CN110724870A - 一种高强度不锈钢哑铃及其加工工艺 - Google Patents

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刘祝如
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徐斌
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Abstract

本发明专利涉及体育器材加工技术领域，旨在提供一种高强度不锈钢哑铃，其技术方案要点是：包括以下重量份的组分：14#生铁320～430份、炉铁150～200份、废钢8～20份、铁镍30～50份、铬75～115份、造渣剂15～25份、增碳剂20～25份；该高强度不锈钢哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：S401、型砂制备；S402、砂型制造；S403、熔炼铁水；S404、浇铸；S405、落砂滚筒；S406、浇冒口；S407、抛丸处理；S408、打磨组装。本发明具有原料利用率高、产品结构强度高、抗腐蚀性好、产品质量稳定性好的优点。

Description

一种高强度不锈钢哑铃及其加工工艺
技术领域
本发明专利涉及体育器材加工技术领域，特别涉及一种高强度不锈钢哑铃及其加工工艺。
背景技术
哑铃是一种常见的健身和体育器材，因其练习时五声响，取名为哑铃。目前的哑铃生产工艺主要有以下几种，一是铸造哑铃：先把铁粉熔炼，然后在铸造表面打磨，最后进行表面镀铬；二是水泥哑铃：先吹塑一个塑料壳，然后在塑料壳里面填充混凝土；三是纯钢哑铃：把钢板切割成哑铃片，然后哑铃片再进行表面打磨，最后镀铬。
公告号为CN109999408A 的中国专利公开了一种哑铃及其制备方法，哑铃包括以下重量份数的原料：铁粉95-99份、EVA粘性树脂粉1-5份；其制备方法包括以下步骤：S1、按重量份称取原料并混合，得混合料；S2、将混合料放入模具中压制成哑铃片模型；S3、将哑铃片模型放入加热箱加热至75～95℃，保温10～30min,然后自然冷却；S4、制备外壳：通过注塑机制备与哑铃片模型想配合的塑料外壳，或用不锈钢冲压出于哑铃片模型相配合的外壳；S5、将加热冷却后的哑铃片模型放入外壳并固定。
这种现有技术方案虽然简化了生产工艺，降低了生产过程中对水资源的消耗和污染，但是在实际生产加工过程中由于直接将铁粉与粘性树脂EVA混合，由于EVA树脂粘度大，其与铁粉混合难度较大且不易混合均匀，从而造成哑铃片的组分不均匀，产品强度和质量稳定性难以保证；另一方面，需要通过加热箱对哑铃片进行加热处理，由于加热箱的加热方式是间歇式，无法做到连续化生产，从而降低了生产效率。
发明专利内容
本发明专利的第一个目的是提供一种高强度哑铃，具有结构强度高、抗腐蚀性好、产品质量稳定性好的优点。
本发明专利的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强度不锈钢哑铃，包括以下重量份的组分：生铁320～430份、炉铁150～200份、废钢8～20份、铁镍30～50份、铬75～115份、造渣剂15～25份、增碳剂20～25份，所述生铁为14#生铁。
通过采用上述技术方案，生铁是炼制不锈钢的主要原料，14#生铁的硅元素含量较低，相应的铁体中的有害元素也较低，有助于提高不锈钢的性能；炉铁是浇铸哑铃铸件时的冒口边角料，这些冒口边角料都是合格的铁水浇铸凝固形成的，因此，将其回收熔炼可以在保证铸件强度和质量的前提下，最大化的提高原料利用率，从而降低成本；另外，加入一部分废钢一方面可以在不影响哑铃铸件强度和性能的前提下将废钢回收利用，提高资源利用率；铁镍是铁和镍的混合体，将铁镍加入进行熔炼，可以在铁体中引入镍元素，镍元素可以起到极强的稳定和扩大相区的作用，能够有效提高不锈钢的韧性和热加工性能；铬元素同样能够极强的稳定铁体，促进刚的钝化并保持稳定钝化的结果，从而提高钢体的抗腐蚀效果；造渣剂可以将铁水中炼出的有害杂质充分形成炉渣，从而使较轻的炉渣浮于铁水表面，降低铁水与大气的直接接触，以达到保护铁水的效果；炼钢过程中，可能会由于冶制时间、保温时间和过热时间较长，使得铁水中碳元素消耗过多而打不到炼制的要求，通过增碳剂可以弥补过多消耗的碳元素，从而确保冶炼钢水的稳定性。
进一步的，所述造渣剂为石灰。
通过采用上述技术方案，石灰能够与铁矿石中的熔点很高的脉石（二氧化硅）反应，生成硅酸盐而除去，从而降低了生铁中的杂质含量。
进一步的，所述增碳剂为焦炭粉。
通过采用上述技术方案，焦炭粉能够弥补因冶炼异常导致的脱碳，从而保证冶炼的质量。
本发明专利的第二个目的是提供一种高强度哑铃的加工工艺，具有加工效率高、原料利用率高的优点。
本发明专利的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强度哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：
S401、型砂制备：利用混砂机对制备型砂所需的原料进行混合制备；
S402、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S403、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1300℃～1580℃，炉内熔炼45～60min；
