本實(shí)用新型涉及鑄造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

本公司生產(chǎn)的一種高碳鋼材料的大型薄壁環(huán)形鑄鋼件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有兩頭厚大的上法蘭1和下法蘭2，中間為環(huán)形薄壁部位3，鑄件最大壁厚與最小壁厚差大。并且高碳鋼材質(zhì)鑄鋼件的碳當(dāng)量較高，材質(zhì)相對脆硬，容易產(chǎn)生裂紋?，F(xiàn)有技術(shù)中該類鑄件的鑄造工藝方案如圖2所示，在上法蘭1設(shè)置明冒口4，明冒口4正下方設(shè)置補(bǔ)貼5，下法蘭2內(nèi)側(cè)鋪設(shè)暗冒口，在下法蘭2與暗冒口之間鑄件外腔的中間壁薄設(shè)置一圈冷鐵6。鑄件經(jīng)過后序無損檢測驗(yàn)證，在鑄件外側(cè)的兩冷鐵6根部之間產(chǎn)生穿透性裂紋的頻率較高，在冷鐵與補(bǔ)貼之間也存在面積性的縮松區(qū)域7。

經(jīng)分析裂紋產(chǎn)生的原因：在鑄件型腔外側(cè)中間壁薄處放置的冷鐵6，使中間壁薄處形成凝固的末端區(qū)，優(yōu)先凝固，延長補(bǔ)縮距離，防止鑄件縮松產(chǎn)生。但鑄件材質(zhì)為高碳鋼，材質(zhì)脆硬，在冷鐵的強(qiáng)激冷作用下急劇收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于冷鐵根部的薄壁厚度小，故此處的組織容易撕裂產(chǎn)生裂紋。而縮松產(chǎn)生的原因?yàn)椋鸿T件的壁厚為沿軸向兩端厚中間薄，鑄件凝固后期，中間薄壁處受到兩端厚大部位凝固收縮的影響產(chǎn)生拉應(yīng)力，如圖3所示，拉應(yīng)力超過組織此時(shí)的抗拉強(qiáng)度，中間壁薄處的組織被應(yīng)力拉出細(xì)小的空洞，而產(chǎn)生縮松。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中上述高碳鋼材料的大型薄壁環(huán)形鑄鋼件鑄造中容易出現(xiàn)裂紋和縮松的缺陷，提供一種高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)，以克服上述缺陷。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)，在鑄件的薄壁型腔內(nèi)側(cè)靠近最薄壁厚處間隔設(shè)有環(huán)形冷卻通道，所述環(huán)形冷卻通道設(shè)有延伸至砂箱外的進(jìn)氣管和出氣管，所述進(jìn)氣管與壓縮氣源連通；在鑄件的薄壁型腔外側(cè)貼設(shè)若干與鑄件型腔連接的拉筋，所述拉筋的長度方向沿環(huán)形薄壁的軸向設(shè)置。

本實(shí)用新型的澆注冷卻系統(tǒng)具有如下有益效果：1)在鑄件的薄壁型腔內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置環(huán)形冷卻通道以代替冷鐵，對薄壁處進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，解決了薄壁處的裂紋缺陷；2）不額外設(shè)置補(bǔ)貼，而是在鑄件中間薄壁處外側(cè)增加拉筋，減小中間薄壁處的拉應(yīng)力，同時(shí)由于拉筋先凝固，中間薄壁處的熱量通過拉筋散發(fā)出去，使中間薄壁處快速凝固，從而防止鑄件薄壁部位產(chǎn)生縮松區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，不設(shè)置補(bǔ)貼結(jié)構(gòu)，不僅增加了鑄件的出品率，同時(shí)有效減小后序?qū)ρa(bǔ)貼進(jìn)行切割、氣刨的工作量。

為進(jìn)一步促進(jìn)薄壁部位的均勻冷卻凝固，所述環(huán)形冷卻通道包括沿薄壁型腔軸向間隔排列的數(shù)層弧形的冷卻管，各冷卻管側(cè)壁與薄壁型腔相對的側(cè)壁之間距離為40—50mm,所述冷卻管的進(jìn)口端和出口端分別通過多通接頭使各冷卻管并聯(lián)連接；所述多通接頭包括聯(lián)集管和聯(lián)集管側(cè)壁垂直設(shè)置的若干分支接頭，所述分支接頭分別與各冷卻管連接，所述聯(lián)集管的一端封閉另一端與進(jìn)氣管或出氣管連接。本結(jié)構(gòu)的環(huán)形冷卻通道，澆注冷卻時(shí)向環(huán)形冷卻通道的各冷卻管內(nèi)通入壓縮氣體，可以將薄壁部位鋼水凝固的熱量快速帶走。

