CN114406195A - 一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电梯制动盘铸造技术领域，本发明提供了一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，包括以下几个步骤：步骤S1、工艺设计，步骤S2、模具制作，步骤S3、砂箱制作，步骤S4、真空造型，步骤S5、浇注等步骤，本发明的有益效果在于通过真空密封铸造球铁轮毂生产实践发现，真空密封铸造生产球铁轮毂一方面存在生产控制难点多，但通过对真空密封铸造的***化研究，如模具、熔炼、工艺等，也可以获得稳定的球铁轮毂铸件；另一方面真空密封铸造生产球铁轮毂具有诸多优点，主要体现在生产成本低、铸件表面质量高、精度高、打磨量小及环保等方面。

Description

一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法

技术领域

本发明属于电梯制动盘铸造技术领域，具体而言，涉及一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法。

背景技术

随着社会的不断发展，对电梯的需求量大幅度提升，电梯相关铸件的需求量也日益加大。电梯制动盘作为电梯主轴两端的安装件，使用前必须通过安装试车，要求百分百合格才可以投入使用。

由于其容易产生缩孔缩松缺陷，长期以来大都采用铁模覆砂铸造工艺生产以保证产品质量。但铁模覆砂铸造工艺有以下几个方面的缺点，一是由于该工艺生产需要一定的拔模斜度，使得铸件后续加工量增加，花费较大；二是由于该工艺铸型对铸件的激冷作用，使得铸件硬度偏高，大约为160-210HB,加大了铸件加工难度。三是由于该工艺的模具是一件一模，整个生产线需要大批量模具；四是由于该工艺大多使用有机树脂砂，在浇注过程中，散发出大量的含氮化合物,硫化物，二氧化硫等气体，不仅恶化了铸造生产劳动条件，还严重地污染了环境。相比较而言，真空密封铸造工艺生产过程中使用了一层光滑的EVA薄膜，使得拔模斜度几乎为零，铸件加工量减小；同时，由于真空密封铸造使用干砂真空成型，对铸件激冷作用较小，表面约为硬度140-160HB,使得铸件切削性能更好。而且，采用真空密封铸造的方法只需要一套木模，较铁模覆砂工艺成本呈数十倍的减少。真空密封铸造是通过真空制作砂型，绿色环保，工作环境好。因此，我们尝试采用真空密封铸造生产电梯球铁轮毂，并取得成功。

发明内容

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，包括以下几个步骤：

步骤S1、工艺设计，对电梯制动盘这种具有深凹槽的球铁件进行的工艺优化设计，采用“无冒口”设计，在电梯制动盘中心上方设置的方形冒口主要用于排气，也保证了铸件后处理大大减少；方形冒口下面采用砂芯，保证了电梯制动盘无拔模度成型和脱模的安全性；

步骤S2、模具制作，针对电梯制动盘真空密封铸造工艺设计了木模，为了保证电梯制动盘的成型，优化了模具的精度为±0.3mm误差值，在重要加工部位保存了原有3mm的加工余量，非重要区域的加工余量最低较少到1mm，木制模具使用寿命提高的同时也提高了铸件成型精度；

步骤S3、砂箱制作，通过调整真空管道，在现有设备的基础上加大了真空度，增加了真空管的数量和布局，真空管主要采用具有许多孔洞的不锈钢管制作，提高使用寿命，且在各真空管横向端部均采用管堵头密封，用于提高铸型真空度，在真空管的表面通过不锈钢网完全包裹，防止砂子进入真空***，各真空管均通过管接头连通，从而满足一箱多件多品种球铁轮毂生产的真空需求；

步骤S4、真空造型，上砂箱内设置有薄壁均匀部位外腔和轴端盖外腔，上砂箱设置有直浇道和浇口，下砂箱设置有薄壁均匀部位内腔和轴端盖内腔，下砂箱的分型面上设置有横浇道，上下砂箱为一箱多件砂箱，具有多个型腔，合箱后在易产生缺陷的部位设置冷铁，选用指定的滑石粉和涂料获得表面质量良好，加工余量小的铸件；

