一种高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置.pdf

本发明公开了一种高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固装置，包括上砂箱、砂芯及底座，上砂箱内装砂芯，上砂箱的底部与底座固定连接，底座包括底座架及冷型，底座架形成一环形槽，该环形槽装入冷型，冷型形成环形水流通道，该水流通道连通进水管与出水管，工作时，冷型的冷却面紧贴铸件的内腔工作面。本发明高锰钢轧臼壁铸件快速凝固装置保证了轧臼壁特别是轧臼壁的重要工作部位在铸造过程中获得晶粒细小且无缩孔、缩松、无夹渣缺陷的铸造组织。

1.  一种高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，包括上砂箱、砂芯及底座，上砂箱内装砂芯，上砂箱的底部与底座固定连接，其特征是：底座包括底座架及冷型，底座架形成一环形槽，该环形槽装入冷型，冷型形成环形水流通道，该水流通道连通进水管与出水管，工作时，冷型的冷却面紧贴铸件的内腔工作面。

2.  如权利要求1所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：冷型的水流通道的朝内侧未封闭，该朝内侧口被底座架的内圆柱体的外壁封住。

3.  如权利要求2所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：冷型与底座架间通过数根螺栓固定连接，螺栓从底座架的底部向上穿伸至冷型的底边。

4.  如权利要求1-3任一项所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：进水管、出水管分别从外界通过底座架后伸入冷型的水流通道，进水管与出水管处于相对两侧。

5.  如权利要求1-3任一项所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：冷型与底座架之间的相触部装入两个密封圈，两个密封圈分别处于冷型的水流通道的朝内侧口上部、下部。

6.  如权利要求1-3任一项所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：冷型的外圈与底座架的外圆柱体间装入推板，工作时，铸件的下端面贴于推板的上部；数根推杆从底座架的底部活动式地伸入，其内端正对推板的下表面，能向上顶推推板。

7.  如权利要求1-3任一项所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：上砂箱的下表面贴合于底座架的上表面，两者相对应地开有定 位孔，通过定位销定位牢固。

8.  如权利要求1-3任一项所述的高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置，其特征是：砂芯通过芯头与底座架的内孔定位，形成轧臼壁的上部分内腔结构，砂芯预埋浇注系统及冒口。