S404、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S405、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离；
S406、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分；
S407、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S408、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。
通过采用上述技术方案，利用混砂机制备出合格的型砂，在通过造型机将型砂制成砂型，再将熔炼后的铁水注入造型机进行铸造，经过炼钢炉的高温炼制，铁水内的杂质被炼化掉，同时镍铬与铁水中的铁元素形成稳定的合金金相结构，提高了铁体的抗腐蚀性能和韧性，提高了铁体的易加工性能；铁水从流道进入砂型在填满型腔后会有部分铁水在流道内冷凝从而形成冒口，因此后续加工过程中，需要将冒口部分清除，并将清除的冒口回收作为后续冶炼铁水的一部分原料，从而提高原料利用率；将铸造成型后的哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理，从而增加哑铃片表面及内部的结构应力。
进一步的，所述S1步骤中型砂包括以下重量份的组分：旧砂155～165份、新砂0.5～1份、灰粉0.5～1份、膨润土0.8～1.2份、煤粉0.4～0.8份。
通过采用上述技术方案，旧砂与新砂混合作为型砂的原砂，可以有效提高原料利用率，膨润土具有粘结力强、可塑性高、脱模性好、透气性佳、高温湿态条件下物理化学性能稳定，能够有效提高型砂的粘结力和可塑性。减少铸件夹砂、结疤、掉块、砂型塌方的现象；灰粉和煤灰可以进一步提高型砂塑型过程中的填充性能。
进一步的，所述旧砂、新砂均为2:1的圆形硅砂和多角形硅砂混合而成。
通过采用上述技术方案，圆形硅砂硅砂粒度较粗，其流动及紧实性好，可以提高砂型的力学强度，多角形硅砂粒度更加细腻均一，可以提高砂型表面的密实性，从而提高型砂抗金属液渗透性。
进一步的，所述型砂的制备方法，包括以下步骤：
S701、配比备料：按配比称取旧砂、新砂、灰粉、膨润土、煤粉；
S702、混合制备：启动混砂机，将混砂机的搅拌桨转速设置为200～300rpm，再将旧砂、新砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将旧砂与新砂输送至混砂搅笼，待旧砂与新砂输送完毕后继续混合搅拌3～5min，调节搅拌桨转速为700～900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将灰粉、煤粉、膨润土均匀洒至混合砂料上，再继续混合30～40s；
S703、出砂：将完成混合后的混合砂输送至造型机进行造型。
通过采用上述技术方案，混砂机将旧砂、新砂个辅料均匀混合，先在低转速下将旧砂与新砂初步混合均匀，再通过高转速将膨润土等辅料与砂粒混合均匀，从而制得型砂。
进一步的，所述S703步骤中，将混合砂输送至造型机前，先用松砂机对混合砂进行松砂处理。
通过采用上述技术方案，混合砂在混合形成过程中由于膨润土的粘黏作用会出现硬化板结，但由于混砂时间较短，硬化程度不高，因此可以直接使用松砂机进行松散，从而避免硬化的混合砂直接进入造型机而影响砂型质量。
综上所述，本发明专利具有以下有益效果：
1.本发明通过加入铁镍进行熔炼，可以在铁体中引入镍元素，镍元素可以起到极强的稳定和扩大相区的作用，能够有效提高不锈钢的强度、韧性和热加工性能；
2.本发明中添加铬元素，铬元素能够极强的稳定铁体，促进铁体的钝化并保持稳定钝化的结果，从而提高铁体的抗腐蚀效果；
3.本发明中通过将回收后的炉铁和废钢作为一部分冶炼铁水的原料，在保证哑铃片铸造性能的前提下，能够有效提高原料的利用率，从而降低生产成本。
具体实施方式
以下结合实施列对本发明专利作进一步详细说明。
型砂的制备例
制备例1：分别称取155份旧砂、新砂0.5份、灰粉0.5份、膨润土0.8份、煤粉0.4份、水4份，启动混砂机，将混砂机的搅拌桨转速设置为200rpm，再将旧砂、新砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将旧砂与新砂输送至混砂搅笼，待旧砂与新砂输送完毕后继续混合搅拌3min，调节搅拌桨转速为700rpm，从混砂机的辅料添加口依次将灰粉、煤粉、膨润土均匀洒至混合砂料上，最后加水再继续混合30s出料。
制备例2：分别称取160份旧砂、新砂0.8份、灰粉0.8份、膨润土1.0份、煤粉0.6份、水6份，启动混砂机，将混砂机的搅拌桨转速设置为250rpm，再将旧砂、新砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将旧砂与新砂输送至混砂搅笼，待旧砂与新砂输送完毕后继续混合搅拌4min，调节搅拌桨转速为800rpm，从混砂机的辅料添加口依次将灰粉、煤粉、膨润土均匀洒至混合砂料上，最后加水再继续混合35s出料。
制备例3：分别称取165份旧砂、新砂1份、灰粉1份、膨润土1.2份、煤粉0.8份、水7份，启动混砂机，将混砂机的搅拌桨转速设置为300rpm，再将旧砂、新砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将旧砂与新砂输送至混砂搅笼，待旧砂与新砂输送完毕后继续混合搅拌5min，调节搅拌桨转速为900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将灰粉、煤粉、膨润土均匀洒至混合砂料上，最后加水再继续混合40s出料。
