CN1095408C - 制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，它由电渣重熔工艺及电渣熔铸工艺来完成，采用电渣重熔工艺制造出曲轴铸件的轴头、轴尾及曲柄销待用；采用电渣熔铸工艺将上述的铸件逐次与曲柄臂熔铸在一起，直至将曲轴毛坯逐次融合为一体结构。本发明解决了成型不良、裂纹和夹渣的缺陷，具有工艺流程简单，工艺参数稳定，与同级别产品相比机械性能好，生产成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于曲轴制造机械领域，特别涉及一种制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺。
技术背景
曲轴是动力机械的重要部件之一，动力机械产生的动力由它输出，其质量的优劣直接影响动力机械的使用性能。多年来，人们一直在不断努力探索曲轴毛坯的制造工艺，以求提高它的机械性能，降低生产成本。
传统的生产曲轴毛坯的工艺是球墨铸铁铸造和全纤维挤压锻造，球墨铸铁铸造工艺的主要缺点是常常出现铸造缺陷，如球化不良、疏松、气孔、砂眼、夹杂等，造成机械性能低，使用寿命短；全纤维挤压锻造工艺，则需庞大昂贵的锻压设备，制造工艺复杂，劳动强度大，生产效率低，成本高，金属利用率仅达到30％。
为解决曲轴毛坯制造问题，国内一些厂家试图采用电渣熔铸工艺生产曲轴毛坯，但因存在成型不良、裂纹和夹渣等缺陷尚未取得成功。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种生产曲轴毛坯成型技术，它巧妙地将金属精炼与成型一步完成，其工艺流程简单，工艺参数稳定，与同级别产品相比机械性能好、生产成本低。曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，消除了成型不良、裂纹和夹渣的缺陷。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，其特征在于，生产曲轴毛坯由电渣重熔工艺及电渣熔铸工艺来完成，
电渣重熔工艺：由自耗电极，周边带有水冷系的水冷铸模、渣池、金属熔池、绝缘板、底水箱构成的电渣重熔装置制作单个轴头、轴尾、曲柄销；其制作工艺依次为：将高温、高碱度的四元熔渣置入渣池内，上述自耗电极的下端插入渣池内，自耗电极、渣池、金属熔池、熔铸件、底水箱、通过短网导线与变压器形成回路，当电流通过回路时，熔渣放出电阻热，自耗电极下端被渣池逐渐加热熔化于铸模内，在水冷铸模的冷却作用下凝固成型曲轴的设定组合单件一轴头、轴尾及曲柄销，加工后待用；
将上述过程制造的单件轴头、轴尾及曲柄销，采用电渣熔铸工艺逐次熔铸成整体曲轴毛坯；在与曲柄臂形状相符的组合水冷铸模中型腔A内采用双极串联自耗电极、渣池、金属熔池、通过短网导线与变压器形成回路构成的电渣熔铸装置熔铸第一曲柄臂，当第一个曲柄臂熔铸成形时，便把插在组合水冷铸模相应孔内的曲柄销和轴头熔铸在曲柄臂上；在型腔B内熔铸第二个曲柄臂时，便把曲柄销连同另一个曲柄销熔合在第二个曲柄臂上，待铸件冷却后打开组合水冷铸模，移出铸件，放在导向轨道小车上，再合上铸模，并把准备好的单个曲柄销及已铸在曲柄臂上的曲柄销放在相应孔内，继续熔铸，这样依次下去直至整体曲轴毛坯熔铸完成。
上述的四元熔渣是CaO、MgO、CaF2及AL2O3组合的四元熔渣，其配比为2∶1∶4∶13。
上述的单极自耗电极的电参数匹配为：V/I＝1/2，双极自耗电极的电参数匹配为V/I＝1/0.7。
上述自耗电极厚度根据渣池深度而设计。
上述的铸模上内部设有水冷系统，靠近热源处水流量体积大，远离热源处水流量体积小。
本发明的特点是：(1)采用双极串联与均衡冷却技术解决了曲轴毛坯成型问题；(2)采用柔性连接技术解决裂纹问题；(3)改变电参数配比和合理的渣池深度及渣成分配比解决了夹渣问题。
本发明的有益效果是：其熔铸的产品具有金属纯净、成分均匀、组织致密、表面光洁的特点。它可以用小功率的熔铸设备生产出大吨位的曲轴毛坯，工艺流程简单，工艺参数稳定，金属结晶方向有利于曲轴受力，综合机械性能等于或高于同级别全纤维锻造合金钢曲轴，疲劳强度是球墨铸铁曲轴的2.5倍，安全系数达到1.8，而制造成本比全纤维锻造曲轴低15％，相当于同级别的球墨铸铁曲轴成本，为曲轴毛坯制造技术开辟了一条新的途径。
附图说明
下面结合附图和实施例详述本发明：
附图1为电渣重熔原理图。
附图2为逐次电渣熔铸制造曲轴毛坯原理图。
