一种高强度高耐磨性的铸钢卷筒的铸造系统的制作方法

本实用新型涉及工程设备技术领域，尤其是涉及一种高强度高耐磨性的铸钢卷筒的铸造系统。

背景技术：

卷筒是大型起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的关键零部件之一，由于承重的钢丝绳直接缠绕在卷筒上，卷筒直接承受起吊载荷，其质量优劣对起重设备、旋挖钻和卷扬减速机的安全运行有着至关重要的影响。随着现代工程的发展趋向大型化，工程机械行业大型或超大型起重设备、钻孔设备和卷扬减速机的应用越来越广泛，起吊的重量和扬程均大幅度增加。例如：超大型起重设备的起吊重量已达到几千吨；超大型卷扬机的扬程达到了数百米。因此，对卷筒的材质及其制备方法提出了更高的要求。

目前，现有卷筒有铸钢材质卷筒，但是该铸钢卷筒的综合力学性能不太理想，尤其是强度与耐磨性随着科技进步，越来越不能满足实际工程需要。

因此，如何提供一种具有高强度高耐磨性的，且适用于大型或超大型起重设备、旋挖钻以及卷扬减速机的铸钢卷筒是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高强度高耐磨性的铸钢卷筒的铸造系统，该铸造系统产出的铸钢卷筒具有较高的强度和较高的耐磨性，且能够适用于大型或超大型起重设备、旋挖钻以及卷扬减速机。

为解决上述的技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种高强度高耐磨性的铸钢卷筒的铸造系统，所述卷筒包括空心筒状的卷筒本体、上挡盘、下挡盘以及位于卷筒本体一端内侧的楔子孔部，包括卷筒模样、浇道系统模样、能够密闭的第一箱体、上升液管、真空抽吸管、填砂、能够密闭的第二箱体、用于盛装钢水的开口容器；

所述卷筒模样以及浇道系统模样为注塑成型的无规共聚聚丙烯塑料材质；

所述卷筒模样与所述浇道系统模样通过粘结连接成一体，所述浇道系统模样粘结在所述卷筒模样的底面上，以得到包括所述卷筒模样以及浇道系统模样的模样一体件；

所述模样一体件以立式放置于所述第一箱体内；

所述上升液管穿过且固定在所述第一箱体的下箱底上，所述浇道系统模样的自由端下端面与所述上升液管的上端开口对接，且所述浇道系统模样的自由端下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，所述上升液管与所述第一箱体下箱底的连接处为密封连接；

所述真空抽吸管穿过且固定在所述第一箱体的侧箱壁上，所述真空抽吸管的一端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱体的外面且与真空系统连通，所述真空抽吸管与所述第一箱体侧箱壁的连接处为密封连接；

所述填砂压紧充实在所述第一箱体内的剩余空间以得到砂型；

所述开口容器放置在一个密闭的第二箱体内，且所述上升液管的下端穿过所述第二箱体的顶箱盖浸入所述开口容器中的钢水中，所述上升液管与所述第二箱体的连接处为密封连接；

所述第二箱体的箱壁上设置有带压气体入口，所述带压气体入口与带压气体气源连通。

优选的，还包括设置于所述模样一体件的外围以环绕所述模样一体件的方式从上到下铺设的多个冷却盘管，每个所述冷却盘管具有各自独立的进口与出口，每个所述冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小可以调节以控制钢水的凝固过程。

优选的，还包括设置于所述模样一体件的内部空心处从上到下铺设的多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，每个所述冷却盘管与所述模样一体件内壁的间距大小可以调节以控制钢水的凝固过程。

本实用新型提供了一种高强度高耐磨性的铸钢卷筒的铸造系统，相比于卷筒的传统砂型铸造方法，本实用新型具有以下有益的技术效果：

1)原本砂型铸造中，卷筒模样多采用木模，制好砂型后，还要取出木模，为了取 出木模，需要做一些专门的设计，例如：砂型至少为两层以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，铸造成型后，还要机加工去除铸件上的起模斜度，费时费力，增加了生产成本，降低了生产效率，为此，本实用新型采用塑料模样，由于塑料模样在接触到高温的钢水的时候很容易气化，变成气体被真空系统抽走，只留下一个与卷筒结构外形相似的砂型型腔，因此，本实用新型中，砂型不用设置分型面，整个砂箱是一个完整的砂箱，也不用设置起模斜度，也不用设置对应于卷筒本体的空心腔处的型芯等等，将上述的模样一体件直接埋在填砂中就可以，省时省力，节省成本，提高了效率。

2)本实用新型采用注塑成型，强调采用非泡沫成型工艺，成型后得到的模样比泡沫塑料具有更高的密度与强度，可以承受后面压实填砂的过程中较大的压实力，而不至于使得卷筒模样以及浇铸系统模样出现变形，而泡沫塑料在该压实力下很容易变形。