一种高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置
技术领域
本发明属于机械设备制造技术领域，具体涉及一种高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固技术装置。
技术背景
圆锥破碎机是冶金、化工、建材、水电、矿山、交通建设等工业部门对不同硬度的各种矿石或岩石进行破碎和细碎的一种机械设备，具有结构可靠、运转平稳、生产效率高、调整方便、产品粒度均匀等特点。其工作原理如图1所示，其中，件1’为轧臼壁、件2’破碎壁、件3’为锥齿轮、件4’为偏心摆动机构。
在破碎机中，轧臼壁与破碎壁是设备运转过程中的两个关键部件，破碎机工作时，这两个工件受到破碎物料的挤压、冲击与磨损，从而迅速失效，故其工作寿命决定设备的品质质量与工作效率，提高轧臼壁与破碎壁的制作质量，特别是提高其耐磨性，从而可以提高破碎机的工作寿命、工作效率，并降低设备损耗。
轧臼壁结构如图2a、2b所示，A部是其重要工作部位。轧臼壁在使用过程中需要有良好的抗冲击性能及抗磨损性能，因此常用高锰钢材料进行铸造的方法生产轧臼壁，但高锰钢是一种本质粗晶粒金属材料，且因热处理过程无相变，无法通过热处理细化晶粒，所以高锰钢铸件除要求铸件无缩孔、缩松、夹杂物等铸造缺陷外，铸造原始组织中的晶粒度大小对铸件抗冲击性能及抗耐磨性能产生重要的影响，对于轧臼壁来说，获得晶粒细小、无缩孔缩松和夹渣等缺陷的铸造组织，是铸造生产过程中的难题。
现有轧臼壁铸造工艺方案中，最普遍采用的是砂型铸造技术，图3a、3b显示了两种不同的铸造方案，图3a、3b中，1’-浇注系统、2’－补缩冒口、3’－型砂、4’－轧臼壁(铸件)、5’－上砂箱、6’－下砂箱。图3a中，轧臼壁铸造时的方位与工作时相同，工作部位在铸件下部，但由于工作部位铸件比较厚，铸件上部较薄，在凝固时铸件上部先凝固，下部后凝固，下部后凝固时由于得不到上部金属的补缩，必定在铸件下部工作部位产生缩孔缩松。因此，铸件工作部位不可避免地存在缩孔缩松缺陷，影响使用性能与工作寿命。
图3b中，铸件工作部位朝上，利用冒口对铸件工作部位进行补缩，可以实现铸件从下至上的顺序凝固，避免铸件产生缩孔缩松缺陷，但由于铸件工作部位在上且与冒口接触，根据金属凝固原理，凝固过程中夹杂物向上浮动，及夹杂物最后凝固部位聚集这一特性。则铸件工作部位夹杂物比较多，此时铸件的重要工作部位在铸件上部，属于最后凝固部位，铸件凝固时间比较长，因而晶粒粗大。因此，铸件工作部位可能无缩孔缩松缺陷，但因晶粒粗大，夹杂物多，铸件工作时的抗冲击性能与抗磨损性能必定较差。
发明内容
从以上分析可以可知，单纯的砂型铸造难以获得高质量的高锰钢轧臼壁铸件，为解决这一铸造难题，本发明提供了一种高锰钢轧臼壁铸件快速凝固装置，本发明保证了轧臼壁特别是轧臼壁的重要工作部位在铸造过程中获得晶粒细小且无缩孔、缩松、无夹渣缺陷的铸造组织。
为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：高锰钢轧臼壁铸件快速顺序凝固装置，包括上砂箱、砂芯及底座，上砂箱内装砂芯，上砂箱的底部与底座固定连接，底座包括底座架及冷型，底座架形成一环形槽，该环形槽装入冷型， 冷型形成环形水流通道，该水流通道连通进水管与出水管，工作时，冷型的冷却面紧贴铸件的内腔工作面。
优选的，冷型的水流通道的朝内侧未封闭，该朝内侧口被底座架的内圆柱体的外壁封住。
优选的，冷型与底座架间通过数根螺栓固定连接，螺栓从底座架的底部向上穿伸至冷型的底边。
优选的，进水管、出水管分别从外界通过底座架后伸入冷型的水流通道，进水管与出水管处于相对两侧。
优选的，冷型与底座架之间的相触部装入两个密封圈，两个密封圈分别处于冷型的水流通道的朝内侧口上部、下部。
优选的，冷型的外圈与底座架的外圆柱体间装入推板，工作时，铸件的下端面贴于推板的上部；数根推杆从底座架的底部活动式地伸入，其内端正对推板的下表面，能向上顶推推板。
优选的，上砂箱的下表面贴合于底座架的上表面，两者相对应地开有定位孔，通过定位销定位牢固。
优选的，砂芯通过芯头与底座架的内孔定位，形成轧臼壁的上部分内腔结构，砂芯预埋浇注系统及冒口。
本发明涉及一种圆锥破碎机上重要铸件—轧臼壁铸造的一种新工艺技术装置，该技术方案与现有砂型铸造技术相比，在铸件重要工作部位采用强制冷却技术，使铸件重要部位在凝固过程中获得细晶粒组织的同时，实现了顺序凝固，避免铸件产生缩孔、缩松及夹杂物缺陷，从根本上解决了轧臼壁铸造的品质质量。经试验表明，该技术方案生产的轧臼壁，其使用寿命是普通砂型铸造方法的1.5∽2倍。
附图说明
图1是圆锥破碎机工作原理图。
图2a、2b是轧臼壁结构图。
图3a、3b是轧臼壁砂型铸造的两种现有方案。
图4是本发明装置生产结构原理图。
图5是底座及推松机构的装配关系图。
图6a、6b是底座及推松机构的装配关系结构分解图。
图7a、7b是外模结构图。
图8a、8b是上砂箱造型制作图。
