箱静态浇注轧辊芯部和辊颈，在形成加厚工作层的同时不会影响轧辊芯部和辊颈的铸造和加工尺寸。
附图说明
图1是铸型端盖的结构剖视图；
图2是铸型端盖的俯视图；
图3是附加端盖的结构剖视图；
图4是附加端盖的俯视图；
图5是附加端盖和铸型端盖连接成离心铸型复合式端盖的结构剖视图；
图6是离心铸型复合式端盖的俯视图；
图7是型砂造型离心铸型复合式端盖的结构剖视图；
图8是型砂造型后的离心铸型复合式端盖安装在金属铸型两端的整体结构剖视图；
图9是拆除附加端盖后金属铸型合箱的整体结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如附图1-8所示，一种离心铸型复合式端盖，包括铸型端盖1和附加端盖4，附加端盖4置于铸型端盖1的上方，两者之间通过旋转卡扣装置活动连接。该旋转卡扣装置包括数量相互对应的螺孔5、螺栓6和凸出卡口7。螺孔5对称设在铸型端盖1的两边，凸出卡口7固定在附加端盖4的两边，其中一边的凸出卡口7绕附加端盖4的主轴旋转180°后，可与另一边的对应凸出卡口7重合，两个凸出卡口7成中心对称。螺栓6的一端与铸型端盖1上的螺孔5螺纹连接，将附加端盖4置于铸型端盖1上，整体旋转附加端盖4，两边的凸出卡口7分别与螺栓6的另一端卡合紧固，使附加端盖4和铸型端盖1形成连接，组成离心铸型复合式端盖；将附加端盖4整体反向旋转，使凸出卡口7和螺栓6解除卡合状态，附加端盖4整体松动而与铸型端盖1分离，并拆除附加端盖4。
如附图1-8所示，附加端盖4的直径小于铸型端盖1的直径，附加端盖4中央设有通孔A 8，铸型端盖1中央设有通孔B 9，通孔A 8的直径小于通孔B 9的直径，且两者相连通。型砂10造型铸型端盖1和附加端盖4时，型砂10覆盖通孔B 9的内层，并沿附加端盖4与铸型端盖1的连接面延伸，终止于通孔A 8的外层。离心铸型复合式端盖中的铸型端盖1通过销钉2使型砂10造型后的复合式端盖整体紧固在金属铸型3的两端，离心铸型复合式端盖增加了液态金属在金属铸型3内的充填面积，在离心力的作用下，液态金属沿覆盖至通孔A 8外层的型砂10充填金属铸型3并凝固形成加厚的工作层。
使用离心铸型复合式端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，在金属铸型3的两端安装离心铸型复合式端盖，离心浇注加厚的轧辊工作层，拆除附加端盖4后，合箱静态浇注轧辊芯部和辊颈。
该方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、型砂10配制：按以下重量百分比配比型砂10各组分：破碎过筛后的旧石英砂70％、新石英砂22％、陶土8％，将各组分在混砂机中混碾5-10分钟。型砂10是在铸造中按比例配制成的造型材料，型砂10的质量直接影响轧辊等铸件的质量，配制好的型砂10具有粘性、可塑性、高强度、耐火性、透气性和退让性。
步骤(2)、铸造工装准备和预热：准备金属铸型3、铸型端盖1、附加端盖4、上箱和底箱；步骤(1)中配制的型砂10造型上箱和底箱，完成后在300-400℃烘干2-4小时，烘干后水分重量百分比小于5％，出炉温度小于50℃；步骤(1)中配制的型砂10造型铸型端盖1和附加端盖4，完成后在150-200℃烘烤1-2小时，烘烤后出炉温度小于50℃，如附图7-8所示，附加端盖4整体旋转并与铸型端盖1连接组成离心铸型复合式端盖，附加端盖4的直径小于铸型端盖1的直径，通孔A 8的直径小于通孔B 9的直径，型砂10造型时，型砂10覆盖通孔B 9的内层，并沿附加端盖4与铸型端盖1的连接面延伸，终止于通孔A 8的外层；金属铸型3在160-250℃烘烤预热1-2小时，出炉温度为160-250℃。金属铸型3在浇注前预热，使其温度逐渐提高，充分均热，减少对液态金属的激冷作用，同时也减缓对金属铸型3的热激，进而保护金属铸型3，提高铸件质量。
步骤(3)、金属铸型3涂料：通过销钉将离心铸型复合式端盖趁热紧固安装在预热后的金属铸型3两端，再立即安装至离心浇注机上，离心转速为300-600转/分钟，把涂料挂到金属铸型3内壁上，涂料厚度2-3毫米，且涂布厚度均匀，待覆膜砂颜色偏酱色时，完成涂料过程。涂料的作用是使高温液态金属不直接接触金属铸型3，起保护作用，延缓对金属铸型3的冲击和热作用，延长其使用寿命；同时填平金属铸型3上存在的小孔、裂纹，以免窝气，防止轧辊产生气孔，有利于气体的排出，改善轧辊的凝固情况和铸件质量。
步骤(4)、液态金属处理：电炉分别熔炼工作层、芯部和辊颈液态金属，进行脱硫处理和孕育处理，必要时还要进行球化处理，以进一步提高液态金属的质量。
步骤(5)、离心铸造工作层：离心铸造工作层前，先检查金属铸型3的型腔是否干净，用压缩空气吹净型腔，离心浇注工作层液态金属，离心转速为700-1000转/分钟，浇注温度为1320-1400℃，达到所需铸造厚度时，停止浇注，待工作层金属全部凝固时停止离心运转。
