CN111940686B - 一种大型环类铸钢件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种大型环类铸钢件的铸造方法，包括以下步骤：将环类铸件均匀分段造型，铸造出若干段片环铸件，然后将若干段所述片环铸件焊接为整体环类铸件；制作片环砂芯与胎板砂芯，所述胎板砂芯上设置有定位台，在所述定位台的两侧分别装卡匹配的砂芯，相邻所述片环砂芯之间形成片环铸件型腔，各所述片环砂芯依次与所述胎板砂芯装卡组合后分别形成若干个片环铸件型腔；整体方法操作简单易行，安全可靠，避免大型铸件变形大，尺寸难控制的问题；也可避免使用大型矫正辅助设备。同时，本发明铸造方法大幅降低了大型环类铸件因变形引起的尺寸焊补量，节约焊接成本，缩短铸件生产周期。

Description

一种大型环类铸钢件的铸造方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种大型环类铸钢件的铸造方法。

背景技术

大型环类铸钢件直径较大，如某大型环类铸钢件轮廓尺寸为Φ7000mm×1530mm，净重30t，毛重42t，最大壁厚140mm，最小壁厚83mm，铸造这类铸件过程中由于造型地坑、砂箱、抛丸设备、热处理炉设备等尺寸限制而无法整圆铸造，即时能够整圆铸出，在交货后的陆地运输等方面也无法实现。且由于此类铸件轮廓尺寸大，壁厚差异大，因此在铸造、冒口切割、质量热处理过程中，经常存在直径方向变椭圆、高度方向挠曲变形，变形量一般在10～40mm，已超出铸件加工留量，导致局部位置加工黑皮或加工不上；出现偏差矫正很困难，只能通过铸件尺寸划线后，针对铸件缺量部位进行焊补，针对铸件多肉部位进行气刨去除，最后加工到位。以上方法不仅增加了焊接量，还增加了气刨、铲磨、NDT检测等生产成本，而且存在焊接后导致二次变形的风险。如何采用合理的铸造方法铸造大型环类铸钢件，并防止采用上述方法造成一系列铸造缺陷，显著提高大型环类铸钢件的铸造质量丞待解决。

发明内容

基于此，有必要提出一种新型的大型环类铸钢件的铸造方法，这样可防止在铸造过程中产生铸造缺陷，提高环类铸钢件的铸造质量。

一种大型环类铸钢件的铸造方法，包括以下步骤：

造型设计，将环类铸件均匀分段造型，铸造出若干段片环铸件，然后将若干段所述片环铸件焊接为整体环类铸件；由于大型环类铸钢件的直径均比较大，若采用整体铸造，则后续抛丸、热处理、吊运等过程无法实现，且整体运输不方便，因此采用均匀分段造型，然后焊接为整体铸件。

制作片环砂芯与胎板砂芯，所述胎板砂芯上设置有定位台，所述定位台的型线与所述片环砂芯的型线匹配；组合砂芯，根据所述胎板的定位台的型线和所述砂芯的型线，在所述定位台的两侧分别装卡匹配的砂芯，相邻所述片环砂芯之间形成片环铸件型腔，各所述片环砂芯依次与所述胎板砂芯装卡组合后分别形成若干个片环铸件型腔，其中边缘位置的片环砂芯的轮廓分别与相配合的片环砂芯形成一个完整的片环铸件型腔，中间位置的片环砂芯的两侧轮廓分别形成片环铸件的两个侧面轮廓，即相邻的片环砂芯之间的空间形成片环铸件型腔。所述胎板砂芯主要用于所述片环砂芯定位，若是不制作胎板砂芯，片环砂芯全部下芯在一个平面上，无法准确定位；通过制作胎板砂芯，预先设置好与片环砂芯相匹配的定位台的型线作为下芯的基准，以实现片环砂芯的准确下芯位置。

作为本发明进一步的方案，所述胎板砂芯的定位台上设置有内浇口；为了保证内浇口能够准确的对准片环铸件型腔，避免浇注过程中冲砂，在制作胎板砂芯时在定位台设计内浇口，这样可以显著提高内浇口的位置准确度。

作为本发明进一步的方案，将片环砂芯划分为若干片环砂芯块；为了防止由于片环砂芯过于细长，导致强度较低、吊运不便的问题，可将片环砂芯划分若干片环砂芯块，按照预定顺序逐个下芯。

作为本发明进一步的方案，所述片环砂芯的厚度为950mm～1000mm；这样可保证片环砂芯有足够的强度。

作为本发明进一步的方案，造型设计过程中，在相邻所述片环铸件之间设置若干第一拉筋；所述第一拉筋的直径优选为100mm，可上下布置两层，这样可有效的加强各片环铸件的刚度；所述第一拉筋可直接浇注出。