附图3为双极串联自耗电极熔铸示意图。
附图4为待熔铸件柔性连接示意图。
具体实施例为：制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，由电渣重熔工艺和电渣熔铸工艺来完成。
如图1为电渣重熔原理图，曲轴铸件的轴头、轴尾及曲柄销，均采用自耗电极(1)、周边带有水冷系的水冷铸模2、渣池3、金属熔池4、绝缘板7、底水箱6构成的电渣重熔装置来完成。其制作工艺为：将高温、高碱度的四元熔渣置入渣池内，上述单极自耗电极1的下端插入渣池3内，由自耗电极1、渣池3、金属熔池4、铸件5、底水箱6、通过短网导线8与变压器9形成回路；当电流通过自耗电极进入渣池析出焦耳热时，使自耗电极下端被加热熔化，熔化的金属汇聚成滴，通过渣池落入金属熔池，在穿过渣池过程中，钢液与渣充分接触，由于钢渣反应温度高达1700℃-1900℃，钢水得到精炼，钢中的非金属夹杂物被熔渣吸附溶解，有害元素及有害气体被充分去除。液态金属在水冷铸模内受到强制冷却，快速凝固成型为曲轴的设定组合单件一轴头、轴尾及曲柄销。它在重熔过程中，一方面对冶炼的金属进行精炼，使金属纯净，另一方面可以直接铸成所设定的铸件。
图2为逐次电渣熔铸制造曲轴毛坯原理图，将上述过程制造的单件轴头、轴尾及曲柄销采用电渣熔铸工艺逐次熔铸成整体曲轴毛坯，其制作工艺依次为：在与曲柄臂形状相符的组合水冷铸模2中型腔A内采用双极串联自耗电极1、渣池3、金属熔池4、通过短网导线8与变压器9形成回路构成的电渣熔铸装置熔铸第一曲柄臂10，电流通过自耗电极进入渣池析出焦耳热时，使自耗电极下端被加热熔化，熔化的金属汇聚成滴，通过渣池落入金属熔池，在穿过渣池过程中，钢液与渣充分接触，由于钢渣反应温度高达1700℃-1900℃，钢水得到精炼，钢中的非金属夹杂物被熔渣吸附溶解，有害元素及有害气体被充分去除。液态金属在水冷铸模内受到强制冷却，第一曲柄臂熔铸成形时，便把插在水冷铸模2相应孔20内的曲柄销11和孔21内的轴头熔铸在曲柄臂上。在型腔B内熔铸第二曲柄臂时，便把曲柄销11连同另一个曲柄销22熔合在第二个曲柄臂上，待铸件冷却后打开组合水冷铸模2，移出铸件，放在导向轨道17的小车18上，再合上组合水冷铸模2，并把准备好的单个曲柄销分别放在相应孔12及相应孔20内，已铸在曲柄臂上的曲柄销放在相应孔21内，继续熔铸，这样依次下去直到整体曲轴毛坯熔铸完成。
本发明解决了：
1、采用双极串联和均衡冷却技术解决了成型不良问题，逐次电渣熔铸工艺生产曲轴毛坯过程中，采用双极串联，如图3，自耗电极电流流向沿型腔横断面，全断面温度被提高，加之采用铸模中靠近热源处水冷系体积大，水流量多，给予较强冷却，远离热源处水冷系体积小，水流量小，给予较弱冷却的均衡冷却技术，铸件成型良好，避免了采用单极自耗电极熔铸时远离自耗电极的部位功率不足问题，加之没有采用均衡冷却技术，致使铸件出现缺肉、渣沟、冷隔等缺陷。
2、采用柔性连接解决裂纹问题，逐次电渣熔铸工艺生产曲轴毛坯过程中，水冷铸模2为内铜外钢的钢性结构，金属在加热、冷却过程中的热胀、冷缩受到阻碍，当阻碍力超过金属在当时温度下许用应力时便产生裂纹，而裂纹产生在曲轴使用中常发生断裂的部位，本发明采用柔性连接，如图4，待熔曲柄销5是靠带有弹簧13、短轴为Δ变量的夹紧块14夹紧定位后，插入至左铸模15与右铸模16形成的孔12内，其插入孔12内的熔铸件与孔间留有间隙。当熔铸件热胀冷缩时产生的应力作用在弹簧13上达到自由伸缩的目的，避免刚性固定收缩无法补偿的缺陷。纵向柔性连接，见图2，当熔铸曲轴下一部件时已铸曲轴毛坯放置在具有导向轨道17的滚动小车18上支撑定位，在热胀冷缩外力作用下能伸缩自如。
3、改变电参数匹配和合理的渣池深度及熔渣成分配比解决了夹渣问题。
逐次电渣熔铸过程中，通过熔铸曲柄臂10将曲柄销22与其熔合成一整体，此时若采用常规电渣熔铸电参数匹配及渣池深度，当输入功率小时，在熔合部位产生夹渣，当输入功率大时，曲柄销22被熔穿，钢液外流。因此，经科学试验改变了冶炼电压V与电流I电参数匹配：V/I＝1/0.7(原为V/I＝1/2)解决了夹渣缺陷。渣池深度根据自耗电极1厚度而定，使其接近相等。而熔渣材料选择了CaO、MgO、CaF2及AL2O3，其配比为2∶1∶4∶13的四元渣成分，也从根本上解决了夹渣问题。
Claims (5)
1、一种制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，其特征在于，生产曲轴毛坯由电渣重熔工艺及电渣熔铸工艺来完成；