為進(jìn)一步精確控制冷卻凝固的速度，所述冷卻管的內(nèi)徑為25—30mm，各冷卻管側(cè)壁與薄壁型腔相對的側(cè)壁之間距離為40—50mm, 各相鄰冷卻管的間距為15-20mm,最外側(cè)的兩冷卻管外壁之間的最大距離為鑄件最薄處壁厚度的1.5—2倍。

為克服鑄件兩端凝固時(shí)產(chǎn)生的向兩端的收縮拉應(yīng)力對鑄件中間薄壁部位的拉應(yīng)力作用，所述拉筋等間距均勻排布設(shè)置在鑄件壁厚最薄處的外周，每個(gè)拉筋的厚度為鑄件最薄壁厚的0.25—0.3倍；所述拉筋沿鑄件軸向的長度為鑄件薄壁部份軸向長度的0.3—0.4倍；所述拉筋遠(yuǎn)離薄壁的外側(cè)呈弧形，拉筋沿鑄件徑向的最大尺寸與鑄件的最薄壁厚相等。

本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種采用上述高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)的冷卻方法，具體為在鑄件澆注過程中向澆注口加入鐵水后，經(jīng)進(jìn)氣管開始連續(xù)向環(huán)形冷卻通道內(nèi)通入壓力為1.3MPa的常溫壓縮氣體，所述壓縮氣體連續(xù)通入時(shí)間與鑄件最薄的薄壁部位的凝固時(shí)間相等。

附圖說明

圖1為大型薄壁環(huán)形鑄件的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的大型薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻工藝圖。

圖3為采用現(xiàn)有技術(shù)中的澆注冷卻工藝鑄件中間的薄壁部位冷卻時(shí)受拉應(yīng)力產(chǎn)生縮松的受力狀態(tài)示意圖。

圖4本實(shí)用新型的高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)的環(huán)形冷卻通道的布置圖。

圖5為環(huán)形冷卻通道的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為多通接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為鑄件外壁布置拉筋的示意圖。

圖8為拉筋的局布視圖。

其中，1 上法蘭；2下法蘭；3環(huán)形薄壁部位；4明冒口；5補(bǔ)貼；6冷鐵；7縮松區(qū)域；8環(huán)形冷卻通道；9進(jìn)氣管；10出氣管；11多通接頭；11A聯(lián)集管；11B分支接頭；12拉筋。

具體實(shí)施方式

如圖4—圖8所示，為本實(shí)用新型的高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，在鑄件的薄壁型腔內(nèi)側(cè)靠近最薄壁厚處間隔設(shè)有環(huán)形冷卻通道8，該環(huán)形冷卻通道8設(shè)有延伸至砂箱外的進(jìn)氣管9和出氣管10，進(jìn)氣管9與壓縮氣源連通；在鑄件的薄壁型腔外側(cè)貼設(shè)若干與鑄件型腔連接的拉筋12，拉筋12的長度方向沿環(huán)形薄壁的軸向設(shè)置。

為進(jìn)一步促進(jìn)薄壁部位的均勻冷卻凝固，上述環(huán)形冷卻通道8包括沿薄壁型腔軸向間隔排列的數(shù)層弧形的冷卻管，為防止冷卻管受熱變形，各冷卻管側(cè)壁與薄壁型腔相對的側(cè)壁之間距離為40—50mm,冷卻管的進(jìn)口端和出口端分別通過多通接頭11使各冷卻管并聯(lián)連接；該多通接頭11包括聯(lián)集管11A和聯(lián)集管11A側(cè)壁垂直設(shè)置的若干分支接頭11B，連接時(shí)，各分支接頭11B分別與各冷卻管端部連接，聯(lián)集管11A的一端封閉另一端與進(jìn)氣管或出氣管連接。本結(jié)構(gòu)的環(huán)形冷卻通道，澆注時(shí)，向環(huán)形冷卻通道8的各冷卻管內(nèi)通入壓縮氣體，可以將薄壁部位鋼水凝固的熱量快速帶走。

