CN111974946A - 一种复合型铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型铸造方法，包括以下步骤：制作内冷铁，内冷铁为立体网格状结构；将内冷铁均匀设置在型腔内；通过浇注通道浇注金属液；热处理。本发明公开的一种复合型铸造方法，通过均匀布设立体网状内冷铁，使铸件在冷却过程中，形成多个结晶中心，改变结晶方向，使铸件内部稍早于外部凝固，或接近同时凝固，形成致密结构，加快铸件内部冷却速度，使铸件截面均衡致密，避免了内部疏松和缩孔，使铸件不易断裂，内外力学性能一致，更加耐磨损，全面提高了铸件的整体性能。提高铸件内部冷却速度，即提高铸件整体冷却速度，使铸造效率得以提升。

Description

一种复合型铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造工艺领域，尤其涉及一种复合型铸造方法。

背景技术

机械设备中，有一些体积大，重量大，形状复杂，又需要有高的抗断裂，耐磨损的零部件，如煤炭业使用的刮板输送机中的刮板和链轮，外形尺寸较大，同时又要求较高的机械性能。这些零部件以现有的铸造技术很难满足使用要求，所以一般采用锻造的方式，但尽管如此，这些零件的使用寿命依然不高，有的甚至无法锻造，如齿辊破碎机的齿辊，只能用组合方式，设备总体性能不高。

较大的铸件在铸造的过程中，内部和外部冷却速度不一样，铸件内部冷却速度慢，而外部冷却速度快。这种冷却速度不均衡，使铸件在冷却过程中，内部出现疏松和缩孔和铸态组织等缺陷，导致铸件性能下降，无法达到使用要求。

中国发明专利《内冷铁用于厚大铸钢件的铸造方法》(201410183211.3) 中公开的铸造方法，采用钢丸作为内冷铁，在浇注过程中加入钢丸，这种铸造方法难以控制钢丸的位置，无法准确控制冷却位置，不能完全避免内部疏松和缩孔等缺陷。

发明内容

本发明提供一种复合型铸造方法，以克服上述缺陷。

一种复合型铸造方法，包括铸型，所述铸型具有浇注通道和型腔，还包括以下步骤：

S1：制作内冷铁，内冷铁为立体网格状结构；

S2：将内冷铁均匀设置在型腔内；

S3：通过浇注通道浇注金属液；

S4：热处理。

进一步地，所述内冷铁为条状钢交错连接而成的立体网格结构。

进一步地，所述条状钢为直径为8mm-12mm的钢筋。

进一步地，所述内冷铁上设有支撑件，所述支撑件将所述内冷铁固定在型腔内。

进一步地，所述金属液为超高强度钢。

进一步地，所述热处理依次包括正火、第一次淬火、高温回火、第二次淬火、低温回火，热处理后硬度达到HRC47-53。

进一步地，所述浇注通道设有多个内浇道，所述型腔设有多个出气孔。

本发明公开的一种复合型铸造方法，通过均匀布设立体网状内冷铁，使铸件在冷却过程中，形成多个结晶中心，改变结晶方向，形成致密结构，而且，加快铸件内部冷却速度，使铸件内外的冷却速度均衡一致，避免了内部疏松和缩孔和铸态组织，使铸件不易断裂，提高了铸件的整体性能，更加耐磨损。提高铸件内部冷却速度，即提高铸件整体冷却速度，使铸造效率得以提升。

本发明公开的铸造方法，生产工艺简而易行，用普通中频感应炉或电弧炉熔炼，即可达到抗拉强度1500MPa以上，本发明所公开的铸造方法，使铸件抗断裂，耐磨损，可加工，且机械性能不逊于锻造件，甚至超过锻造件，这对于我国的现代化工业发展、军事装备、航空航天事业等，均有重大意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中公开的复合型铸造方法在实施过程中，铸型设置示意图；