步骤(6)、静态浇注芯部和辊颈：在金属铸型3停止运转后，附加端盖4整体反向旋转，解除卡合状态并与铸型端盖1分离，如附图9所示，拆除附加端盖4，保留铸型端盖1，把金属铸型3迅速安装到浇注坑内的底箱中，并与上箱进行合箱，静态浇注芯部和辊颈液态金属，浇注温度为1360-1500℃。
步骤(7)、冷却加工：浇注完芯部和辊颈的复合轧辊在金属铸型3内静置冷却24-48小时，开箱后把该复合轧辊放入坑内继续缓慢冷却至室温，完成铸造过程，再进行后续的加工。
本发明中的离心铸型复合式端盖，包括铸型端盖1和附加端盖4，两者活动连接，整体旋转附加端盖4即可实现与铸型端盖1的连接或分离，操作简便；用离心铸型复合式端盖进行复合轧辊的离心铸造，离心铸型复合式端盖安装在金属铸型3的两端，增加了液态金属在金属铸型3内的充填面积，在离心铸造时形成加厚的轧辊工作层，无需添加耐磨性材料，延长了轧辊的使用寿命，降低报废率和轧制成本，而在静态浇注轧辊芯部和辊颈前拆除附加端盖4，保留铸型端盖1，在形成加厚工作层的同时不会影响轧辊芯部和辊颈的铸造和加工尺寸，满足了生产需求。
Claims (7)
1.一种离心铸型复合式端盖，包括铸型端盖(1)，所述铸型端盖(1)通过销钉(2)紧固在金属铸型(3)的两端，其特征在于：还包括附加端盖(4)，所述附加端盖(4)置于所述铸型端盖(1)的上方，两者之间设有旋转卡扣装置，使所述附加端盖(4)与所述铸型端盖(1)活动连接；所述附加端盖(4)的直径小于所述铸型端盖(1)的直径，所述附加端盖(4)中央设有通孔A(8)，所述铸型端盖(1)中央设有通孔B(9)，所述通孔A(8)与所述通孔B(9)相连通，且所述通孔A(8)的直径小于所述通孔B(9)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种离心铸型复合式端盖，其特征在于：所述旋转卡扣装置包括螺孔(5)、螺栓(6)和凸出卡口(7)，所述螺孔(5)对称设在所述铸型端盖(1)的两边，所述凸出卡口(7)固定在所述附加端盖(4)的两边，并绕所述附加端盖(4)的主轴成中心对称，所述螺栓(6)的一端与所述螺孔(5)螺纹连接，另一端与所述凸出卡口(7)卡合紧固。
3.使用权利要求1-2任一所述的离心铸型复合式端盖进行复合轧辊离心铸造的方法，其特征在于：在金属铸型的两端安装所述离心铸型复合式端盖，离心浇注加厚的轧辊工作层，拆除附加端盖后，合箱静态浇注轧辊芯部和辊颈。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤(1)、型砂配制：按以下重量百分比配比型砂各组分：破碎过筛后的旧砂70％、新砂22％、粘结剂8％，将各组分在混砂机中混碾5-10分钟；
步骤(2)、铸造工装准备和预热：准备金属铸型、铸型端盖、附加端盖、上箱和底箱；所述步骤(1)中配制的型砂造型上箱和底箱，完成后在300-400℃烘干2-4小时；所述步骤(1)中配制的型砂造型铸型端盖和附加端盖，完成后在150-200℃烘烤1-2小时，将铸型端盖和附加端盖连接成离心铸型复合式端盖；金属铸型在160-250℃烘烤预热1-2小时；
步骤(3)、金属铸型涂料：将离心铸型复合式端盖趁热安装在预热后的金属铸型两端，再立即安装至离心机上，离心转速为300-600转/分钟，把涂料挂到金属铸型内壁上，涂料厚度2-3毫米，且涂布厚度均匀，待覆膜砂颜色偏酱色时，完成涂料过程；
步骤(4)、液态金属处理：电炉分别熔炼工作层、芯部和辊颈液态金属，进行脱硫处理、孕育处理和球化处理；
步骤(5)、离心铸造工作层：离心铸造工作层前，先检查金属铸型的型腔是否干净，用压缩空气吹净型腔，离心浇注工作层液态金属，离心转速为700-1000转/分钟，浇注温度为1320-1400℃，达到所需铸造厚度时，停止浇注，待工作层金属全部凝固时停止离心运转；
步骤(6)、静态浇注芯部和辊颈：在金属铸型停止运转后，拆除附加端盖，保留铸型端盖，把金属铸型迅速安装到浇注坑内的底箱中，并与上箱进行合箱，静态浇注芯部和辊颈液态金属，浇注温度为1360-1500℃；
步骤(7)、冷却加工：浇注完芯部和辊颈的复合轧辊在金属铸型内静置冷却24-48小时，开箱后把所述复合轧辊放入坑内继续缓慢冷却至室温，完成铸造过程，再进行后续的加工。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的旧砂和新砂为石英砂，粘结剂为陶土。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的造型上箱和底箱烘干后，水分重量百分比小于5％，出炉温度小于50℃。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的造型铸型端盖和附加端盖烘烤后，出炉温度小于50℃；金属铸型烘烤预热后，出炉温度为160-250℃。
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