CN201132211Y - 电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器 - Google Patents

Abstract

电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，结晶器本体是由与曲柄形状相适应的内腔型板、水缝板、水套及在曲柄最厚位置处增设的公共腔构成，内腔型板是用整张铜板采用三维实体模锻成型；在曲柄最厚位置、处增设公共腔，公共腔的最小增加距离为220mm，公共腔采用圆形过渡添加到曲柄结晶器的曲柄最厚位置上；水缝板设置在内腔型板的外侧，水套装在水缝板外侧，内腔型板、水缝板和水套通过上法兰、下法兰和立法兰密封连接。结晶器在使用过程中，既体现了制作方便，省工、省料特点，又实现了熔铸操作方便，组装定位准确，熔铸金属利用率高等优点。另外，该结晶器在使用中各项指标均经受住生产考验，未出现漏渣、漏水，焊缝开裂变形等常见结晶器损伤。

Description

电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器

技术领域

本实用新型提供一种铸造用模具，特别是涉及一种电渣熔铸整体制造隔膜泵曲轴毛坯的模具，即隔膜泵曲轴结晶器。

背景技术

电渣熔铸技术是一种先进的特种铸造工艺，它是集金属精炼于铸造成型于一身的铸造方法，它具有设备简单、操作方便、工艺流程简单、材料利用率高，成本低等优点。采用电渣熔铸工艺生产的产品，内在质量高，组织致密，尺寸精度高，成份均匀、非金属夹杂物少、已被现代铸造企业广泛应用。产品涉及航空、造船、电力、石油化工以及重型机械等现代化工业。

往复式活塞隔膜泵是主要用于输送流量大、输送压力高、输送高温高磨蚀固液两相介质的往复泵。是用于黑色、有色冶金，煤炭、化工，矿山等诸多领域的心脏设备。曲轴则更是隔膜泵的中心传动部件，质量的好坏直接影响隔膜泵产品的质量。

结晶器是电渣炉的重要部件，属于炉体部分，在熔铸时，它一方面起着熔化、精炼的熔炼室作用；另一方面又起着铸件模具形成铸件的作用。

众所周知，曲轴结构复杂，各曲拐沿空间分布，形状复杂。(见图1)因此，曲轴结晶器的结构更加复杂，制作和使用均较困难。对于结构和形体较大的隔膜泵曲轴更是如此，通常很难找到共体部分，按照常规电渣熔铸方法无法生产。很长时间以来一直制约我国在该种曲轴上的熔铸发展。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种新型的，可用于电渣熔铸隔膜泵曲轴的结晶器。利用该结晶器生产的隔膜泵曲轴毛坯表面成型质量与内部质量均优良，完全满足或超过技术要求，该结晶器既具有制作方便，省工、省料优点。

采用的技术方案是：

电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，由内腔板、外腔和连接法兰组成。内腔板先用三维实体技术制造曲柄型，再用模锻方法将整张铜板一次锻压成型构成；外腔由水缝板和水套构成，内腔板和外腔通过法兰密封连接。在曲柄的最厚处11、12、13位置增加公共腔14，结晶器的最小填充系数为0.25，可确定出公共腔最小增加距离为220mm，所增加的公共腔采用圆形过渡添加到曲柄结晶器上。结晶器外腔及法兰用钢板制成。具体是：

结晶器本体是由与曲柄形状相适应的内腔型板、水缝板、水套及在曲柄最厚处11、12、13位置增设的公共腔构成，内腔型板是用整张铜板采用三维实体模锻成型；公共腔的最小增加距离为220mm，公共腔采用圆形过渡添加到曲柄结晶器的曲柄最厚位置上；水缝板设置在内腔型板的外侧，水套装在水缝板外侧，内腔型板、水缝板和水套通过上法兰、下法兰和立法兰密封连接。

所述的内腔型板及水缝板之间设置型板加强筋和拉筋，型板加强筋与拉筋成垂直交叉设置，并与内腔型板及水缝板焊接成一整体，将内腔型板外侧分隔成四个区域，每个区域形成独立水循环，再在型板加强筋与拉筋上分别加工两条透过钢板厚的槽，使这四个区域中相临的两区域也都连通，水套上固设有多个进水管和出水管。