图2为本发明实施例1中的链轮内部内冷却设置示意图；

图3为本发明实施例2中的刮板内部内冷铁设置示意图；

图4为图3中A-A位置剖面图；

图5为图2中一个链轮齿的放大示意图。

图中：1、铸型；2、浇注通道；3、型腔；4、内冷铁；5、支撑件；6、出气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种复合型铸造方法，包括铸型1，铸型1上设有浇注通道 2和型腔3，包括以下步骤：

S1：制作内冷铁4，内冷铁4为立体网格状结构；

S2：将内冷铁4均匀设置在型腔内。

S3：通过浇注通道浇注金属液；

S4：热处理。

所述内冷铁4为钢筋纵横交错焊接而成。可采用超高强度钢制成的钢筋，也可采用普通钢筋，根据铸件的形状，采用计算机数值模拟方法确定铸件内冷铁需要数量。确保内冷铁可以使内部冷却速度与外部冷却速度保持一致，或稍快于外部冷却速度。然后将钢筋焊接形成立体网格状的钢结构，并在钢结构上设置支撑件5，支撑件5与型腔壁抵接，使钢结构在型腔3内稳固，避免在钢水浇注时出现位移。

内冷铁4采用8mm-12mm的钢筋，交错排布，立体网状结构的内冷铁对于铸件具有重大意义，较小直径的钢筋，在同等重量下，会有更大的表面积，使内冷铁与金属液的接触面积更大，冷却更加均匀快速，更快的冷却速度，带来了更好的机械性能，同时对铸型所用的沙子要求降低，对铸造成本，有积极的意义。而且，立体网格状的内冷铁结构，使铸件形成多结晶中心，改变结晶方向，避免传统铸件中，结晶方向一致而导致的铸件性能不佳，具有多结晶方向的铸件，具有非常好的机械性能。

内冷铁布设前，需进行喷砂、抛丸、干燥，去除内冷铁表面氧化物、杂质、污物和水分等，避免对铸件内部结构产生影响。

浇注通道设于型腔上方，内冷铁4布设完毕后，从型腔上方浇注超高强度钢水。钢水从下向上逐渐增多，钢水与内冷铁相遇，钢水的热量传递给内冷铁，使内冷铁温度上升，钢水温度下降，直至内冷铁处于半熔融状态，钢水与内冷铁温度逐渐平衡，达到同一温度，此时冷却效果达到最佳。内冷铁与周围钢水成为共同体，与铸件外部冷却速度保持一致，或者内部冷却速度略快于外部。钢水内部和外部逐渐凝固，直至全部凝固成型。

立体网状内冷铁具有更大的表面积，传热速度更快，冷却效果更好，同时内部形成多结晶方向，大幅度提升铸件的机械性能。

成型后进行热处理，热处理依次包括正火、第一次淬火、高温回火、第二次淬火、低温回火。对超高强度钢进行正火、淬火和高温回火后，可对铸件进行粗加工，粗加工后，进行第二次淬火，并进行低温回火，调整工件的机械性能，使工件表面硬度大，耐磨性高，低温回火后，进行精加工，采用线切割处理键槽等。如果不需加工，则无需二次淬火。

