CN114453569B - 一种轧辊加工用低温铸造设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧辊加工用低温铸造设备，包括：离心铸造架、离心铸造模和轧辊成型冷芯以及固定于离心铸造架表面的离心驱动组件和冷芯推入组件，离心铸造模和轧辊成型冷芯分别转动套接于离心驱动组件和冷芯推入组件的内部，轧辊成型冷芯固定套接于离心铸造模的内部；离心驱动组件包括驱动定架、支撑架、驱动电机和端头套齿。本发明中，通过采用可分离式芯杆结构，利用丝杆驱动架驱动轧辊成型冷芯插入模具型腔内部，在模具离心铸造的过程中进行通过轧辊成型冷芯内部热交换液对铸造件内部进行换热降温，控制合金的液态收缩进程并保证合金液的流动性能从而实现低温铸造，降低轧辊缩孔和缩松问题。

Description

一种轧辊加工用低温铸造设备

技术领域

本发明涉及轧辊铸造技术领域，具体为一种轧辊加工用低温铸造设备。

背景技术

硅钢材料是我国电力、电子、军工产品不可缺少的一种材料，冷轧硅钢带具有表面平整、厚度均匀、叠装系数高、冲片性好等特点。冷轧硅钢片分晶粒无取向和晶粒取向两种钢带：冷轧取向薄硅钢带是将0.30或0.35mm厚的取向硅钢带，再经酸洗、冷轧和退火制成；而冷轧无取向硅钢片是将钢坯或连铸坯热轧成厚度约2.3mm带卷。

目前我国生产硅钢冷轧的轧机全部是多辊轧机，多辊轧机虽然速度快，但轧制力小，生产能力有限，因此目前市场开始采用1150轧机轧制硅钢带。但是此举对于轧机用轧辊是一种严峻的考验。作为外层材料具有高速钢类材质的复合轧辊的制造方法，有连续铸补堆焊法和离心铸造法。连续铸补堆焊法是一边往立在石墨铸模中的芯材的外周和铸模之间注入合金熔液并使其凝固，一边使芯材下降，在芯材的外周部形成外层的方法。一般情况下，浇铸温度越高，合金的流动性越好，易获得形状完整、轮廓清晰的铸件。但浇铸温度越高，合金的液态收缩越大，易出现缩孔和缩松。为保证铸件质量，应在保证合金流动性的前提下，尽可能地降低浇铸温度。

离心铸造法中，用离心力铸造机使模具旋转，同时使外层熔液注入凝固在模具内面，形成轧辊的外层，然后，将内有该外层的离心铸造用铸模、另行准备的上模和下模沿垂直方向组装连接，构成静置铸造用铸模，向静置铸造用铸模内浇注用以形成内层的熔液从而制造，现有的离心力铸造机其为提高铸造过程中的安全性，保持离心转速为几十或几百转每分钟，低转速中合金液无法快速消泡成型，表面易出现空洞和疏松裂纹，另外，离心铸造中无法尽心运动铸造模具的降温控制，铸件采用自然冷却，冷却成型慢，在长时间的离心作用中，阻碍金属的收缩，离心力导致铸件内外壁间产生成分偏析，存在一定缺陷。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种轧辊加工用低温铸造设备，包括：离心铸造架、离心铸造模和轧辊成型冷芯以及固定于离心铸造架表面的离心驱动组件和冷芯推入组件，所述离心铸造模和轧辊成型冷芯分别转动套接于离心驱动组件和冷芯推入组件的内部，所述轧辊成型冷芯固定套接于离心铸造模的内部；所述离心驱动组件包括驱动定架、支撑架、驱动电机和端头套齿，所述端头套齿固定安装于离心铸造模的一端，所述驱动定架的表面设有固定套接于离心铸造模外侧的轴承套，所述驱动定架和支撑架之间固定连接有若干连杆，所述驱动电机固定安装于支撑架的一侧且输出端固定连接有贯穿驱动定架和支撑架的轴杆，所述轴杆的一端固定套接有于端头套齿传动啮合的驱动齿，所述冷芯推入组件包括液冷箱、加压泵、制冷机构和丝杆驱动架，所述加压泵和制冷机构的底面固定安装有丝杆套座并活动套接于丝杆驱动架的表面，所述丝杆驱动架的一端传动连接有丝杆电机，所述轧辊成型冷芯的外侧设有转动套接于液冷箱的内部的换液盘，且轧辊成型冷芯的一端设有与加压泵端部相连通的万向连接器。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述离心铸造模呈水平方向布置，所述离心铸造模的两端分别与加压泵和驱动定架的表面转动连接，所述端头套齿套接于离心铸造模的端部，实现离心铸造模的离心转动。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述离心铸造模包括第一模瓣和第二模瓣，所述第一模瓣和第二模瓣的内侧均设有模具型腔，且第一模瓣和第二模瓣的一端开设有与轧辊成型冷芯相适配的套槽，所述第一模瓣和第二模瓣外侧均设有锁止环和浇筑端口，第一模瓣和第二模瓣的可拆解式结构便于铸件脱模，并通过轧辊成型冷芯与模具型腔共同形成铸件空腔。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为；所述第一模瓣与表面锁止环和浇筑端口的质量之和等于第二模瓣与表面锁止环和浇筑端口的质量之和，且第一模瓣和第二模瓣的质心均位于第一模瓣和第二模瓣的圆心轴线上。