步骤S5、浇注，熔炼原料为80％的废钢和20％的回炉料，合理控制加料顺序和浇注时间，并通过铁水烫包、盖包法球化、降温三步工艺完成；

步骤S51、铁水烫包，铁水熔炼温度在1480～1520℃时，将铁水倾倒入浇包中进行烫包处理，将浇包预热后铁水倒回电炉，出铁水前对炉内铁水进行一次除渣操作，出铁水后烫包过程中对铁水再进行一次除渣操作；

步骤S52、盖包法球化，铁水在1480～1500℃转入球化包进行球化，球化包内按一定比例放入球化剂、硅铁和覆盖剂并捣实，在从球化包转入浇注包过程中进行第一次孕育；

步骤S53、降温浇注，将铁水温度降低并进行扒渣操作，当铁水到达特定温度时进行浇注，并伴随第二次孕育以获得较好的孕育效果。

进一步的，所述步骤S53中，特定温度的范围值为1360～1380℃。

进一步的，所述步骤S4中，选用指定的滑石粉和涂料方便分模，为了保证浇注节奏的调节和电梯制动盘的补缩、成型，直浇道采用了一定直径的陶瓷管，配合一定流量的横浇道和内浇道，保证铁液充型速度和流量，且浇口窝采用陶瓷浇口窝，并在制动盘的热节部位和厚大部位的砂层中设置间接外冷铁，有效的控制制动盘在这些重要部位缺陷的产生。

进一步的，所述内浇道的高度为8～10mm，所述接外冷铁为呈圆形结构，且设置于制动盘的热节部位和厚大部位与铸件间隔5-10mm砂层的位置处。

进一步的，所述步骤S4中，采用70～140目的干砂，并在0.04～0.06MPa负压条件下制作上下砂型。

进一步的，所述步骤S5中，生产浇注时间范围需控制在40～60秒。

进一步的，所述步骤S5中，所述加料顺序根据先后顺序依次为：废钢、增碳剂、回炉料以及铁合金。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果在于通过真空密封铸造球铁轮毂生产实践发现，真空密封铸造生产球铁轮毂一方面存在生产控制难点多，但通过对真空密封铸造的***化研究，如模具、熔炼、工艺等，也可以获得稳定的球铁轮毂铸件；另一方面真空密封铸造生产球铁轮毂具有诸多优点，主要体现在生产成本低、铸件表面质量高、精度高、打磨量小及环保等方面。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明公开的方法流程图；

图2为本发明公开的电梯制动盘剖面结构示意图；

图3为本发明公开的砂型结构示意图；

图4为本发明公开的砂箱用真空管平面构示意图；

图5为本发明公开的间接外冷铁分布结构示意图；

图6为本发明公开的砂箱立体结构示意图；

图7为本发明公开的砂箱的实物照片。

附图标记说明：1、冒口；2、砂芯；3、直浇道；4、横浇道；5、内浇道；6、浇口窝；7、真空管；8、管堵头；9、不锈钢网；10、管接头；11、间接外冷铁；12、上砂箱；13、下砂箱。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

请参阅图1-7，本发明提供了一种采用真空密封铸造生产电梯制动盘具体实施方法步骤为：

步骤S1、电梯制动盘真空密封铸造工艺的设计

由于该电梯制动盘属于均匀薄壁结构，冒口1补缩效果有限，因此我们采取了“无冒口”设计方案，现有冒口1主要是为了满足铁水进入砂型时排气的要求，方形冒口1下面采用砂芯2，保证了电梯制动盘的成型，真空密封铸造由于利用薄膜和真空成型，在直浇道3、横浇道4内需要较快的浇注速度来填满浇道来防止塌箱，但是铁水不稳定的过快进入铸型又会导致许多问题，尤其是要求严格的球墨铸铁产品，我们希望得到进入铸型是平稳流动的铁水，因此采用倒锥式直浇道3并将内浇道5高度设计为8～10mm，同时加宽内浇道5来加快铁水充型，较薄的内浇道5，也为后期铸件清理提供了便利，针对电梯制动盘易产生缩松缩孔缺陷的部位。