热处理后的硬度可达到HRC47-53，并可根据实际使用情况对表面硬度进行调整。

如图2所示，为刮板输送机链轮铸造中的内冷铁布置示意图。链轮内部设置立体网格状内冷铁，在较厚较大的链轮主体处设置内冷铁较多，链轮齿处设置较少。

如图2和图5所示，链轮齿根圆直径257mm，齿顶圆直径443mm，高度为514mm，共有四排齿。本实施例中的链轮厚度在1米以下，即浇注高度不足1米，可将浇注通道直接设于型腔上方，当浇注高度在1米以上时，浇注通道需设置为台阶式环状的多个内浇道，使内冷铁受热均匀且型腔出气快速通畅，但顶层仍顶注。内冷铁，采用φ10mm和φ8的钢筋作为内冷铁，取10 根内冷铁竖直方向周向设置在型腔内，从型腔底部支撑到型腔顶部，在此竖直方向的内冷铁内外两侧，径向设置两圈φ8mm内冷铁钢筋，每圈钢筋16层，即轴向方向设置16圈，外圈的内冷铁钢筋距离型腔内壁15mm，每圈之间的径向距离约为每圈内冷铁直径的2倍，即16mm。链齿内从齿环外侧的内冷铁钢筋环向外设置φ8mm的内冷铁钢筋，具体为径向3根，且在轴向方向交错设置，轴向方向6根，内冷铁自身方向均为链轮周向方向；轴向方向设置φ10内冷铁钢筋，将φ8内冷铁钢筋连接。链齿内最外侧的内冷铁钢筋，距离齿顶40mm，齿环内最外侧的内冷铁钢筋外设置支撑件，将网格状内冷铁固定在型腔内的合适位置。

型腔上设置5个浇注通道，浇注通道设置在空腔上方，不设置在内冷铁上方，避免浇铸时钢水直接冲击内冷铁。型腔上设置5个出气孔6，5个浇注通道同时浇注，5个出气口及时排除型腔内空气，避免铸件形成缺陷。型腔略大于待铸工件的尺寸，具体为，顶部10mm，底部15mm，以预留加工余量。 5个浇注通道同时浇注，加快了浇注速度。钢水进入型腔内，从下往上充满型腔，浇注过程中，内冷铁与钢水接触，使钢水从内部降温。

冷却过程中，立体网格状的内冷铁形成多个冷却中心，改变了钢水的结晶方向，使内部结构致密，避免缺陷，具有较高的机械性能。

铸件成型后，需进行热处理，正火960℃±10℃，保温后空冷；淬火910 ℃±10℃，保温后水冷；回火610℃±10℃保温后空冷；经过回火后，对铸件进行粗加工，并留有余量2mm；然后进一步热处理，淬火910℃±10℃，保温后水冷；回火250℃±10℃，保温后空冷。热处理完成后，进行精加工，达到图纸要求尺寸。

实施例2：

如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例为刮板输送机的刮板，图中为刮板在铸造中的内冷铁布置示意图。刮板长度较长，在800mm-1500mm，使用过程中，容易出现断裂的情况，现有技术采用锻造方法制作。成本极高，使用本发明公开的铸造方法铸造的刮板，在铸造过程中，型腔内设置立体网格状内冷铁，内冷铁均匀布设，冷却时，立体网格状的内冷铁形成多个冷却中心，使刮板内部冷却速度与外部保持一致。图4为采用本发明公开的铸造方法所铸造的刮板剖面，使用本发明公开的铸造方法铸造的刮板，内部结构致密，抗断裂性能、耐磨损性能均优于锻造的刮板，且成本大幅度降低，废旧的刮板还可回收利用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种复合型铸造方法，包括铸型，所述铸型具有浇注通道和型腔，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制作内冷铁，内冷铁为立体网格状结构；

S2：将内冷铁均匀设置在型腔内；

S3：通过浇注通道浇注金属液；

S4：热处理。

2.根据权利要求1所述的一种复合型铸造方法，其特征在于，所述内冷铁为条状钢交错连接而成的立体网格状结构，所述立体网格状结构使铸件形成多个结晶中心。

3.根据权利要求2所述的一种复合型铸造方法，其特征在于，所述条状钢为直径为8mm-12mm的钢筋。

4.根据权利要求1所述的一种复合型铸造方法，其特征在于，所述内冷铁上设有支撑件，所述支撑件将所述内冷铁固定在型腔内。

5.根据权利要求1所述的一种复合型铸造方法，其特征在于，所述金属液为超高强度钢。

6.根据权利要求1所述的一种复合型铸造方法，其特征在于，需加工的另件所述热处理依次包括正火、第一次淬火、高温回火、第二次淬火、低温回火，热处理后硬度达到HRC47-53。

7.根据权利要求1所述的一种复合型铸造方法，其特征在于，所述浇注通道设有多个内浇道，所述型腔设有多个出气孔。

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