通过采用上述技术方案，使第一模瓣和第二模瓣的质量相同，质心位于离心铸造模的圆心轴上，从而保持离心铸造模运动中的动平衡，提高离心铸造模旋转稳定性，并保证合金液在离心中均匀分散，各侧厚度一致，提高辊体生产质量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述端头套齿的直径大于驱动齿直径的3倍，所述驱动定架的表面转动安装有若干与端头套齿啮合的支撑齿，所述支撑齿与驱动齿的形状大小相同。

通过采用上述技术方案，利用大直径端头套齿与驱动齿之间的减速传动提高离心铸造模旋转离心的稳定性，并通过若干支撑齿与驱动齿共同提高端头套齿和离心铸造模的旋转稳定度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述制冷机构的表面设有若干位于液冷箱内部的换热翅片，所述制冷机构的一端固定连接有压缩制冷设备，所述液冷箱的内部设有与压缩制冷设备电性连接的恒温控制器。

通过采用上述技术方案，利用恒温控制器控制压缩制冷设备工作功率，从而通过制冷机构对液冷箱内部换热液进行精确控温，使换热液对轧辊成型冷芯进行渐进式降温，避免剧烈降温以及温度不均导致的合金铸件质量下降。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述液冷箱的顶面固定连接有稳压组件，所述稳压组件为耐高温泄压阀结构。

通过采用上述技术方案，利用液冷箱顶面的稳压组件在换热液升温后平衡液冷箱内部压力，避免换热液高温膨胀导致的密封件漏液问题。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述轧辊成型冷芯的内侧设有换热液道，所述换热液道的数量若干并呈圆周方向分布于轧辊成型冷芯内部，轧辊成型冷芯内部沿圆心轴线对称的两个换热液道一端相互连通，所述轧辊成型冷芯为金属材质构件，所述换热液道、液冷箱的内部加注有换热液。

通过采用上述技术方案，利用换热液在换热液道内部的循环流动进行换热液道的降温，从而通过较低温度的轧辊成型冷芯对离心铸造模内部铸件进行降温，实现离心铸造中的快速降温定型，避免长时间离心导致合金液的成分离析。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述换液盘的表面设有若干与换热液道垂直连通的通孔，所述进液端口与换热液道呈直线排列并与加压泵的出液端相连通。

通过采用上述技术方案，利用轧辊成型冷芯径向的换液盘通孔结构在轧辊成型冷芯转动中，通过离心作用即可将换热液道内部液流通过换液盘表面通孔排出，液流经换热制冷后由加压泵抽吸并注入换热液道内部，进行循环降温。

本发明所取得的有益效果为：

1.本发明中，通过采用可分离式芯杆结构，利用丝杆驱动架驱动轧辊成型冷芯插入模具型腔内部，在模具离心铸造的过程中进行通过轧辊成型冷芯内部热交换液对铸造件内部进行换热降温，控制合金的液态收缩进程并保证合金液的流动性能从而实现低温铸造，降低轧辊缩孔和缩松问题。

2.本发明中，通过设置新型离心传动组件，利用离心铸造模一端的驱动定架进行离心铸造模的离心旋转驱动，合金液在离心铸造模的内部通过旋转离心贴合模具型腔内壁运动消除合金液内部空泡结构，并贴合模具型腔内壁成型，用离心力铸造机使模具旋转，同时使外层熔液注入凝固在模具内面，形成轧辊的外层，同时驱动齿和端头套齿的传动啮合以及支撑架的运动支撑有效保证了离心铸造模在离心作用下的稳定性。