作为本发明进一步的方案，靠近结合面处的片环铸件的弧度内侧设置第二拉筋；所述第二拉筋的弯曲度小于或等于50mm，其直径优选为120mm；这样可增加片环铸件的刚度，防止片环铸件铸造变形。

作为本发明进一步的方案，所述铸造方法还包括以下步骤：组合砂芯完成后，进行浇注，浇注采用底返式浇注工艺，浇注时速度控制在0.45～0.60m/s，且保证每个内浇口进流速度均匀，这样可有效的保证浇注液面平稳上升。

作为本发明进一步的方案，所述铸造方法还包括以下步骤：浇注完成后，进行切割浇冒***，将浇注完成后的片环铸件打箱落砂后，保留若干所述片环铸件上的所有拉筋，且在所述第二拉筋之间设置竖直支撑拉筋，使所有拉筋与所述片环铸件作为一个整体进行热处理；所述竖直拉筋的直径为80mm～100mm，可防止所述第二拉筋变形带动片环铸件变形；热处理完成后，待片环铸件整体温度低于60℃后，割除各个拉筋，并进行片环铸件的表面清理；若是温度高于60℃，在冷却收缩过程中，所述片环铸件尺寸会发生变化或者发生变形，因此，温度低于60℃，才可将所有拉筋割除。

作为本发明进一步的方案，所述铸造方法还包括以下步骤：所述片环铸件表面清理完成后，若是需要缺陷焊接，在焊接前，在所述片环铸件结合面处焊接至少两个防变形拉筋，所述防变形拉筋平直，最大弯曲度小于等于50mm，增设防变形拉筋防止焊接缺陷时所述片环铸件变形；再采用随片环形状的预热管整体将铸件均匀缓慢预热至预热温度，预热升温速度≤50℃/h,预热时火焰长度控制在≤200mm范围内。并将待焊接区域划分为100*50mm方格，焊接时采用分块对称焊接方式进行，且要求焊接的两个方格间距大于800mm，以减少因热量过于集中而产生的焊接变形，整体焊接完成后片环立即进行焊后热处理，达到降低焊接应力稳定片环尺寸的目的，降低片环二次变形的几率，降低返修次数。

采用上述大型环类铸钢件的铸造方法，使中小型铸造企业生产大型环类铸件成为可能，降低生产瓶颈，整体方法操作简单易行，安全可靠，避免大型铸件变形大，尺寸难控制的问题；也可避免使用大型矫正辅助设备。同时，本发明铸造方法大幅降低了大型环类铸件因变形引起的尺寸焊补量，节约焊接成本，缩短铸件生产周期。

附图说明

图1为实施例中的片环砂芯结构示意图；

图2为实施例中的胎板砂芯结构示意图；

图3为实施例中的若干片环砂芯组合结构示意图；

图4为实施例中的片环砂芯划分若个片环砂芯块结构示意图；

图5为实施例中的设置拉筋结构示意图；

100-片环砂芯；200-胎板砂芯；300-第一拉筋；400-第二拉筋；101-砂芯一；102-砂芯二；103-砂芯三；104-砂芯四；1000-片环砂芯的型线；201-定位台；202-内浇口；2010-定位台的型线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本实施例以某大型环类铸钢件为例，轮廓尺寸为Φ7000mm×1530mm，净重30t，毛重42t，最大壁厚140mm，最小壁厚83mm；其铸造方法包括以下步骤：

造型设计，将此环类铸件均匀分为3段进行造型，铸造出3段片环铸件，让后将这3段片环铸件焊接为一个整体的铸件。

制作片环砂芯100与胎板砂芯200，请参见附图1至3所示，其中片环砂芯100的厚度优选为950mm～1000mm，胎板砂芯200上设置有定位台201，定位台的型线2010与片环砂芯的型线1000匹配，且数量与片环铸件的数量相等，即定位台201的数量少为3个；组合砂芯，其中片环砂芯100包括砂芯一101、砂芯二102、砂芯三103、砂芯四104，根据胎板的定位台的型线2010和砂芯的型线，在定位台201的两侧分别依次装卡砂芯一101、砂芯二102、砂芯三103、砂芯四104，相邻砂芯一101、砂芯二102、砂芯三103、砂芯四104之间形成片环铸件型腔，共计3个片环铸件型腔，其中砂芯一101和砂芯四104的轮廓分别与相配合的砂芯二102、砂芯三103形成一个完整的片环铸件型腔，砂芯二102和砂芯三103的两侧轮廓分别形成片环铸件的两个侧面轮廓，即相邻的砂芯二102和砂芯三103之间的空间形成片环铸件型腔。

具体地，为了保证内浇口202能够准确的对准片环铸件型腔，避免浇注过程中冲砂，在制作胎板砂芯200时在定位台201设计内浇口202。

为了防止由于片环砂芯100过于细长，导致强度较低、吊运不便的问题，将片环砂芯100划分3个片环砂芯100块，按照预定顺序依次下芯，请参见附图4所示。

组合砂芯完成后，进行浇注，在浇注过程中，采用底返式浇注工艺，浇注时速度控制在0.45～0.60m/s，且保证每个内浇口202进流速度均匀，这样可有效的保证浇注液面平稳上升。