3)原有砂型铸造中熔液从上往下充型，而砂型中的气体从下往上运动，使得气体被熔液压住，不易从砂型逸出的问题，造成了砂型铸造中严重的卷气与气孔问题，为此，本实用新型中，将模样一体件立式安放在砂型中，且所述浇道系统模样粘结在所述卷筒模样的底面上，使得钢水是从下往上充型，模样一体件是从下往上气化，气化后的气体也是从下往上运动，三者的方向是一致的，从而避免了上述的卷气与气孔问题。

4)现今的砂型铸造，铸件都是自然冷却，凝固后得到的铸件组织是什么样子就是什么样子，完全没有受到有目的控制，是一种完全无控的冷却凝固，得到的凝固组织多存在偏析、缩孔、缩松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，严重影响了铸件的力学性能，为此，本实用新型，在砂型中预先埋入冷却盘管，通过控制多个冷却盘管与所述卷筒模样外壁的间距大小控制钢水的凝固过程，通过控制多个冷却盘管与所述卷筒模样内壁的间距大小控制钢水的凝固过程，且选择合适的开始供给冷却介质的时机，且控制多个冷却盘管中开始供给冷却介质的前后顺序，且控制每个冷却盘管中相应的冷却介质流量与压力，以实现对铸钢卷筒进行强制冷却凝固，提高冷却速速，以抑制晶粒长大，得到细化晶粒，通过细晶强化显著地提高了铸件的强度、韧性以及耐磨性等力学性能，以及实现从上到 下的顺序凝固，铸件的上部先冷却，然后逐渐向下凝固，然后铸件的底部凝固，最后是浇铸系统凝固，显著减少了原有砂型铸造中的缩孔、缩松以及冷隔问题，提高了铸件质量。由于第一箱体中砂型具有较大的透气性，塑料气化后的气体以及充型过程中外界进入密闭的第一箱体内的空气会在第一箱体内流动，作为一种传热介质，通过流动将充型钢水的热量传递给冷却盘管中的冷却介质，实现上述冷却盘管的强制冷却作用，提高铸件的组织性能。

5)传统砂型铸造中，熔液完全是凭借自身的重力流动充型，很容易出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松等问题，为此，本实用新型，采用带压气体的压力以及真空的抽吸力共同作用将钢水注满整个砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送气体与抽真空，使得钢水始终以一个压力注满砂型型腔，并随之冷却，显著地减少了浇不足、冷隔、缩孔、缩松等质量问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的卷筒的主视图；

图2为图1的后视图；

图3为图1的中心剖面结构视图；

图4为图3中的A-A面剖面视图；

图5为图3中的B-B面剖面视图；

图中：1卷筒，101卷筒本体，102上挡盘，103下挡盘，104楔子孔部。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本实用新型的特征及优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

现今，铸钢卷筒多采用砂型铸造方法成型，但多存在一些问题，为此，本实用新型提供了一种高强度高耐磨性的铸钢卷筒的铸造系统包括卷筒模样、浇道系统模样、能够 密闭的第一箱体、上升液管、真空抽吸管、填砂、能够密闭的第二箱体、用于盛装钢水的开口容器；

所述卷筒1包括空心筒状的卷筒本体101、上挡盘102、下挡盘103以及位于卷筒本体一端内侧的楔子孔部104；

所述卷筒模样以及浇道系统模样为注塑成型的无规共聚聚丙烯塑料材质；

所述卷筒模样与所述浇道系统模样通过粘结连接成一体，所述浇道系统模样粘结在所述卷筒模样的底面上，以得到包括所述卷筒模样以及浇道系统模样的模样一体件；

所述模样一体件以立式放置于所述第一箱体内；

所述上升液管穿过且固定在所述第一箱体的下箱底上，所述浇道系统模样的自由端下端面与所述上升液管的上端开口对接，且所述浇道系统模样的自由端下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，所述上升液管与所述第一箱体下箱底的连接处为密封连接；

所述真空抽吸管穿过且固定在所述第一箱体的侧箱壁上，所述真空抽吸管的一端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱体的外面且与真空系统连通，所述真空抽吸管与所述第一箱体侧箱壁的连接处为密封连接；

所述填砂压紧充实在所述第一箱体内的剩余空间以得到砂型；

所述开口容器放置在一个密闭的第二箱体内，且所述上升液管的下端穿过所述第二箱体的顶箱盖浸入所述开口容器中的钢水中，所述上升液管与所述第二箱体的连接处为密封连接；

所述第二箱体的箱壁上设置有带压气体入口，所述带压气体入口与带压气体气源连通。

在本实用新型的一个实施例中，上述铸造系统还包括设置于所述模样一体件的外围以环绕所述模样一体件的方式从上到下铺设的多个冷却盘管，每个所述冷却盘管具有各自独立的进口与出口，每个所述冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小可以调节以控制钢水的凝固过程。

在本实用新型的一个实施例中，上述铸造系统还包括设置于所述模样一体件的内部 空心处从上到下铺设的多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，每个所述冷却盘管与所述模样一体件内壁的间距大小可以调节以控制钢水的凝固过程。