所述的铜板为紫钢板，厚16mm，结晶器水缝宽度为25-35mm均匀过渡，水缝板和水套由10mm钢板制成，水套装设在水缝板外100mm，水套上、下两端分别与上法兰、下法兰焊接密封。

所述的型板加强筋和拉筋上加工的两条透过钢板的槽长100mm，宽15mm；型板加强筋、拉筋及上法兰、下法兰和立法兰分别由20mm厚钢板制成。

电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器制作方法，包括设计方案制定、结晶器制造方案制定两个方面内容。

1、设计方案制定

近几年随着科技水平的逐渐提高，同时对电渣熔铸技术掌握的逐渐成熟，现已研制出两种用于生产曲轴的制造方法，同时也出现两种结晶器形式。

第一种方法：是采用逐次法生产曲轴毛坯，即将曲轴结晶器按照曲柄数分解成若干段，然后由各段曲柄结晶器进行单独熔铸，最后在利用几组辅助结晶器将各段曲柄毛坯按照相应位置采用电渣焊方式连接起来。此种方法将结晶器分段制造，再单独使用，使整个熔铸变得简单；结晶器制作方便，熔铸时受力简单，对结晶器损伤变小，在一定范围内，该种结晶器得到行业认可。但该结晶器不适用隔膜泵曲轴熔铸。隔膜泵曲轴通常较大，当量直径多在1米以上，采用这种分段结晶器熔铸再利用电渣焊连接各曲柄时，整个曲轴产生的变形量较大，使辅助结晶器和工装承受应力较大，变形损坏严重，易导致熔铸后曲轴加工量不足，所以隔膜泵曲轴用结晶器不适于采用这种分段熔铸再焊接方式。

第二种方法：是电渣熔铸整体一步成型方式制造曲轴，该种方法是电渣熔铸曲轴技术上的一次突破。它是利用自耗电极沿结晶器贯通的主轴颈孔腔熔铸，然后通过滑动模块结晶器在液层中移动来解决曲柄的成型。这种一步成型方法生产曲轴所用结晶器与逐次法所用结晶器相比具有省工、省料，不用辅助工装的效果，降低了生产成本。但用该种结晶器进行曲轴熔铸要求曲轴必须是小型或曲柄臂厚度较小的曲轴，对于隔膜泵曲轴这种大型、曲柄臂较厚的曲轴无法实现曲轴成型的完好。经过现场试验，也证明用该种结晶器进行隔膜泵曲轴熔铸较困难，其制作的滑动模块结晶器较大，熔铸通水时重量更大，在进行移动操作时十分费力，需要外加辅助动力设备；而且由于结晶器较大，在模块结晶器处的密封问题较难解决，结晶器熔铸时受热变形大，在滑动模块处出现跑渣、漏渣危险现象，威胁操作人员的安全，所以该方法也不适隔膜泵曲轴熔铸。以上问题一直制约我国隔膜泵曲轴熔铸发展，成为我国在该类曲轴制备方法上的一个瓶颈。对于隔膜泵曲轴这种曲柄臂较厚的大型曲轴，其结晶器主轴颈公共孔腔较小，造成自耗电极变细，相对曲柄臂较厚的曲轴，熔铸时金属溢流(金属自然流动进入铸型)距离增加，超出金属有效流动性范围，造成熔铸后毛坯表面成型较差而无法交货。所以通过对该曲轴结晶器的结构和熔铸时受力的分析以及借鉴相关资料，最终确定出要通过某种方法扩大主轴颈公共孔腔，然后再利用常规的电渣熔铸方法生产。对于电渣熔铸结晶器，增加型腔面积，就等同于增加毛坯重量，所以对于该曲轴结晶器主轴公共腔增加多少有待研究。如果主轴公共腔增加过大，会造成曲轴毛坯增量过多，降低金属利用率，使加工量增大；反之，结晶器主轴公共腔增加过小，无法满足正常熔铸需要而失去意义。所以确定一个相对的最小公共腔增加量很关键。通过理论计算电渣熔铸填充比与熔铸功率的关系再加上铸造所多年生产实践总结，最终确定出了一个相对最小结晶器主轴公共腔增加量。在毛坯上出现的增量可通过机加工切取下来，作为本体试块供作成份和性能检测。