图9a、9b是砂芯制作图。
图10a、10b是芯盒结构图。
图11是铸件推松状态图。
图4-11中，1－进水管、2－螺栓、3－密封圈、4－浇注系统、5－砂芯、6－冒口、7－出水管、8－推杆、9－底座架、10－定位销、11－推板、12－冷型、13－轧臼壁(铸件)、14－上砂箱、15－泡沫吊耳、16－造型外模、17－型砂、18－制芯填充砂、19－芯盒、20－制芯底板、21－夹紧楔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
如图4所示，本实施例装置包括上砂箱14、砂芯5、底座及推松机构，底座包括底座架9及冷型12，底座架9形成一环形槽9-1，该环形槽装入冷型12，冷型 12内侧形成朝内侧未封闭的环形水流通道12-1，水流通道的朝内侧口被底座架9的内圆柱体9-2的外壁封住，冷型12与底座架9间通过数根螺栓2固定连接，螺栓2从底座架9的底部向上穿伸至冷型12的底边。冷型12与底座架9之间的相触部装入密封圈3，密封圈3可以装两个，分别处于冷型12的水流通道12-1的朝内侧口上下部。冷型12的朝上外壁与轧臼壁(铸件)13的朝内下外壁相适配。
进水管1、出水管7分别从外界通过底座架9后伸入冷型12的水流通道12-1，进水管1与出水管7处于相对两侧。
冷型12的外圈与底座架9的外圆柱体9-3间装入推板11。冷型12的上表面与底座架9的内圆柱体9-2的上表面持平，推板11的上表面与底座架9的外圆柱体9-3的上表面持平。轧臼壁(铸件)13的下端面贴于推板11的上部。数根推杆8从底座架9的底部活动式地伸入，其内端正对推板11的下表面，从而能向上顶推推板11。
上砂箱14的下平面与底座架9的上表面贴合，两者相对应地开有定位孔，通过定位销10定位。
砂芯5通过芯头5-1与底座架9的内孔9-4定位，形成轧臼壁的上部分内腔结构，砂芯5预埋浇注系统4及冒口6，浇注系统4及冒口6均延伸至铸件13的成型处。
冷型12通过进水管1、出水管7构成强制冷却系统，在铸件凝固过程中，轧臼壁在重力的作用下内腔工作面紧贴冷型冷却面，促使冷型持续保持对轧臼壁凝固过程中的冷却能力。
冷型12由纯铜材料制作，具有良好的导热系数。构成铸件强制冷却效果的冷型12通过连接螺栓与密封环与底座架连接在一起，使铸件在重要工作部位获得细小晶粒的同时，实现凝固，避免缩孔缩松缺陷。
推松机构安装在底座中，其包括推杆及推板，底座与推松机构的装配关系 如图5所示，其三维装配关系如图6a、6b所示。
上砂箱由外模直接造型，外模与轧臼壁外型相对应，采用金属模，其结构如图7a、7b所示，套上砂箱后填砂造型，型腔中轧臼壁的吊耳采用泡沫活块15，泡沫活块不取模，浇注时在高温下气化。
工艺所需的冒口6及浇注通道4由相应的保温冒口套及耐火管构成，造型时直接埋入砂型中，造型过程如图8a、8b所示。
砂芯与冷型形成轧臼壁的内腔结构，其中砂芯形成轧臼壁上部的内腔结构，浇注系统直由耐火管埋入砂芯中直接构成浇注系统通道，其中直浇道应在砂芯中的正中央，并与上砂箱的耐火管位置相对应。
砂芯由芯盒填砂造型，其造型操作如图9a、9b所示，芯盒19结构如图10a、10b所示，芯盒由两半部相对拼接而成，两半部形成相对应的两凸耳，造型时两两相对应的凸耳采用楔形夹板21夹紧。
在底座、砂芯及上砂箱合箱构成型腔后，通过浇注系统浇注金属液，金属液凝固时，由于冷型在冷却水的作用下，保持较低的温度和强大的吸热能力，使轧臼壁重要工作部位的厚壁部分在冷型的作用下迅速凝固，至使铸件底部因快速冷却还获得较高的过冷度，根据金属凝固的动力学原理，冷却速度越快，过冷度越大，此时晶粒越细小，从而保证轧臼壁工作部位获得细小的晶粒。
铸件工作部位虽为厚壁部分，但由于冷型的导热与吸热能力还迅速凝固，而铸件上部因与砂型接触，导热能力与冷却能力均较差，凝固较慢，从而可以保证从下至上进行顺序凝固，上部对下部有良好的补缩能力，最终夹杂物上浮进入铸件上部非工作部位与冒口内，使铸件工作部位获得无缩孔、缩松与夹杂物缺陷组织，且晶粒细小。因而，可以保证获得高品质轧臼壁铸件。
铸件凝固完毕后进入收缩阶段时，由于冷型对铸件收缩产生阻碍作用，故 在底座设计推松机构，推松机构由推板11与推杆8构成，工作时给推杆施加一个向上的推力，推杆8推动推板11向上一个距离，使铸件与冷型松开，如图11所示，保证铸件自由收缩，防止铸件开裂。
通过本发明装置生产轧臼壁铸件，与传统的砂型铸造技术相比，具有以下优点：
1、铸件工作晶粒细小，避免缩孔、缩松缺陷，避免夹杂物在铸件工作部位，因而通过本发明装置生产的铸件质量好，使用寿命长，生产实践表明，其使用寿命为同类型普通砂型铸件寿命的1.5～2倍。
2、本发明装置中，底座是永久结构，构成铸件的下箱，铸造造型生产时，只需制作上砂箱及砂芯即可，所需造型操作简单，型砂使用量为少，其型砂使用量只有普通砂型铸造的一半以下，因此造型费用少，成本低。
3、通过本发明装置可以降低工人的劳动强度，同时铸件精度更高，适合于轧臼壁大批量生产。