一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法
阅读：392发布：2023-02-22
专利汇可以提供一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 离心 铸造 技术领域，具体涉及一种小口径铸 钢 类套件铸造中防止 冷隔 、夹层 缺陷 的方法，在铸造所述小口径 不锈钢 轴套时降低铸型转速，使铸型转速满足康斯坦丁诺夫公式中的调整系数β=0.85～0.90,康斯坦丁诺夫公式为：式中：n为铸型转速，r/min；γ为 合金 的重度，N/m3；r0为铸件的内半径，m；β为调整系数；同时在铸造所述小口径不锈钢轴套时，使铸件铸型 质量 比0.3≤M件/M型≤0.6，提高铸型蓄 热能 力 。本发明将铸件参数、工艺参数等看成一个有机的整体，通过诸多参数之间的优化匹配、相互 支撑 补强，使小口径铸钢类套件在离心铸造中产生冷隔、夹层的状况得到改善，降低了产品的制造成本和提高了生产效率。，下面是一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法专利的具体信息内容。
1.一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，其特征在于，在铸造所述小口径铸钢类套件时降低铸型转速，使铸型转速满足康斯坦丁诺夫公式中的调整系数β＝0.85～0.90，康斯坦丁诺夫公式为： 式中：n为铸型转速，r/min；γ为
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合金的重度，N/m；r0为铸件的内半径，m；β为调整系数；
同时在铸造所述小口径铸钢类套件时，使铸件铸型质量比0.3≤M件/M 型≤0.6，提高铸型蓄热能力；
铸造所述小口径铸钢类套件的铸型浇口的浇口段等分成N-1段，N＝5～9，从浇口首段到尾端每段所对应的内截面积分别为S1、S2……SN,控制浇道内的尾端截面积与首端截面
2 N－1
积之比SN/S1＝4.0～7.0，取S2＝qS1，S3＝q S1，……SN＝q S1，则
N-1
q ＝SN/S1 ………………(1)
确定浇口首端内截面积S1及浇口尾端内截面积SN，从公式(1)求得比值q后，计算确定其他各内截面的面积；
将铸型工作温度提高到280℃～340℃；
根据开始浇注时的最初3秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且铺型厚度≥7mm，来确定初始浇注速度；
将铸型盖板的浇注孔开成45°的外扩喇叭形。
一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法
技术领域
背景技术
[0002] 1、根据手册(机械工程学会铸造学会.铸造手册第6卷，特种铸造[M].北京：机械工业出版社，1994.)，康斯坦丁诺夫根据试验和经验数据得出,铸件如果在自由表面上3
的有效重度为3.4×106N/m时,就可以保证得到形状完整、组织致密的铸件。据此可推导出在前苏联和我国得到广泛使用的康斯坦丁诺夫离心转速公式，实际生产中需要将公式乘以一个系数β,即：
的有效重度为3.4×106N/m时,就可以保证得到形状完整、组织致密的铸件。据此可推导出在前苏联和我国得到广泛使用的康斯坦丁诺夫离心转速公式，实际生产中需要将公式乘以一个系数β,即：
[0003]
[0004] 式中：n为铸型转速，r/min；γ为合金的重度，N/m3；r0为铸件的内半径，m；β为调整系数，对于铸钢件类套件卧式离心铸造时，取β＝1.0～1.3，β＜1.0时，一般被认为金属液容易产生淋落、难以得到形状完整、组织致密的铸件。
[0005] 2、目前对大口径铸钢类套件离心铸造中产生冷隔、夹层缺陷的研究较多，而对于小口径铸钢类套件离心铸造中产生冷隔、夹层缺陷的研究较为少见。小口径铸钢离心铸件有两个特点：一是小口径铸钢离心铸件不同于大口径铸钢离心铸件，难以容纳较大口径浇口管以增大钢液流量，通常采用小型普通浇注槽或牛角浇注槽进行浇注，但这两种浇注槽都存在着一些不足之处；二是小口径铸钢件在浇注过程中,一旦钢液快速浇注，钢液则从铸型的盖板浇注中反吐出来，此时铸型中钢液并未充满，经分析研究,认为是铸型排气不畅,型内压力升高所致(见陆文龙、章安静.小口径厚壁铸管的离心铸造.特种铸造及有色合金[M].2003，(5))。
[0006] 3、对于浇注小口径离心铸件，通常采用小型普通浇注槽或牛角浇注槽。小型普通浇注槽由于没有封闭的浇注杯，且浇注杯很矮，金属液在浇注槽中的压头较小，金属液在进入铸型时轴向初速度也较低，且浇注槽的两侧位置平行，浇注槽截面尺寸较小时容易被堵塞，残余金属锅巴也较难清理。小型牛角浇注槽具有封闭的浇注杯，且浇注杯较高，在浇注槽中可建立一定的压头，使金属液在进入铸型时有较大的轴向初速度，但牛角浇注槽的浇注端口的尺寸较大，在浇注过程中容易与离心铸型盖板的浇注孔发生碰撞，严重时会导致牛角浇注槽被撞飞而伤害操作人员，若在牛角浇注槽前端安装小直径无缝钢管浇注针进行浇注，则无缝钢管浇注针容易被堵塞且难以清理。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