2、结晶器的制造方案制定

结晶器是电渣熔铸不可缺少的一部分，熔化与成型均在结晶器内进行，所以结晶器工作环境恶劣，对于曲轴结晶器更是如此，结晶器结构复杂，熔铸中受力复杂，为此，结晶器必须具有导热强、抗变形强、易制造等特点。对于该产品结晶器材料经过综合评定后，确定结晶器内腔采用铜板其它部位采用钢板的铜-钢结合方式制作。传统结晶器制作多采用简单样板配合人工锤打来成型内腔，这种方法制作的结晶器尺寸偏差大，有时在较难成型处还利用结构焊接成型，既增大尺寸偏差又增加内腔型面上的焊缝数量，提高熔铸时漏水、漏渣风险，这些都为结晶器的使用和维修带来困难。为保证该曲轴结晶器的制作精度，在制造时首先用三维实体技术制造曲柄模型，然后采用模锻方法将整张铜板一次锻压成型结晶器，这样制作的结晶器尺寸精度高，形状与设计的曲轴相近，无需简化型线，而且内腔型板面上没有焊缝，提高了结晶器的使用寿命。对于该种类曲轴结晶器在制造时要考虑到由于结晶器形体较大，熔铸时功率必定也较大，所以采用型板加强筋与拉筋成垂直交叉和内腔型板焊接成一体，将结晶器的水冷区制成分区水冷来增强熔铸时的变形抗力和结晶器水冷能力。另外，在结晶器制造过程中还要充分考虑曲轴收缩对该曲轴结晶器的损害，曲柄臂的制造角度应大于该处收缩时的摩擦自锁角，并且还必须将整个结晶器做成多节的分体组合式结晶器，这样对收缩损害的减弱和制造以及防变形等方面都有作用，并且也有利于曲轴毛坯的脱模。

结晶器在使用过程中，既体现了制作方便，省工、省料特点，又实现了熔铸操作方便，组装定位准确，熔铸金属利用率高等优点。另外，该结晶器在使用中各项指标均经受住生产考验，未出现漏渣、漏水，焊缝开裂变形等常见结晶器损伤。

附图说明

图1是本实用新型的曲轴零件主视图。

图2是图1的左视图。

图3是本实用新型的曲轴结晶器内腔图。

图4是本实用新型的结晶器内腔剖面图。

图5是本实用新型的曲轴结晶器分节图。

图6是本实用新型的结晶器分节剖面图。

图7是本实用新型的曲轴结晶器结构图。

图8是图7的A-A视图。

图9是图8的D-D俯视图。

图10是本实用新型的曲轴结晶器轴视图。

具体实施方式

1、主轴颈相对最小公共腔增加量的确定

电渣熔铸隔膜泵曲轴结晶器：首先根据零件图设计出曲轴工艺和结晶器制造工艺，可确定出在结晶器的11、12、13(曲柄臂的最厚处)位置增加公共腔14，见图3结晶器内腔图。公共腔增加的大小由最小填充系数与熔铸功率共同确定，经计算和验证最终确定出该曲轴结晶器的最小填充系数取0.25，因此，可确定出公共腔最小增加距离为220mm，所增加的公共腔采用圆形过渡添加到曲柄结晶器上。公共腔增加位置和形状见图4，(图4为图3的A-A向剖面图)。

