一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法.pdf

本发明涉及一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，包括制作模具、造型、合箱、浇铸、铸型冷却、铸件清理和热处理，其中，铸型的铸造工艺分型面设在铸齿的上平面，盘车轮的铸齿全部置于下半砂型，盘车轮自带平衡块处于上半砂型，平衡块中放置有内冷铁。采用本发明方法，在保证铸齿质量条件下，能有效防止大型铸齿盘车轮的平衡块部位产生缩孔，提高铸件的材质致密性，对于大型柴油机上的厚大盘车轮来说，采用本发明方法，可减少铸件清理打磨工作量，省去大量机加工工作量，提高生产效率，降低生产成本。

权利要求书
1.  一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，该盘车轮的外形为圆盘形，由外圆和内圆组成，其中铸齿位于外圆的边缘，在外圆上还设有两个圆孔，两个圆孔的圆心间连线过盘车轮的圆心，平衡块为两部分，均位于外圆和内圆之间，并对称列于两个圆孔圆心之间连线的两侧，铸造上述盘车轮的方法包括编造铸造工艺、制作模具、造型、合箱、浇注、铸型冷却、铸件清理和热处理，其特征在于，其详细步骤为：
①铸造工艺中分型面位于带有平衡块的盘车轮的上平面，所述的铸齿位于下半砂型中，平衡块位于上半砂型中，平衡块中放置内冷铁，所述的浇注系统为底注式浇注系统，其中直浇道处于铸件的圆心轴线上，横浇道是位于盘车轮下部的同心圆环，在直浇道与横浇道之间为辐射状设置的多个分横浇道，在分横浇道中设置有集渣包和过滤网，连接横浇道与铸件型腔的为雨淋内浇道，出气冒口设置于盘车轮的最高位置处；
②制作外模、芯盒，并根据平衡块的大小设计内冷铁和芯撑，内冷铁呈肺状，设置于平衡块腔体的内部，所述的芯撑呈圆柱形，在芯撑的中间设有沿轴线的沟槽，所述的芯撑按照用途分为两种，一种支撑于内冷铁和内冷铁之间，另一种支撑于内冷铁和外模之间，设置在每个平衡块中的内冷铁为平行设置的两块，在内冷铁与内冷铁之间、内冷铁与外模之间均设置有所述的芯撑；
③造型、制芯；
④配箱、合箱，预热铸型；
⑤熔炼浇注，浇注完成后铸件在铸型中缓慢冷却；
⑥清理铸件，热处理消除应力。

2.  根据权利要求1所述的一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，其特征在于，在步骤①所述的浇注系统中，直浇道、横浇道、内浇道的横截面的面积比例为1：4：2。

3.  根据权利要求1所述的一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，其特征在于，步骤②所述的内冷铁边缘距离平衡块轮廓的尺寸为100～120mm，内冷块的厚度为80～100mm，在内冷块上设计有两个直径为100～200mm的贯通上下的圆孔，所述内冷铁的总重量为平衡块总重量的1/4～1/3。

4.  根据权利要求1所述的一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，其特征在于，所述步骤③中造型和制芯均采用呋喃树脂自硬砂。

5.  根据权利要求1所述的一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，其特征在于，所述步骤⑤中熔炼采用中频炉，炉料的重量百分配比为：新生铁20％，废钢40％，回炉料40％，最高熔化温度为1500～1520℃，孕育温度为1360～1420℃，孕育剂为75FeSi，加入量占炉料总重量的0.4％，浇注的温度为1300～1330℃。

6.  根据权利要求1或5所述的一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，其特征在于，所述步骤⑤中铸型的冷却时间为6天。