如图5所示，在制动盘的热节部位和厚大部位与铸件间隔5-10mm砂层的位置设置间接外冷铁11，冷铁采用了圆形冷铁，可以有效的控制制动盘在这些重要部位缺陷的产生，同时弥补了冒口1的补缩能力，加速铸件的凝固速度，细化组织，提高铸件力学性能。

步骤S2、电梯制动盘真空密封铸造模具设计与制作

为了迎合高端球墨铸铁市场，同时充分发挥真空密封铸造的优势为无拔模斜度，尽可能降低加工余量，因此将真空密封铸造模具精度由原来生产一般灰铁产品的0.5mm提高到0.3mm以内。重要加工部位保存了原有3mm的加工余量，非重要区域的加工余量最低减少到1mm，由于真空密封铸造工艺的特性，真空密封铸造采用的多为木模和树脂模具，在生产过程中真空密封铸造模具几乎没有磨损，因此有着较长的使用寿命，但在存储过程中仍需要进行定期的保养和检修工作如图6电梯制动盘真空密封铸造模具上砂箱12和下砂箱13的三维图。

步骤S3、砂箱设计与制作

通过实际对砂箱结构的优化,如图4和图7所示，通过调整真空管7道，在现有设备的基础上加大了真空度，增加了真空管7的数量和布局，真空管7主要采用具有许多孔洞的不锈钢管制作，提高使用寿命，且在各真空管7横向端部均采用管堵头8密封，用于提高铸型真空度，在真空管7的表面通过不锈钢网9完全包裹，防止砂子进入真空***，各真空管7均通过管接头10连通，从而满足一箱多件多品种球铁轮毂生产的真空需求，从而获得的砂型强度比传统砂型更高，可以很好的阻止石墨化膨胀导致的铸型退让而产生的缩孔缩松缺陷。

步骤S4、真空造型

采用70～140目干砂0.04-0.06MPa负压条件制作上下砂箱13，上砂箱12中具有薄壁均匀部位外腔和轴端盖外腔，上砂箱12设置直浇道3和浇口窝6，下砂箱13具有薄壁均匀部位内腔和轴端盖内腔，下砂箱13的分型面上设置横浇道4；如图6所示，上下砂箱13为一箱6件砂箱，上下砂箱13各具有6个型腔，如图5所示，合箱后在易产生缺陷的部位设置冷铁，选用特殊的滑石粉和涂料可获得表面质量良好，加工余量小的铸件。

步骤S5、浇注

球铁轮毂的生产，一般采用电炉进行熔炼获得纯净的铁水，同时原料进炉前需进行必要的清理，如抛丸等，化学成分不明、封闭的容器，潮湿、锈蚀严重及粘附较多的泥沙和油污的炉料不准入炉，熔炼原料为80％废钢和20％回炉料，炉前化学成分控制范围，根据先后顺序依次加入废钢、增碳剂、回炉料以及铁合金严格控制加料顺序及配比，一方面保证熔炼的质量稳定，另一方面也延长了电炉的使用寿命，见表1。

表1球化前铁水化学成分

铁水熔炼温度在1480～1520℃，将铁水倾倒入浇包中进行烫包处理，将浇包预热后铁水倒回电炉。出铁水前对炉内铁水进行一次除渣操作，出铁水后烫包过程中对铁水进行一次除渣操作。

采用盖包法进行球化，同时为了获得合适的浇注温度，铁水在1480～1500℃转入球化包进行球化，球化包内按一定比例放入球化剂、硅铁和覆盖剂，并捣实。在从球化包转入浇注包过程中进行第一次孕育，铁水温度下降100度左右。扒渣后，在铁水1360～1380℃进行浇注，并伴随第二次孕育以获得较好的孕育效果，炉后铁水化学成分，见表2。

表2球化后铁水化学成分

通过球铁产品开发实践，我们对不同温度下浇注的铸件进行了成分和性能检测，针对电梯制动盘类产品得出的最佳浇注温度在1360～1380℃最佳，温度过高导致组织晶粒过大，机械性能降低，温度过低，铸件薄壁处经常出现冷隔、缩孔等缺陷，真空密封铸造浇注速度和铸件大小、工艺有着密切关系，普遍上真空密封铸造浇注时间比其他工艺要快一些。