[0010] 一种小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，在铸造小口径铸钢类套件时降低铸型转速，根据康斯坦丁诺夫公式： 式中：n为铸型转速，r/min；3
γ为合金的重度，N/m；r0为铸件的内半径，m；β为调整系数，取β＝0.85～0.90；同时使铸件铸型质量比0.3≤M件/M型≤0.6，提高铸型蓄热能力。
γ为合金的重度，N/m；r0为铸件的内半径，m；β为调整系数，取β＝0.85～0.90；同时使铸件铸型质量比0.3≤M件/M型≤0.6，提高铸型蓄热能力。
[0011] 进一步的，所述的小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，铸造小口径铸钢类套件的铸型浇口的浇口段等分成N-1段，N＝5～9，从浇口首段到尾端每段所对应的内截面积分别为S1、S2……SN,控制浇道内的尾端截面积与首端截面积之比SN/S1＝2 N－1
4.0～7.0，取S2＝qS1，S3＝q S1，……SN＝q S1，则
N-1
4.0～7.0，取S2＝qS1，S3＝q S1，……SN＝q S1，则
N-1
[0012] q ＝SN/S1………………(1)
[0013] 确定浇口首端内截面积S1及浇口尾端内截面积SN，从公式(1)求得比值q后，计算确定其他各内截面的面积。
[0014] 进一步的，所述的小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，将铸型工作温度提高到280℃～340℃。
[0015] 进一步的，所述的小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，根据开始浇注时的最初3秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且铺型厚度≥7mm，来确定初始浇注速度。
[0016] 进一步的，所述的小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，将铸型盖板的浇注孔开成45°的外扩喇叭形。
[0017] 本发明的有益效果是将铸件参数、工艺参数等看成一个有机的整体，通过诸多参数之间的优化匹配、相互支撑补强，使小口径铸钢类套件在离心铸造中产生冷隔、夹层的状况得到显著的改善，极大地降低了产品的制造成本和提高了生产效率。附图说明
[0018] 图1为本发明小口径铸钢类套件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法采用的具有等比渐变截面浇道的浇口示意图。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0020] 在一台能生产铸件的最大直径为400mm、最大长度为850mm中型卧式滚轮离心机生产小口径铸钢套轴套，该轴套铸件尺寸为(法兰Ф195mm×厚70mm)外径Ф180mm内径Ф116mm×总长620mm。
[0021] 1、降低离心铸型转速及控制铸型蓄热能力。
[0023] 从铸件外径表面上的离心压力公式
[0024]
[0025] 可看出，若当调整系数β＝1.15降低为β＝0.9，离心铸件外半径处的离心压力2
pR也相应地减少到β＝1.15时的(0.9/1.15) ＝61.2％，大大降低了铸型所受震动的程度，降低了金属液翻滚程度，从而大大降低了铸型内的压力，避免了钢液从铸型盖板浇注中反吐出来现象。但这么低的离心转速，使铸件处于组织不够致密、甚至金属液可能处于发生淋落的临界状态，必须要有相应的措施进行补强，为此，在设计离心铸型时，加强了铸型蓄热能力，使铸件铸型质量比符合0.3≤M件/M型≤0.6的条件，这样当金属液浇入铸型后，在铸型的工作表面能较快地形成凝固层，且未凝固的金属液也较快地变得稠厚起来。
pR也相应地减少到β＝1.15时的(0.9/1.15) ＝61.2％，大大降低了铸型所受震动的程度，降低了金属液翻滚程度，从而大大降低了铸型内的压力，避免了钢液从铸型盖板浇注中反吐出来现象。但这么低的离心转速，使铸件处于组织不够致密、甚至金属液可能处于发生淋落的临界状态，必须要有相应的措施进行补强，为此，在设计离心铸型时，加强了铸型蓄热能力，使铸件铸型质量比符合0.3≤M件/M型≤0.6的条件，这样当金属液浇入铸型后，在铸型的工作表面能较快地形成凝固层，且未凝固的金属液也较快地变得稠厚起来。
[0026] 具体的，当转速调整系数β＝0.85～0.90，γ＝7.644×104N/m3，r0＝0.058m,根据康斯坦丁诺夫公式，铸型转速为
[0027]
[0028]