实施例
实施例1：一种高强度不锈钢哑铃，包括以下重量份的组分：14#生铁320份、炉铁150份、废钢8份、铁镍30份、铬75份、造渣剂15份、增碳剂20份，造渣剂为石灰，增碳剂为焦炭粉；本发明中高强度不锈钢哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：
S1、型砂制备：按照制备例1的方法制备型砂；
S2、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S3、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1300℃，炉内熔炼45min；
S4、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S5、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离，分离后的旧型砂继续回收利用；
S6、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分，并将浇冒口形成的多余边角料回收，作为后续熔炼铁水的炉铁料；
S7、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S8、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。
实施例2：一种高强度不锈钢哑铃，包括以下重量份的组分：14#生铁350份、炉铁165份、废钢11份、铁镍35份、铬85份、造渣剂18份、增碳剂21份，造渣剂为石灰，增碳剂为焦炭粉；本发明中高强度不锈钢哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：
S1、型砂制备：按照制备例1的方法制备型砂；
S2、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S3、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1350℃，炉内熔炼50min；
S4、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S5、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离，分离后的旧型砂继续回收利用；
S6、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分，并将浇冒口形成的多余边角料回收，作为后续熔炼铁水的炉铁料；
S7、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S8、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。
实施例3：一种高强度不锈钢哑铃，包括以下重量份的组分：14#生铁380份、炉铁180份、废钢14份、铁镍40份、铬95份、造渣剂21份、增碳剂22份，造渣剂为石灰，增碳剂为焦炭粉；本发明中高强度不锈钢哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：
S1、型砂制备：按照制备例1的方法制备型砂；
S2、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S3、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1400℃，炉内熔炼55min；
S4、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S5、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离，分离后的旧型砂继续回收利用；
S6、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分，并将浇冒口形成的多余边角料回收，作为后续熔炼铁水的炉铁料；
S7、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S8、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。
实施例4：一种高强度不锈钢哑铃，包括以下重量份的组分：14#生铁410份、炉铁195份、废钢17份、铁镍45份、铬105份、造渣剂23份、增碳剂23份，造渣剂为石灰，增碳剂为焦炭粉；本发明中高强度不锈钢哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：
S1、型砂制备：按照制备例1的方法制备型砂；
S2、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S3、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1450℃，炉内熔炼57min；