说明书一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法
技术领域
本发明涉及材料成型，具体涉及到一种柴油机上用的大型盘车轮的铸造方式，该种盘车轮上带有平衡块，采用一种方法将平衡块和盘车轮一起铸造出来，在铸造过程中防止其自带平衡块上产生铸造缺陷。
背景技术
盘车轮是船用低速柴油机中的大型带齿圆形厚大件，它的主要功能是柴油机启动盘车。铸件大小￠2500-3500mm，厚度200-900mm，重量15-25吨。盘车轮的主要结构如图1中a和b两幅图所示，图1a是船用柴油机上带有平衡块的盘车轮的结构俯视示意图，图1b是船用柴油机上带有平衡块的盘车轮的结构侧视示意图。由图可知，该船用柴油机上的盘车轮外形呈圆盘形，由同心的外圆和内圆组成。其中，铸齿位于外圆的边缘，在外圆上设有两个圆形通孔，两个圆孔圆心间连线过盘车轮的圆心，平衡块位于外圆和内圆之间，两块平衡块对称列于上述两个圆孔的圆心之间连线的两侧，类似于人体的肺部结构分布。
现有技术中，带有特别厚大平衡块的盘车轮生产方法为：厚大的平衡块单独铸造出来并机械加工，然后与盘车轮组装在一起。由于大型盘车轮对铸齿的质量要求极高，不允许加工后的铸齿表面上存在渣孔、砂孔、气孔、夹杂等铸造缺陷。根据技术规范，该铸件材料为EN-GJL-HB255(HT350)，盘车轮连体附铸试样，其直接放于盘车轮上的齿尖上，与铸件一起浇出，待铸件清理时，将试样取下进行测试，其性能：抗拉强度大于260N/mm2，布氏硬度大于185HB；盘车轮本体齿侧面布氏硬度≥185HB；化学成分名义值C：3.05％，Si：1.5％，Mn：0.9％，P≤0.15％，S≤0.10％，Cu：1.3％。
上述带有特别厚大平衡块的盘车轮铸件的铸造方法是将厚大的平衡块与盘车轮分别铸造、加工，最后组装在一起。此方法的机械加工余量大，加工成本高，生产周期长，操作环节多，十分烦琐。若将厚大的平衡块与盘车轮一起铸出，因壁厚相差十分悬殊，平衡块部位往往产生缩孔等铸造缺陷，越是使用大冒口对平衡块部位进行补缩，缩孔越大，铸造难度极大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术上的不足，提供一种大型铸齿零件在铸造过程中防止自带平衡块产生铸造缺陷的方法。利用本发明的方法来有效防止自带平衡块部位产生缩孔缺陷，提高铸件致密性，同时操作方便，减少工序，提高效率，降低成本。
为了实现上述发明目的，本发明提出的技术方案如下：
一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法，该盘车轮的外形为圆盘形，由外圆和内圆组成，其中铸齿位于外圆的边缘，在外圆上还设有两个圆孔，两个圆孔的圆心间连线过盘车轮的圆心，平衡块为两部分，均位于外圆和内圆之间，并对称列于两个圆孔圆心之间连线的两侧，铸造上述盘车轮的方法包括编造铸造工艺、制作模具、造型、合箱、浇注、铸型冷却、铸件清理和热处理，其详细步骤为：
①铸造工艺中分型面位于带有平衡块的盘车轮的上平面，所述的铸齿位于下半砂型中，平衡块位于上半砂型中，平衡块中放置内冷铁，所述的浇注系统为带有过滤网和集渣包的底注式浇注系统，其中直浇道处于铸件的圆心轴线上，横浇道是位于盘车轮下部的同心圆环，在直浇道与横浇道之间为辐射状设置的多个分横浇道，在分横浇道中设置有集渣包和过滤网，连接横浇道与铸件型腔的为雨淋内浇道，出气冒口设置于盘车轮的最高位置处；
②制作外模、芯盒，并根据平衡块的大小设计内冷铁和芯撑，内冷铁大致呈肺状，设置于平衡块腔体的内部，所述的芯撑呈圆柱形，在芯撑的中间设有沿轴线的沟槽，所述的芯撑按照用途分为两种，一种设置支撑内冷铁和内冷铁，另一种设置于内冷铁和外模之间，设置在平衡块中的内冷铁为平行设置的两块，内冷铁与内冷铁之间、内冷铁与外模之间均设置有所述的芯撑；
③造型、制芯；
④配箱合箱，预热铸型；
⑤熔炼浇注，浇注完成后铸件在铸型中缓慢冷却；
⑥清理铸件，热处理消除应力。
在步骤①所述的浇注系统中，直浇道、横浇道、内浇道的横截面的面积比例为1：4：2。
步骤②所述的内冷铁边缘距离平衡块轮廓的尺寸为100～120mm，内冷块的厚度为80～100mm，在内冷块上设计有两个直径为100～200的贯通上下的圆孔，所述内冷铁的总重量为平衡块总重量的1/4～1/3。
所述步骤③中造型和制芯均采用呋喃树脂自硬砂。
所述步骤⑤中熔炼采用中频炉，炉料的重量百分配比为：新生铁20％，废钢40％，回炉料40％，最高熔化温度为1500～1520℃，孕育温度为1360～1420℃，孕育剂为75FeSi，加入量占炉料总重量的0.4％，浇注的温度为1300～1330℃。
所述步骤⑤中铸型的冷却时间为6天。
由于采用上述技术方案，本发明较现有技术具有如下技术优点：
作为使大型盘车轮的平衡块部位不产生缩孔的一种铸造方法，本发明将内冷铁置于厚大的平衡块部位，平衡了壁厚差，减少了铸件补缩需求，从而获得致密铸件。采用本发明的方法，操作简单，劳动强度减小，生产效率提高，有效消除平衡块上的缩孔，同时，将原先分别铸造、机械加工后组装在一起的带有厚大平衡块的盘车轮制作方法，变成连体铸造，大大减少了机加工工作量，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1a是船用柴油机上带有平衡块的盘车轮的结构俯视示意图。
图1b是船用柴油机上带有平衡块的盘车轮的结构侧视示意图。