[0029] 取n＝740r/min，则相应调整系数β＝0.893，处于铸件组织不够致密、甚至金属液处于淋落的临界状态。由于本轴套铸件质量M件＝75kg，为了对铸件所处的临界状态进行修复，设计时取铸型质量M型＝166kg，则铸件铸型质量比M件/M型＝0.452，满足0.3≤M件/M型≤0.6，此时铸型的壁厚厚度能加强铸型的蓄热能力，当金属液浇入铸型后，在铸型的工作表面能较快地形成凝固层，且未凝固的金属液也较快地变得稠厚起来，有助于铸件组织致密及避免金属液的淋落。
[0030] 2、采用具有等比渐变截面浇道的海螺浇口进行浇注。
[0031] 由于轴套内孔小，导致铸型盖板浇注孔更小，为避免盖板浇注孔与浇口发生碰撞，浇口必须还要小。为此，如图1所示，将海螺浇口的浇口段分成6段相同长度部分，每段所对应的截面积分别为S1(K向处)、S2(A-A处)、S3(B-B处)……S6(E-E处)、S7(F-F处)。等比渐变截面法为浇道相邻段面积按相同比值q递增的方法，即S2＝qS1，S3＝qS2＝q2S1，……S7＝q6S1，有
[0032] q6＝S7/S1……………(1)
[0033] 根据预先设计出浇道首端面积S1＝725(mm2)及浇道尾端面积S7＝3533(mm2)，计算出S7/S1＝3533/725＝4.873，能满足浇道内的尾端截面积与首端截面积之比S7/S1＝4.0～7.0。从公式(1)可求得比值
[0034] q6＝S7/S1＝3533/725＝4.873
[0035] 则有q＝1.302
[0036] 从而计算出其他各个相邻截面的尺寸：S2＝qS1＝1.302×725＝944(mm2)，S3＝1229(mm2),S4＝1600(mm2)，S5＝2084(mm2)，S6＝2714(mm2)。
[0037] 同时浇道的上方、浇口杯与浇道连接的侧面、浇口杯的上方均为敞开形式；浇口杯部分较高且容量较大，尽管侧面开口，但还是能保证金属液具有足够的容量和压头。这种具有等比渐变截面浇道的海螺浇口，既能使钢液在一定压头下快速通畅地浇入离心机铸型，而又便于清理浇道中的残余钢液锅巴，不会产生浇道堵塞的情况。
[0038] 3、铸型工作温度提高到280℃～340℃。
[0039] 浇注铸钢件时，手册上要求离心铸型的工作温度一般控制在100℃～200℃。为了减轻铸钢离心铸件产生冷隔、夹层缺陷倾向，将铸型工作温度提高到280℃～340℃。
[0040] 在离心铸造过程中，钢液浇入铸型，当铸件温度冷却到750℃左右(铸件呈通红)时则停机，待离心铸型停止转动时将铸件脱模，铸件脱模温度约为700℃。对于每种型号铸件需准备了2～3个内套，分别处于浇注及脱模、冷却及喷涂料的状态，轮换使用，正好与较高的铸型工作温度相匹配。如采用较低的铸型工作温度(手册上的100℃～200℃)，铸型冷却需要时间，则需要更多的内套轮换使用，从这个意义上来说，也降低了铸型的成本。
[0041] 4、根据金属液的初始铺型厚度确定初始浇注速度。
[0042] 根据开始浇注时的最初3秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且铺型厚度≥7mm，来确定初始浇注速度，避免冷隔、夹层缺陷的产生。
[0043] 该不锈钢轴套带有一个Ф195mm锥面法兰(厚度为70mm)，铸件外径Ф180mm，铸件总长620mm，因法兰为锥面，且法兰厚度为70mm，与铸件总长620mm相比不算大，故为简化计算，将铸件看成为外径Ф180mm内径Ф116mm×总长620mm的圆筒进行计算，取最初3秒钟的铺型厚度为7.5mm，则该部分的质量为
[0044] 1802－(180－2×7.5)2}×π÷4×620×10－6×7.8＝19.7(kg)
[0045] 即在最初的3秒钟有19.7kg的钢液浇入铸型，故所需要的初始浇注速度为19.7/3＝6.6(kg/s)。
[0046] 5、铸型盖板的浇注孔开成45°的外扩喇叭形。
[0047] 由于离心铸型在离心机上运行时会产生径向跳动，而盖板的浇注孔直径要比铸件内径小15mm～25mm，防止铸型盖板撞击浇口是生产小口径离心铸件不容忽视的一个难题，前面设计海螺浇口是在保证通畅和压头的前提下将浇道首端外部尺寸尽可能做小，而此处将铸型盖板的浇注孔开成45°的外扩喇叭形则是为能容纳海螺浇口浇道首端提供更大的空间。这种盖板的开孔形式，可以减小开口海螺浇口与盖板发生碰撞的可能，能使开口海螺浇口的浇口首端面积S1开得大一些，从而提高钢水的浇注初速，有利于减轻冷隔、夹层缺陷的程度。
[0048] 以上采用的技术手段将铸件参数、工艺参数等看成一个有机的整体，更强调诸多参数之间的匹配关系，通过诸多参数之间的优化匹配、相互支撑补强、形成组合力量，最终达到显著降低小口径铸钢类套件在离心铸造中冷隔、夹层缺陷的目的。
[0049] 在上述铸造小口径铸钢套轴套时采取的小口径铸钢类件铸造中防止冷隔、夹层缺陷的方法，解决了小口径铸钢类套件在离心铸造中产生冷隔、夹层缺陷问题,极大地降低了产品的制造成本和提高了生产效率。
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