為進(jìn)一步精確控制冷卻凝固的速度，冷卻管的內(nèi)徑為25—30mm，各冷卻管側(cè)壁與薄壁型腔相對的側(cè)壁之間距離為40—50mm,各相鄰冷卻管的側(cè)壁間距為15-20mm,最外側(cè)的兩冷卻管外壁之間的最大距離為鑄件最薄處壁厚度的1.5—2倍。鑄件的大型薄壁環(huán)部位澆注凝固時(shí)鐵水的凝固速度不能過快也不能太慢，凝固過快會導(dǎo)致鑄件內(nèi)應(yīng)力增大，容易產(chǎn)生裂紋，凝固過慢會導(dǎo)致鑄件凝固時(shí)溫度過小，容易產(chǎn)生縮松，冷卻管布置的間距、數(shù)量及冷卻管內(nèi)通道尺寸的設(shè)置對薄壁部位的凝固時(shí)間有直接影響，本實(shí)用新型的冷卻通道設(shè)置方式通過控制冷卻管的間距、尺寸和數(shù)量以控制澆注時(shí)的冷卻效果和凝固時(shí)間，以減少鑄件薄壁部位的裂紋缺陷。

為克服鑄件兩端凝固時(shí)產(chǎn)生的向兩端的收縮拉應(yīng)力對鑄件中間薄壁部位的拉應(yīng)力作用，拉筋12等間距均勻排布設(shè)置在鑄件壁厚最薄處的外周，每個(gè)拉筋12的厚度為鑄件最薄壁厚的0.25—0.3倍；拉筋12沿鑄件軸向的長度為鑄件薄壁部份軸向長度的0.3—0.4倍；拉筋12遠(yuǎn)離薄壁的外側(cè)呈弧形，拉筋12沿鑄件徑向的最大尺寸與鑄件的最薄壁厚相等。本實(shí)用新型的拉筋結(jié)構(gòu)，根據(jù)鑄件薄壁部位的尺寸特點(diǎn)為：軸向方向上中間為最薄的部位，向兩端方向，薄壁環(huán)外的輪廓有一定的外擴(kuò)斜度，所以拉筋設(shè)計(jì)成弓形，既可以避免薄壁部位承受拉應(yīng)力，又便于鑄件后期的清理加工。

因此，本實(shí)用新型的澆注冷卻系統(tǒng)，在鑄件的薄壁型腔內(nèi)側(cè)間隔設(shè)置環(huán)形冷卻通道8以代替冷鐵，對薄壁處進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，解決了薄壁處的裂紋缺陷；2）不額外設(shè)置補(bǔ)貼，而是在鑄件中間薄壁處外側(cè)增加拉筋，減小中間薄壁處的拉應(yīng)力，同時(shí)由于拉筋先凝固，中間薄壁處的熱量通過拉筋散發(fā)出去，使中間薄壁處快速凝固，從而防止鑄件薄壁部位產(chǎn)生縮松區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，不設(shè)置補(bǔ)貼結(jié)構(gòu)，不僅增加了鑄件的出品率，同時(shí)有效減小后序?qū)ρa(bǔ)貼進(jìn)行切割、氣刨的工作量。

鑄件澆注時(shí)，采用本實(shí)用新型的上述高碳鋼薄壁環(huán)形鑄件的澆注冷卻系統(tǒng)的冷卻方法，具體為在鑄件澆注過程中向澆注口加入鐵水后，經(jīng)進(jìn)氣管9開始連續(xù)向環(huán)形冷卻通道8內(nèi)通入壓力為1.3MPa的常溫壓縮氣體，該壓縮氣體連續(xù)通入時(shí)間與鑄件最薄的薄壁部位的凝固時(shí)間相等。該薄壁部位的凝固時(shí)間可以通過電腦軟件模擬澆注確定。例如，本公司生產(chǎn)的一種該類鑄件，薄壁部位最薄處的厚度為68mm,鑄件的薄壁環(huán)的內(nèi)徑為φ2400，軸向長度為1850，上（下）法蘭盤厚度為150mm，該鑄件經(jīng)電腦軟件模擬澆注，確定薄壁部位的凝固時(shí)間為10小時(shí)左右。