S4、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S5、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离，分离后的旧型砂继续回收利用；
S6、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分，并将浇冒口形成的多余边角料回收，作为后续熔炼铁水的炉铁料；
S7、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S8、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。
实施例5：一种高强度不锈钢哑铃，包括以下重量份的组分：14#生铁430份、炉铁200份、废钢20份、铁镍50份、铬115份、造渣剂25份、增碳剂25份，造渣剂为石灰，增碳剂为焦炭粉；本发明中高强度不锈钢哑铃的加工工艺，包括以下制备步骤：
S1、型砂制备：按照制备例1的方法制备型砂；
S2、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S3、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1500℃，炉内熔炼60min；
S4、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S5、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离，分离后的旧型砂继续回收利用；
S6、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分，并将浇冒口形成的多余边角料回收，作为后续熔炼铁水的炉铁料；
S7、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S8、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。

Claims (8)

1.一种高强度不锈钢哑铃，其特征在于，包括以下重量份的组分：生铁320～430份、炉铁150～200份、废钢8～20份、铁镍30～50份、铬75～115份、造渣剂15～25份、增碳剂20～25份，所述生铁为14#生铁。
2.根据权利要求1所述的一种高强度不锈钢哑铃，其特征在于：所述造渣剂为石灰。
3.根据权利要求1所述的一种高强度不锈钢哑铃，其特征在于：所述增碳剂为焦炭粉。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高强度不锈钢哑铃的加工工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：
S401、型砂制备：利用混砂机对制备型砂所需的原料进行混合制备；
S402、砂型制造：将S1步骤制得的型砂注入造型机进行砂型铸造；
S403、熔炼铁水：操作人员通过行车分别将准备好的生铁、炉铁、废钢铁镍、铬、造渣剂、增碳剂加入炼钢炉进行高温炼制，形成铁水，炉温设置为1300℃～1500℃，炉内熔炼45～60min；
S404、浇铸：将S3步骤制得的铁水通过铁水包运输周转至浇注机，并通过浇注机向砂型内浇注铁水，冷却形成哑铃片；
S405、落砂滚筒：将浇铸好的哑铃片通过落砂滚筒机将铸件表面的旧型砂破碎溃散，使得哑铃片铸件与型砂分离，分离后的旧型砂继续回收利用；
S406、浇冒口：通过对铸件浇冒口，清除铸件浇铸时铁水凝固成形的多余部分，并将浇冒口形成的多余边角料回收，作为后续熔炼铁水的炉铁料；
S407、抛丸处理：将哑铃片放入抛丸机进行抛丸处理；
S408、打磨组装：将S7步骤制得的哑铃片与哑铃握杆进行组装。
5.根据权利要求4所述的一种高强度不锈钢哑铃的加工工艺，其特征在于，所述S1步骤中型砂包括以下重量份的组分：旧砂155～165份、新砂0.5～1份、灰粉0.5～1份、膨润土0.8～1.2份、煤粉0.4～0.8份、水4～7份。
6.根据权利要求5所述的一种高强度不锈钢哑铃的加工工艺，其特征在于：所述旧砂、新砂均为2:1的圆形硅砂和多角形硅砂混合而成。
7.根据权利要求4～5任一项所述的一种型砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S701、配比备料：按配比称取旧砂、新砂、灰粉、膨润土、煤粉、水；
S702、混合制备：启动混砂机，将混砂机的搅拌桨转速设置为200～300rpm，再将旧砂、新砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将旧砂与新砂输送至混砂搅笼，待旧砂与新砂输送完毕后继续混合搅拌3～5min，调节搅拌桨转速为700～900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将灰粉、煤粉、膨润土均匀洒至混合砂料上，最后加水再继续混合30～40s；
S703、出砂：将完成混合后的混合砂输送至造型机进行造型。
8.根据权利要求7所述的一种型砂的制备方法，其特征在于：所述S703步骤中，将混合砂输送至造型机前，先用松砂机对混合砂进行松砂处理。
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