一種用于制備同心異徑管的立式離心鑄造裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械鑄造技術領域，具體涉及一種用于制備同心異徑管的立式離心鑄造裝置。
【背景技術】
[0002]異徑管廣泛應用于石油化工行業的制氫轉化爐中，是傳輸轉化氣的主要部件，工作條件為高溫受壓狀態，因此要求其具有良好的常溫機械性能及高溫機械性能。
[0003]目前，異徑管的制造普遍采用靜態鑄造工藝，也稱重力鑄造，即鋼水在重力場的作用下經澆口、澆道到達型腔成型，鑄件在冷卻凝固過程中靠冒口中鋼水的重力作用進行補縮。該工藝最為常用的是樹脂砂型鑄造或水玻璃砂型鑄造，具體流程通常包括以下幾個步驟:(1)制作木模(模樣及芯盒);(2)混砂造型，制作型芯；(3)將制作好的型芯與砂型裝配，確定好澆注系統的位置與尺寸；(4)澆注實施；(5)待鑄件冷卻后清砂、打磨，機加工成最終成品。
[0004]靜態鑄造工藝簡單，產品可以滿足在高溫高壓條件下的基本應用要求，但是整個工藝存在明顯缺點，例如:需要制作模樣和芯盒，并且需要制作砂型和型芯，生產工序多，耗時，生產效率低；需要將型芯與砂型精準合模，操作復雜；澆注完成的鑄件還需要清砂、打磨后再機加工，增加了生產工序；最關鍵的是，鑄件組織不規則且不致密，容易產生氣孔、夾渣等產品質量缺陷，機械性能不夠優越，使用壽命也不理想，產品報廢率較高。

【發明內容】

[0005]為克服現有技術的不足，本發明提供一種用于制備同心異徑管的立式離心鑄造裝置。該裝置使用簡便、高效，利于大規模工業化生產，并且可提高產品的澆鑄質量，降低報廢率，提高產品的常溫和高溫機械性能，延長使用壽命。
[0006]本發明的具體技術方案如下:
一種用于制備同心異徑管的立式離心鑄造裝置，包括立式離心機和模具組件，所述立式離心機包括離心機主電機1、離心機主機2、和離心機法蘭盤3，所述模具組件包括模具4、模具墊板5、和模具蓋板6 ；
其中:
離心機主機2與離心機主電機1相連，離心機法蘭盤3位于離心機主機2上；
模具4通過緊固件豎直安裝在離心機法蘭盤3上；
模具墊板5位于模具4的下部，通過模具4下端的止口固定在離心機法蘭盤3上；
模具蓋板6位于模具4頂部，通過模具4上端的止口和/或緊固件固定在模具4頂部。
[0007]上述離心鑄造裝置中，模具4的材料可以是鑄鐵、鑄鋼或鍛件。模具內孔形狀與異徑管產品的外壁形狀相同，尺寸略大于異徑管產品的最終尺寸(預留收縮量和加工余量)，這主要是考慮到鋼水收縮率和后期加工需要。一般而言，模具型腔(即模具內孔)尺寸=產品外徑尺寸+產品外徑尺寸X鋼水收縮率+加工余量。其中，鋼水收縮率和加工余量對本領域技術人員而言是公知且容易確定的。通常來說，鋼水收縮率為1%_3%，加工余量為20_50mm。
[0008]所述緊固件可以是機械領域的常規構件，例如螺栓螺母組件、銷控等。
[0009]模具墊板5的材料為耐高溫石棉板，主要作用為防止澆鑄時金屬液體與離心機法蘭盤3粘在一起。
[0010]模具蓋板6的材料為耐高溫石棉板，主要作用為防止澆鑄時金屬液體從模具4飛濺出來。
[0011]作為可選方案，上述離心鑄造裝置還可以在模具4的外表面設有冷卻部件，如附于模具外表面的水冷部件，用以輔助鋼水在成型過程中的冷卻。
[0012]本發明的離心鑄造裝置用于同心異徑管的制備，通常可包括如下步驟:將模具組件預熱后裝配好；將熔融態的鋼水快速注入模具型腔內；使鋼水在高速旋轉狀態下冷卻成型；停止離心，取出鑄件，經后加工得到產品。
[0013]根據產品應用要求，本發明的離心鑄造裝置可用于制造各種材質的異徑管產品。
[0014]本發明的立式離心鑄造裝置操作簡便，能有效提高生產效率；并且，利用該裝置制得的產品相比于靜態鑄件具有明顯的性能優勢，其優點主要體現在以下幾個方面:
(1)立式離心鑄造時，旋轉的鑄型外壁降溫速度快，所以鑄件凝固時是按由外向內的順序凝固，形成的組織分布規則有序。靜態鑄造的產品金相組織為沿徑向分布不規則的柱狀晶與等軸晶，而立式離心鑄造的產品從外徑向內徑方向依次分布為細小等軸晶一柱狀晶一較粗大等軸晶。鑒于異徑管工作狀態下主要是沿徑向方向受力，因此離心鑄造產品沿徑向規則排列的金相組織恰好能對應該要求，工件在工作狀態下受力更均勻，可有效提高產品機械性能，降低報廢率，延長使用壽命。
[0015](2)因為定向凝固的原因及旋轉導致的離心力比重力大，使得離心鑄件凝固時能獲得較強的補縮，形成組織致密的鑄件，從而大幅度降低產生氣孔、裂紋等缺陷的幾率，提高鑄件質量。
[0016](3)鑄型邊旋轉邊凝固時，各層相對于型腔的旋轉速度不同，造成正在結晶成長的晶粒折斷，從而使鑄件最終獲得細小的晶粒，細小的晶粒和有序的金相組織造就了尚心鑄件優于靜態鑄件的機械性能。