3.本发明中，通过设置可分离式轧辊成型冷芯结构，利用换热液道内部旋转流动的热交换液将模具内部合金液缓慢降温，循环控制的液冷结构，可通过对加压泵和制冷机构的功率控制进行稳定渐进式降温，避免剧烈降温导致合金逐渐结构应力的剧烈变化。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的离心驱动组件安装结构示意图；

图3为本发明一个实施例的离心驱动组件结构示意图；

图4为本发明一个实施例的离心铸造模结构示意图；

图5为本发明一个实施例的冷芯推入组件结构示意图；

图6为本发明一个实施例的液冷箱内部结构示意图；

图7为本发明一个实施例的轧辊成型冷芯截面结构示意图。

附图标记：

100、离心铸造架；

200、离心铸造模；210、第一模瓣；220、第二模瓣；230、模具型腔；240、锁止环；250、浇筑端口；

300、离心驱动组件；310、驱动定架；320、支撑架；330、驱动电机；340、端头套齿；321、连杆；331、轴杆；332、驱动齿；

400、冷芯推入组件；410、液冷箱；420、加压泵；430、稳压组件；440、制冷机构；450、丝杆驱动架；

500、轧辊成型冷芯；510、换热液道；520、换液盘；530、进液端口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种轧辊加工用低温铸造设备。

结合图1-7所示，本发明提供的一种轧辊加工用低温铸造设备，包括：离心铸造架100、离心铸造模200和轧辊成型冷芯500以及固定于离心铸造架100表面的离心驱动组件300和冷芯推入组件400，离心铸造模200和轧辊成型冷芯500分别转动套接于离心驱动组件300和冷芯推入组件400的内部，轧辊成型冷芯500固定套接于离心铸造模200的内部；离心驱动组件300包括驱动定架310、支撑架320、驱动电机330和端头套齿340，端头套齿340固定安装于离心铸造模200的一端，驱动定架310的表面设有固定套接于离心铸造模200外侧的轴承套，驱动定架310和支撑架320之间固定连接有若干连杆321，驱动电机330固定安装于支撑架320的一侧且输出端固定连接有贯穿驱动定架310和支撑架320的轴杆331，轴杆331的一端固定套接有于端头套齿340传动啮合的驱动齿332，冷芯推入组件400包括液冷箱410、加压泵420、制冷机构440和丝杆驱动架450，加压泵420和制冷机构440的底面固定安装有丝杆套座并活动套接于丝杆驱动架450的表面，丝杆驱动架450的一端传动连接有丝杆电机，轧辊成型冷芯500的外侧设有转动套接于液冷箱410的内部的换液盘520，且轧辊成型冷芯500的一端设有与加压泵420端部相连通的万向连接器。

在该实施例中，离心铸造模200呈水平方向布置，离心铸造模200的两端分别与加压泵420和驱动定架310的表面转动连接，端头套齿340套接于离心铸造模200的端部，实现离心铸造模200的离心转动，合金液在离心铸造模200的内部通过旋转离心贴合模具型腔230内壁运动消除合金液内部空泡结构，并贴合模具型腔230内壁成型，用离心力铸造机使模具旋转，同时使外层熔液注入凝固在模具内面，形成轧辊的外层。

在该实施例中，离心铸造模200包括第一模瓣210和第二模瓣220，第一模瓣210和第二模瓣220的内侧均设有模具型腔230，且第一模瓣210和第二模瓣220的一端开设有与轧辊成型冷芯500相适配的套槽，第一模瓣210和第二模瓣220外侧均设有锁止环240和浇筑端口250，第一模瓣210和第二模瓣220的可拆解式结构便于铸件脱模，并通过轧辊成型冷芯500与模具型腔230共同形成铸件空腔。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为；第一模瓣210与表面锁止环240和浇筑端口250的质量之和等于第二模瓣220与表面锁止环240和浇筑端口250的质量之和，且第一模瓣210和第二模瓣220的质心均位于第一模瓣210和第二模瓣220的圆心轴线上。

具体的，使第一模瓣210和第二模瓣220的质量相同，质心位于离心铸造模200的圆心轴上，从而保持离心铸造模200运动中的动平衡，提高离心铸造模200旋转稳定性，并保证合金液在离心中均匀分散，各侧厚度一致，提高辊体生产质量。