2、结晶器的设计与制造

电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，由内腔型板4、水缝板5和水套7通过上法兰1、下法兰3和立法兰8密封连接构成。水缝板5、水套7和立法兰8是采用普通A3钢板材料采用结构焊接方式连接一体的。内腔型板4采用16mm厚的紫铜板一次锻压成型。型板加强筋6与拉筋2成垂直交叉和内腔型板4及水缝板5焊接成一体，这样就将内腔型板外侧分成四个区域，每个区进行独立水循环。再在型板加强筋与拉筋上分别加工两条长100mm，宽15mm的透过钢板厚的槽，使这四个区域中相临的两区域也都连通，以避免由于某个分区水循环出现问题造成该区水冷变差或无水冷而造成事故。上、下法兰1、3和立法兰8钢板厚度为20mm；型板加强筋、拉筋厚度为20mm；水缝板与水套厚度为10mm。内腔型板4与水缝板5之间的水冷宽度10为25-35mm。结晶器的这种结构使结晶器在通水冷却时既可实现每个区单独水循环也可以实现相临区域的联合水循环，提高了结晶器的变形抗力与水冷能力。水套7套装在水缝板5外100mm处，其上、下两端分别与上法兰1和下法兰3焊接密封。在水套7的下部固设有多个进水管9，在水套7的上部固设有多个出水管10。在水套7与拉筋2连接处的四个区域内也分别放置两个出水管10。进水管9和出水管10，均为普通钢管，并均采用焊接方式与水套7连接，结晶器的结构见图7至图10。

内腔型板4采用三维实体模锻成型制作，即首先建立三维实体模型，然后将模型转化制造模具，最后利用模具将整块铜板模锻成型结晶器内腔板。

由金属凝固学可计算出该曲轴收缩应力，由此可计算出曲轴收缩自锁角，该角度为19度，为此，在设计时将曲柄角度定为40度，这样在曲轴凝固收缩时不致损害结晶器，另外，由于该曲轴尺寸较大，制造与维修均较困难，并且在凝固收缩时收缩量必定也较大，为了更好保护和使用结晶器，将该曲轴结晶器按曲柄数量分成6节9块的对开式分体组合结晶器，以增加结晶器组合间隙，有利于缓冲曲轴的收缩力，以减轻对结晶器的损害，同时也方便制造和维修。结晶器的分体见图5和图6。图5中标号15、16、17、18、19为曲柄分节位置。图6中标号20、21标示的是结晶器分节剖面的分型面。

Claims (4)

1、电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，其特征在于结晶器本体是由与曲柄形状相适应的内腔型板(4)、水缝板(5)、水套(7)及在曲柄最厚位置(11)、(12)、(13)处增设的公共腔(14)构成，内腔型板(4)是用整张铜板采用三维实体模锻成型；在曲柄最厚位置(11)、(12)、(13)处增设公共腔(14)，公共腔(14)的最小增加距离为220mm，公共腔(4)采用圆形过渡添加到曲柄结晶器的曲柄最厚位置上；水缝板(5)设置在内腔型板(4)的外侧，水套(7)装在水缝板(5)外侧，内腔型板(4)、水缝板(5)和水套(7)通过上法兰(1)、下法兰(3)和立法兰(8)密封连接。

2、根据权利要求1所述电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，其特征是在内腔型板(4)及水缝板(5)之间设置型板加强筋(6)和拉筋(2)，型板加强筋(6)与拉筋(2)成垂直交叉设置，并与内腔型板(4)及水缝板(5)焊接成一整体，将内腔型板(4)外侧分隔成四个区域，每个区域形成独立水循环，再在型板加强筋(6)与拉筋(2)上分别加工两条透过钢板厚的槽，使这四个区域中相临的两区域也都连通，水套(7)上固设有多个进水管(9)和出水管(10)。

3、根据权利要求1所述的电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，其特征在于所述的铜板为紫钢板，厚16mm，结晶器水缝宽度为25-35mm均匀过渡，水缝板(5)和水套由10mm钢板制成，水套(7)装设在水缝板(5)外100mm，水套(7)上、下两端分别与上法兰(1)、下法兰(3)焊接密封。

4、根据权利要求1所述的电渣熔铸隔膜泵曲轴用结晶器，其特征在于所述的型板加强筋(6)和拉筋(2)上加工的两条透过钢板的槽长100mm，宽15mm；型板加强筋(6)、拉筋(2)及上法兰(1)、下法兰(3)和立法兰(8)由20mm厚钢板制成。

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