在造型设计过程中，还包括以下步骤：在相邻片环铸件之间设置若干第一拉筋300；第一拉筋300的直径优选为100mm，可上下布置两层，这样可有效的加强各片环铸件的刚度；第一拉筋300可直接浇注出。进一步地，靠近结合面处的片环铸件的弧度内侧设置第二拉筋400；第二拉筋400的弯曲度小于或等于50mm，其直径优选为120mm；这样可增加片环铸件的刚度，防止片环铸件铸造变形，请参见附图5所示。

浇注完成后，进行切割浇冒***，在切割浇冒***过程中，将浇注完成后的片环铸件打箱落砂后，保留若干片环铸件上的所有拉筋，且在第二拉筋400之间设置竖直支撑拉筋，使所有拉筋与片环铸件作为一个整体进行热处理；竖直拉筋的直径为80mm～100mm，可防止第二拉筋400变形带动片环铸件变形；热处理完成后，待片环铸件整体温度低于60℃后，割除各个拉筋，并进行片环铸件的表面清理；若是温度高于60℃，在冷却收缩过程中，片环铸件尺寸会发生变化或者发生变形，因此，温度低于60℃，才可将所有拉筋割除。

片环铸件表面清理完成后，若是需要缺陷焊接，在焊接前，在片环铸件结合面处焊接至少两个防变形拉筋，防变形拉筋平直，最大弯曲度小于等于50mm，增设防变形拉筋防止焊接缺陷时片环铸件变形；再采用随片环形状的预热管整体将铸件均匀缓慢预热至预热温度，预热升温速度≤50℃/h,预热时火焰长度控制在≤200mm范围内。并将待焊接区域划分为100*50mm方格，焊接时采用分块对称焊接方式进行，且要求焊接的两个方格间距大于800mm，以减少因热量过于集中而产生的焊接变形，整体焊接完成后片环立即进行焊后热处理，达到降低焊接应力稳定片环尺寸的目的，降低片环二次变形的几率，降低返修次数。

采用上述大型环类铸钢件的铸造方法，可单个铸造出1件片环铸件，也可同时铸造出若干件片环铸件，即可同时铸造出可形成一个整体环类铸件的若干件片环铸件，然后将片环铸件焊接为一个整体的环类铸件，在造型过程、切割浇冒***过程及缺陷焊补过程中，按照本发明提供的操作步骤进行，操作过程安全可靠，可有效的避免大型环类铸件铸造变形大、尺寸难控制的问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

造型设计，将环类铸件均匀分段造型，铸造出若干段片环铸件，然后将若干段所述片环铸件焊接为整体环类铸件；在造型时，在相邻所述片环铸件之间设置若干第一拉筋，靠近结合面处的片环铸件的弧度内侧设置第二拉筋；

制作片环砂芯与胎板砂芯，所述胎板砂芯上设置有定位台，所述定位台的型线与所述片环砂芯的型线匹配；

组合砂芯，根据所述胎板砂芯的定位台的型线和所述片环砂芯的型线，在所述定位台的两侧分别装卡匹配的所述片环砂芯，相邻所述片环砂芯之间形成所述片环铸件型腔，各所述片环砂芯依次与所述胎板砂芯装卡组合后分别形成若干所述片环铸件型腔；

浇注完成后，进行切割浇冒***，将浇注完成后的片环铸件打箱落砂后，保留所述第一拉筋和所述第二拉筋，且在所述第二拉筋之间设置竖直支撑拉筋，使所述第一拉筋、所述第二拉筋、所述竖直支撑拉筋与所述片环铸件作为一个整体进行热处理， 热处理完成后，待片环铸件整体温度低于60℃后，割除所述第一拉筋、所述第二拉筋和所述竖直支撑拉筋，并进行片环铸件的表面清理。

2.根据权利要求1所述的大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，所述胎板砂芯的定位台上设置有内浇口。

3.根据权利要求1所述的大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，将所述片环砂芯划分为若干片环砂芯块。

4.根据权利要求1所述的大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，所述片环砂芯的厚度为950mm～1000mm。

5.根据权利要求1所述的大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，所述第二拉筋的弯曲度小于或等于50mm。

6.根据权利要求1至5任一所述的大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法还包括以下步骤：组合砂芯完成后，进行浇注，浇注采用底返式浇注工艺，浇注时速度控制在0.45～0.60m/s。

7.根据权利要求1所述的大型环类铸钢件的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法还包括以下步骤：所述片环铸件表面清理完成后，若是需要缺陷焊接，在焊接前，在所述片环铸件结合面处焊接至少两个防变形拉筋。

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