电渣重熔工艺：由自耗电极(1)，周边带有水冷系的水冷铸模(2)、渣池(3)、金属熔池(4)、绝缘板(7)、底水箱(6)构成的电渣重熔装置制作单个轴头、轴尾、曲柄销；其制作工艺依次为：将高温、高碱度的四元熔渣置入渣池(3)内，上述自耗电极(1)的下端插入渣池(3)内，自耗电极(1)、渣池(3)、金属熔池(4)、熔铸件(5)、底水箱(6)通过短网导线(8)与变压器(9)形成回路，当电流通过回路时，熔渣放出电阻热，自耗电极(1)下端被渣池逐渐加热熔化于铸模内，在水冷铸模(2)的冷却作用下凝固成型曲轴的设定组合单件一轴头、轴尾及曲柄销，加工后待用；
将上述过程制造的单件轴头、轴尾及曲柄销，采用电渣熔铸工艺逐次熔铸成整体曲轴毛坯；在与曲柄臂形状相符的组合水冷铸模(2)中型腔A内采用双极串联自耗电极(1)、渣池(3)、金属熔池(4)、通过短网导线(8)与变压器(9)形成回路构成的电渣熔铸装置熔铸第一曲柄臂(10)，当第一个曲柄臂熔铸成形时，便把插在组合水冷铸模(2)相应孔(20)内的曲柄销(11)和孔(21)内的轴头熔铸在曲柄臂(10)上；在型腔B内熔铸第二个曲柄臂时，便把曲柄销(11)连同另一个曲柄销(22)熔合在第二个曲柄臂上，这样依次下去直至整体曲轴毛坯熔铸完成。
2、根据权利要求1所述的制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，其特征在于上述的四元熔渣是CaO、MgO、CaF2及AL2O3组合的四元熔渣，其配比为2∶1∶4∶13。
3、根据权利要求1所述的制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，其特征在于，上述的单极自耗电极的电参数匹配为V/I＝1/2，双极自耗电极的电参数匹配为V/I＝1/0.7
4、根据权利要求1所述的制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，其特征在于，上述自耗电极厚度根据渣池深度而设计。
5、根据权利要求1所述的制造曲轴毛坯的逐次电渣熔铸工艺，其特征在于，上述的铸模内设有水冷系，设计为靠近热源处水流量体积大，远离热源处水流量体积小。
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Legal Events
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Owner name: TIANJIN SANYAN ESR STEEL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: XU DENGHONG Effective date: 20120629 |
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 301914 JIXIAN, TIANJIN TO: 301700 WUQING, TIANJIN |
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Former decision: transfer of the patent application right or patent right Former decision publication date: 20120725 |
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Effective date of registration: 20120629 Address after: 301700 No. 9, South finance Road, Tianjin Development Zone, Wuqing Patentee after: TIANJIN SANYAN ELECTROSLAG STEEL Co.,Ltd. Address before: 301914 Zhongxing Road 12, Jixian County Economic Development Zone, Tianjin, China Patentee before: Xu Denghong |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20021204 Termination date: 20170929 |