图2a是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中浇注系统的设计侧视示意图。
图2b是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中浇注系统的设计俯视示意图。
图3a是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中内冷铁、芯撑的放置俯视示意图。
图3b是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中内冷铁、芯撑的放置侧视示意图。
其中，
1—平衡块        2—圆孔         3—直浇道       4—横浇道
5—分横浇道      6—过滤网       7—集渣包       8—雨淋内浇道
9—芯撑          A—平衡块外模       B—内冷铁
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法做进一步的详细说明，但不能以此来限制本发明的保护范围。
船用低速柴油机上用的盘车轮的外形为圆盘形，盘面上是由外圆和内圆组成的。其中盘车轮的铸齿分布于外圆的圆周边缘，需要与盘车轮一起铸造出来。盘车轮上的平衡块1在盘车轮的一侧，位于外圆和内圆之间，并对称列于两个圆孔2圆心之间连线的两侧。在盘车轮上有两个圆形的通孔即为圆孔2，两个通孔的圆心连线过盘车轮的圆心。两个平衡块1外形为扇形，对称分布于通孔连线的两侧。其主要结构如图1所示，图1a是船用柴油机上带有平衡块的盘车轮的结构俯视示意图，图1b是船用柴油机上带有平衡块的盘车轮的结构侧视示意图。其中左图为俯视图，右图为沿左图箭头的侧剖视图。本发明的方法就是改变以往平衡块和盘车轮分体铸造，然后固定在一起的做法，将平衡块和盘车轮一同铸造出来，并且消除因此可能产生的缩孔等铸造缺陷。
铸件的壁厚越厚，在铸造过程中越是容易产生缩孔等铸造缺陷。为了使得盘车轮上的平衡块不产生缩孔缺陷，本发明的方法中在特别厚大的平衡块部位设置了内冷铁，内冷铁的大小可以根据平衡块大小随形设计，还可以分块设计，并用芯撑支撑在铸型中。内冷铁采用与盘车轮相同配比的熔液浇注而成，并经过喷丸、打磨和烘干后使用。
在铸件开始铸造时，需要首先根据带有平衡块的盘车轮的大小以及形状编制铸造工艺：确立分型面、设计模具和设计浇注系统。
对于型号为RT-flex60C的船用柴油机，其盘车轮的参数如下：铸齿齿顶圆直径为2630mm，齿厚为150mm，主要壁厚476mm，平衡块部位总体厚920mm。
1)按水平分型方法编制盘车轮铸造工艺，盘车轮铸齿全部在下半砂型内，以盘车轮铸齿上平面为分型面。
在铸造上述型号的盘车轮之前，需要编制铸造工艺：分型面位于带有平衡块的盘车轮的上平面，所述的铸齿位于下半砂型中，平衡块1位于上半砂型中，平衡块1中放置内冷铁，所述的浇注系统为带有过滤网6和集渣包7的底注式浇注系统，其中直浇道3处于铸件的圆心轴线上，横浇道4是位于盘车轮下部的同心圆环，在直浇道3与横浇道4之间为辐射状设置的多个分横浇道5，在分横浇道5中设置有集渣包7和过滤网6，连接横浇道4与铸件型腔的为雨淋内浇道8，出气冒口设置于盘车轮的最高位置处。如图2所示，图2a是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中浇注系统的设计侧视示意图，图2b是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中浇注系统的设计俯视示意图。
2)根据盘车轮平衡块的大小进行内冷铁及芯撑设计。
根据平衡块1的大小设计内冷铁B和芯撑，内冷铁B大致呈肺状，如图3a所示，图3a是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中内冷铁、芯撑的放置俯视示意图。上述的内冷铁B设置于平衡块腔体的内部，所述的芯撑9呈圆柱形，在芯撑9的中间设有沿轴线的沟槽，所述的芯撑9按照用途分为两种，一种设置用来支撑内冷铁和内冷铁，另一种设置于内冷铁B和平衡块外模A之间，设置在每个平衡块1中的内冷铁为平行设置的两块，在内冷铁与内冷铁之间、内冷铁与外模之间均设置有所述的芯撑9。
在内冷铁放置于砂型中时，内冷铁边缘距离平衡块轮廓的尺寸为100～120mm，内冷块的厚度为80～100mm，在内冷块上设计有两个直径为100～200mm的贯通上下的圆孔，所述内冷铁的总重量为平衡块总重量的1/4～1/3。上述内冷铁和芯撑的放置如图3b所示，图3b是本发明一种带有平衡块的大型盘车轮的铸造方法中内冷铁、芯撑的放置侧视示意图。
3)按铸造工艺图纸要求制作外模、芯盒。
4)采用呋喃树脂自硬砂造型、制芯。按顺序下好铸齿坭芯，下好盘车轮中心孔坭芯，在平衡块部位放好内冷铁及芯撑后，吸净型腔内的散砂、积灰，合箱；
5)用铸型热风预热铸型，做好浇注前准备工作。
6)熔炼浇注。炉料配比：新生铁20％+废钢40％+回炉料40％，采用中频炉进行熔炼，最高熔化温度为1500-1520℃，孕育温度为1360-1420℃，孕育剂为75FeSi，孕育剂的加入量占炉料总重量的0.4％，浇注温度为1300-1330℃；
7)浇注后铸件在铸型中缓慢冷却6天后开箱；
8)铸件清理，去除浇口、冒口、披缝；
9)铸件进行常规热处理，消除应力；
采用本发明的方法铸造的盘车轮，能够有效地防止平衡块部位产生缩孔缺陷，获得致密件。