因为真空密封铸造在浇注的一瞬间，需要通过铁水进入保持型腔的正压力来保持型腔的稳定，相比其他铸造工艺，真空密封铸造浇注速度的控制要求更加严格，生产球墨铸铁均采用一箱六件，重量在500kg左右，一般生产浇注时间大约在40～60s之间。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (7)

1.一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤S1、工艺设计，对电梯制动盘这种具有深凹槽的球铁件进行的工艺优化设计，采用“无冒口”设计，在电梯制动盘中心上方设置的方形冒口主要用于排气，也保证了铸件后处理大大减少；方形冒口下面采用砂芯，保证了电梯制动盘无拔模度成型和脱模的安全性；

步骤S2、模具制作，针对电梯制动盘真空密封铸造工艺设计了木模，为了保证电梯制动盘的成型，优化了模具的精度为±0.3mm误差值，在重要加工部位保存了原有3mm的加工余量，非重要区域的加工余量最低较少到1mm，木制模具使用寿命提高的同时也提高了铸件成型精度；

步骤S3、砂箱制作，通过调整真空管道，在现有设备的基础上加大了真空度，增加了真空管的数量和布局，真空管主要采用具有许多孔洞的不锈钢管制作，提高使用寿命，且在各真空管横向端部均采用管堵头密封，用于提高铸型真空度，在真空管的表面通过不锈钢网完全包裹，防止砂子进入真空***，各真空管均通过管接头连通，从而满足一箱多件多品种球铁轮毂生产的真空需求；

步骤S4、真空造型，上砂箱内设置有薄壁均匀部位外腔和轴端盖外腔，上砂箱设置有直浇道和浇口，下砂箱设置有薄壁均匀部位内腔和轴端盖内腔，下砂箱的分型面上设置有横浇道，上下砂箱为一箱多件砂箱，具有多个型腔，合箱后在易产生缺陷的部位设置冷铁，选用指定的滑石粉和涂料获得表面质量良好，加工余量小的铸件；

步骤S5、浇注，熔炼原料为80％的废钢和20％的回炉料，合理控制加料顺序和浇注时间，并通过铁水烫包、盖包法球化、降温三步工艺完成；

步骤S51、铁水烫包，铁水熔炼温度在1480～1520℃时，将铁水倾倒入浇包中进行烫包处理，将浇包预热后铁水倒回电炉，出铁水前对炉内铁水进行一次除渣操作，出铁水后烫包过程中对铁水再进行一次除渣操作；

步骤S52、盖包法球化，铁水在1480～1500℃转入球化包进行球化，球化包内按一定比例放入球化剂、硅铁和覆盖剂并捣实，在从球化包转入浇注包过程中进行第一次孕育；

步骤S53、降温浇注，将铁水温度降低并进行扒渣操作，当铁水到达特定温度时进行浇注，并伴随第二次孕育以获得较好的孕育效果。

2.根据权利要求1所述一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于：所述步骤S53中，特定温度的范围值为1360～1380℃。

3.根据权利要求1所述一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于：所述步骤S4中，为了保证浇注节奏的调节和电梯制动盘的补缩、成型，直浇道采用了一定直径的陶瓷管，配合一定流量的横浇道和内浇道，保证铁液充型速度和流量，且浇口窝采用陶瓷浇口窝，并在制动盘的热节部位和厚大部位的砂层中设置间接外冷铁，有效的控制制动盘在这些重要部位缺陷的产生。

4.根据权利要求3所述一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于：所述内浇道的高度为8～10mm，所述接外冷铁为呈圆形结构，且设置于制动盘的热节部位和厚大部位与铸件间隔5-10mm砂层的位置处。

5.如权利要求1所述的一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用70～140目的干砂，并在0.04～0.06MPa负压条件下制作上下砂型。

6.如权利要求1所述的一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于，所述步骤S5中，生产浇注时间范围需控制在40～60秒。

7.如权利要求1所述的一种真空密封铸造生产电梯制动盘的方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述加料顺序根据先后顺序依次为：废钢、增碳剂、回炉料以及铁合金。

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