在该实施例中，端头套齿340的直径大于驱动齿332直径的3倍，驱动定架310的表面转动安装有若干与端头套齿340啮合的支撑齿，支撑齿与驱动齿332的形状大小相同，利用大直径端头套齿340与驱动齿332之间的减速传动提高离心铸造模200旋转离心的稳定性，并通过若干支撑齿与驱动齿332共同提高端头套齿340和离心铸造模200的旋转稳定度，驱动齿332和端头套齿340的传动啮合以及支撑架320的运动支撑有效保证了离心铸造模200在离心作用下的稳定性。

在该实施例中，制冷机构440的表面设有若干位于液冷箱410内部的换热翅片，制冷机构440的一端固定连接有压缩制冷设备，液冷箱410的内部设有与压缩制冷设备电性连接的恒温控制器。

具体的，利用恒温控制器控制压缩制冷设备工作功率，从而通过制冷机构440对液冷箱410内部换热液进行精确控温，使换热液对轧辊成型冷芯500进行渐进式降温，避免剧烈降温以及温度不均导致的合金铸件质量下降，在模具离心铸造的过程中进行通过轧辊成型冷芯500内部热交换液对铸造件内部进行换热降温，控制合金的液态收缩进程并保证合金液的流动性能从而实现低温铸造，降低轧辊缩孔和缩松问题。

在该实施例中，液冷箱410的顶面固定连接有稳压组件430，稳压组件430为耐高温泄压阀结构，利用液冷箱410顶面的稳压组件430在换热液升温后平衡液冷箱410内部压力，避免换热液高温膨胀导致的密封件漏液问题。

在该实施例中，轧辊成型冷芯500的内侧设有换热液道510，换热液道510的数量若干并呈圆周方向分布于轧辊成型冷芯500内部，轧辊成型冷芯500内部沿圆心轴线对称的两个换热液道510一端相互连通，轧辊成型冷芯500为金属材质构件，换热液道510、液冷箱410的内部加注有换热液。

具体的，利用换热液在换热液道510内部的循环流动进行换热液道510的降温，从而通过较低温度的轧辊成型冷芯500对离心铸造模200内部铸件进行降温，实现离心铸造中的快速降温定型，避免长时间离心导致合金液的成分离析。

在该实施例中，换液盘520的表面设有若干与换热液道510垂直连通的通孔，进液端口530与换热液道510呈直线排列并与加压泵420的出液端相连通。

具体的，利用换热液道510内部旋转流动的热交换液将模具内部合金液缓慢降温，循环控制的液冷结构，轧辊成型冷芯500径向的换液盘520通孔结构在轧辊成型冷芯500转动中，通过离心作用即可将换热液道510内部液流通过换液盘520表面通孔排出，液流经制冷机构440换热制冷后由加压泵420抽吸并注入换热液道510内部，进行循环降温，可通过对加压泵420和制冷机构440的功率控制进行稳定渐进式降温，避免剧烈降温导致合金逐渐结构应力的剧烈变化。

本发明的工作原理及使用流程：

铸型的转数是离心铸造的重要参数，既要有足够的离心力以增加铸件金属的致密性，一般转速在每分钟几十转到1500转左右，离心铸造的特点是金属液在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件组织致密，机械性能好，在提高转速中金属铸件组织致密性逐渐升高，通过驱动电机330的转速提高，多个固定于驱动定架310表面的驱动齿332与端头套齿340啮合分别进行机械传动和辅助支撑作用，提高离心铸造模200旋转运动的稳定性，并通过第一模瓣210和第二模瓣220表面锁止环240进行配重量的配比，使离心铸造模200旋转中动平衡保持稳定，以此来支持离心铸造模200在驱动定架310和支撑架320内部的高速离心，以达到高致密效果；

在铸型开始前，通过锁止环240实现第一模瓣210和第二模瓣220的合模，完成后卡入驱动定架310和支撑架320内部，丝杆驱动架450驱动加压泵420和制冷机构440同步运动将轧辊成型冷芯500推入离心铸造模200内部，完成整个模具的组合，利用浇筑端口250进行合金液的浇筑；离心过程中轧辊成型冷芯500同步旋转运动，加压泵420将外部热交换液通过进液端口530注入换热液道510，通过换液盘520表面逸出至液冷箱410内部经由制冷机构440制冷后由加压泵420循环导入换热液道510内部，利用换热液道510内部旋转流动的热交换液将模具内部合金液缓慢降温，循环控制的液冷结构，可通过对加压泵420和制冷机构440的功率控制进行稳定渐进式降温，避免剧烈降温导致合金逐渐结构应力的剧烈变化