[0017]基于上述優點，利用本發明的立式離心鑄造裝置能夠有效提高產品的澆鑄質量，降低報廢率，提高產品的常溫和高溫機械性能，延長使用壽命；相比于現有產品，在產品質量、機械性能和使用壽命方面具有明顯優勢。
[0018]附圖簡要說明
圖1為本發明立式離心鑄造裝置的結構示意圖，其中:1 一離心機主電機，2—離心機主機，3 —尚心機法蘭盤，4一模具,5一模具墊板，6一模具蓋板。
[0019]圖2為實施例制備的同心異徑管的滲透探傷檢測。
【具體實施方式】
[0020]以下通過具體實施例對本發明的技術方案作進一步說明，但并不是對本發明保護范圍的限制。實施例
[0021]1、同心異徑管產品的預設尺寸(單位:mm)
外徑 Φ 418/Φ 280，內徑 Φ360/Φ220，H=360。
[0022]2、裝置
離心機采用J556型立式離心鑄造機。
[0023]根據同心異徑管鑄件外壁形狀和尺寸，以35CrMo II為模具材料，采用鑄造或鍛制成型模具，其中，模具型腔的尺寸=產品外徑尺寸X1.02 + 30mm。模具加工成型后，在模具型腔內均勻噴涂厚度約為1.0mm的醇基鋯英粉涂料。
[0024]3、離心鑄造
采用本發明的立式離心鑄造裝置制備同心異徑管，包括以下步驟:
(1)將模具組件在300°C預熱，然后如圖1所示，安裝在離心機法蘭盤3上；
(2)將190kg的1610°C鋼水快速澆入模具4中，密封后迅速開啟離心機至850r/min，保持20分鐘，然后降至700r/min，20分鐘后停止離心；
(3)將冷卻的鑄件從模具中取出，加工到需要的產品尺寸。
[0025]4、性能檢測和表征 A、滲透探傷
根據JB/T4730.5-2005，對產品外表面進行滲透探傷(PT)。結果如附圖2所示:產品表面質量良好，未發現氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。
[0026]B、金相檢測
機械切割取鑄件兩端，米用宏觀金相試驗儀(100X )做宏觀金相實驗。結果表明，兩端的金相組織分布規則有序，沿鑄型外徑向內徑依次為細小等軸晶一柱狀晶一較粗大等軸晶。
[0027]C、力學性能試驗
沿徑向切取拉伸試樣，根據GB/T228-2002，在常溫(25°C)下做產品拉伸試驗。結果顯示，產品的常溫抗拉強度Rm約為470MPa。
[0028]對比例
使用同等材料，采用傳統的靜態鑄造工藝制備靜態鑄件，并對其相關性能進行了表征，結果顯示:產品金相組織為沿徑向分布不規則的柱狀晶與等軸晶；表面存在明顯的氣孔、夾渣和裂紋；常溫(25°C)下Rm約為455MPa。
【主權項】
1.一種用于制備同心異徑管的立式離心鑄造裝置，包括立式離心機和模具組件，所述立式離心機包括離心機主電機(1)、離心機主機(2 )、和離心機法蘭盤(3 )，所述模具組件包括模具(4)、模具墊板(5)、和模具蓋板(6)； 模具(4)的內孔形狀與同心異徑管產品的外壁形狀相同； 其中: 離心機主機(2)與離心機主電機(1)相連，離心機法蘭盤(3)位于離心機主機(2)上； 模具(4)通過緊固件豎直安裝在離心機法蘭盤(3)上； 模具墊板(5)位于模具(4)的下部，通過模具(4)下端的止口固定在離心機法蘭盤(3)上； 模具蓋板(6)位于模具(4)頂部，通過模具(4)上端的止口和/或緊固件固定在模具(4)頂部。2.根據權利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:模具(4)的材料選自鑄鐵、鑄鋼或鍛件。3.根據權利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:模具內孔尺寸=產品外徑尺寸+產品外徑尺寸X鋼水收縮率+加工余量。4.根據權利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:模具墊板(5)和模具蓋板(6)的材質為耐高溫石棉板。5.根據權利要求1所述的立式離心鑄造裝置，其特征在于:模具(4)的外表面設有冷卻部件。
【專利摘要】一種用于制備同心異徑管的立式離心鑄造裝置，包括立式離心機和模具組件，所述立式離心機包括離心機主電機、離心機主機、和離心機法蘭盤，所述模具組件包括模具、模具墊板、和模具蓋板。該裝置使用簡便、高效，利于大規模工業化生產，并且可提高產品的澆鑄質量，降低報廢率，提高產品的常溫和高溫機械性能，延長使用壽命。
【IPC分類】B22D13/02, B22D13/10
【公開號】CN105268938
【申請號】CN201410315968
【發明人】不公告發明人
【申請人】江蘇雙勤民生冶化設備制造有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月4日