在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，包括：离心铸造架（100）、离心铸造模（200）和轧辊成型冷芯（500）以及固定于离心铸造架（100）表面的离心驱动组件（300）和冷芯推入组件（400），所述离心铸造模（200）和轧辊成型冷芯（500）分别转动套接于离心驱动组件（300）和冷芯推入组件（400）的内部，所述轧辊成型冷芯（500）固定套接于离心铸造模（200）的内部；

所述离心驱动组件（300）包括驱动定架（310）、支撑架（320）、驱动电机（330）和端头套齿（340），所述端头套齿（340）固定安装于离心铸造模（200）的一端，所述驱动定架（310）的表面设有固定套接于离心铸造模（200）外侧的轴承套，所述驱动定架（310）和支撑架（320）之间固定连接有若干连杆（321），所述驱动电机（330）固定安装于支撑架（320）的一侧且输出端固定连接有贯穿驱动定架（310）和支撑架（320）的轴杆（331），所述轴杆（331）的一端固定套接有于端头套齿（340）传动啮合的驱动齿（332），所述冷芯推入组件（400）包括液冷箱（410）、加压泵（420）、制冷机构（440）和丝杆驱动架（450），所述加压泵（420）和制冷机构（440）的底面固定安装有丝杆套座并活动套接于丝杆驱动架（450）的表面，所述丝杆驱动架（450）的一端传动连接有丝杆电机，所述轧辊成型冷芯（500）的外侧设有转动套接于液冷箱（410）的内部的换液盘（520），且轧辊成型冷芯（500）的一端设有与加压泵（420）端部相连通的万向连接器；

所述离心铸造模（200）呈水平方向布置，所述离心铸造模（200）的两端分别与加压泵（420）和驱动定架（310）的表面转动连接，所述端头套齿（340）套接于离心铸造模（200）的端部。

2.根据权利要求1所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述离心铸造模（200）包括第一模瓣（210）和第二模瓣（220），所述第一模瓣（210）和第二模瓣（220）的内侧均设有模具型腔（230），且第一模瓣（210）和第二模瓣（220）的一端开设有与轧辊成型冷芯（500）相适配的套槽，所述第一模瓣（210）和第二模瓣（220）外侧均设有锁止环（240）和浇筑端口（250）。

3.根据权利要求2所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述第一模瓣（210）与表面锁止环（240）和浇筑端口（250）的质量之和等于第二模瓣（220）与表面锁止环（240）和浇筑端口（250）的质量之和，且第一模瓣（210）和第二模瓣（220）的质心均位于第一模瓣（210）和第二模瓣（220）的圆心轴线上。

4.根据权利要求1所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述端头套齿（340）的直径大于驱动齿（332）直径的3倍，所述驱动定架（310）的表面转动安装有若干与端头套齿（340）啮合的支撑齿，所述支撑齿与驱动齿（332）的形状大小相同。

5.根据权利要求1所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述制冷机构（440）的表面设有若干位于液冷箱（410）内部的换热翅片，所述制冷机构（440）的一端固定连接有压缩制冷设备，所述液冷箱（410）的内部设有与压缩制冷设备电性连接的恒温控制器。

6.根据权利要求1所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述液冷箱（410）的顶面固定连接有稳压组件（430），所述稳压组件（430）为耐高温泄压阀结构。

7.根据权利要求1所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述轧辊成型冷芯（500）的内侧设有换热液道（510），所述换热液道（510）的数量若干并呈圆周方向分布于轧辊成型冷芯（500）内部，轧辊成型冷芯（500）内部沿圆心轴线对称的两个换热液道（510）一端相互连通，所述轧辊成型冷芯（500）为金属材质构件，所述换热液道（510）、液冷箱（410）的内部加注有换热液。

8.根据权利要求7所述的一种轧辊加工用低温铸造设备，其特征在于，所述换液盘（520）的表面设有若干与换热液道（510）垂直连通的通孔，所述轧辊成型冷芯（500）还设置有进液端口（530），所述进液端口（530）与换热液道（510）呈直线排列并与加压泵（420）的出液端相连通。