本实用新型提供的上述的铸钢卷筒的铸造系统的运转方法，包括以下步骤：

1)制取卷筒模样：

如图1—图5所示，所述卷筒1包括空心筒状的卷筒本体101、上挡盘102、下挡盘103以及位于卷筒本体101一端内侧的楔子孔部104；楔子孔部104包括一个壁厚较大但空心内径较小的空心腔；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取卷筒模样；上述的卷筒模样与其真实物的外形结构相似，只是存在补偿铸件凝固过程中收缩率的放大比例，且不存在传统砂型铸造中的起模斜度；

将无规共聚聚丙烯塑料通过注塑成型方法制取浇道系统模样；优选的，浇道系统模样为实心竖直柱状；

将所述卷筒模样与所述浇道系统模样通过粘结连接成一体，所述浇道系统模样粘结在所述卷筒模样的底面上，得到包括所述卷筒模样以及浇道系统模样的模样一体件；优选的，通过热熔胶粘结连接；

上述的无规共聚聚丙烯塑料为以无规共聚聚丙烯为主，添加稳定剂、润滑剂、增塑剂等制成的塑料。本实用新型对上述无规共聚聚丙烯塑料的配方没有特殊限制，采用本技术领域内的常规配方即可；

本实用新型采用注塑成型，强调采用非泡沫成型工艺，成型后得到的模样比泡沫塑料具有更高的密度与强度，可以承受后面压实填砂的过程中较大的压实力，而不至于使得卷筒模样以及浇铸系统模样出现变形，而泡沫塑料在该压实力下很容易变形；

原本砂型铸造中，卷筒模样多采用木模，制好砂型后，还要取出木模，为了取出木模，需要做一些专门的设计，例如：砂型至少为两层以利于后期取出木模，木模需要制作起模斜度以方便后期取出木模，等等，铸造成型后，还要机加工去除铸件上的起模斜度，费时费力，增加了生产成本，降低了生产效率，为此，本实用新型采用塑料模样， 由于塑料模样在接触到高温的钢水的时候很容易气化，变成气体被真空系统抽走，只留下一个与卷筒结构外形相似的砂型型腔，因此，本实用新型中，砂型不用设置分型面，整个砂箱是一个完整的砂箱，也不用设置起模斜度，也不用设置对应于卷筒本体101的空心腔处的型芯等等，将上述的模样一体件直接埋在填砂中就可以，省时省力，节省成本，提高了效率；

2)取一个第一箱体，将步骤1)中的模样一体件以立式放置于所述第一箱体内；

原有砂型铸造中熔液从上往下充型，而砂型中的气体从下往上运动，使得气体被熔液压住，不易从砂型逸出的问题，造成了砂型铸造中严重的卷气与气孔问题，为此，本实用新型中，将模样一体件立式安放在砂型中，且所述浇道系统模样粘结在所述卷筒模样的底面上，使得钢水是从下往上充型，模样一体件是从下往上气化，气化后的气体也是从下往上运动，三者的方向是一致的，从而避免了上述的卷气与气孔问题；

然后在所述模样一体件的外围以环绕所述模样一体件的方式从上到下铺设多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件外壁的间距大小控制钢水的凝固过程；

然后在所述模样一体件的内部空心处从上到下铺设多个冷却盘管，每个冷却盘管具有各自独立的进口与出口，通过控制多个冷却盘管与所述模样一体件内壁的间距大小控制钢水的凝固过程；

现今的砂型铸造，铸件都是自然冷却，凝固后得到的铸件组织是什么样子就是什么样子，完全没有受到有目的控制，是一种完全无控的冷却凝固，得到的凝固组织多存在偏析、缩孔、缩松、冷隔、晶粒粗大等缺陷，严重影响了铸件的力学性能，为此，本实用新型，在砂型中预先埋入冷却盘管，通过控制多个冷却盘管与所述卷筒模样外壁的间距大小控制钢水的凝固过程，通过控制多个冷却盘管与所述卷筒模样内壁的间距大小控制钢水的凝固过程，且选择合适的开始供给冷却介质的时机，且控制多个冷却盘管中开始供给冷却介质的前后顺序，且控制每个冷却盘管中相应的冷却介质流量与压力，以实现对铸钢卷筒进行强制冷却凝固，提高冷却速速，以抑制晶粒长大，得到细化晶粒，通 过细晶强化显著地提高了铸件的强度、韧性以及耐磨性等力学性能，以及实现从上到下的顺序凝固，铸件的上部先冷却，然后逐渐向下凝固，然后铸件的底部凝固，最后是浇铸系统凝固，显著减少了原有砂型铸造中的缩孔、缩松以及冷隔问题，提高了铸件质量；由于第一箱体中砂型具有较大的透气性，塑料气化后的气体以及充型过程中外界进入密闭的第一箱体内的空气会在第一箱体内流动，作为一种传热介质，通过流动将充型钢水的热量传递给冷却盘管中的冷却介质，实现上述冷却盘管的强制冷却作用，提高铸件的组织性能；

然后设置上升液管，所述上升液管穿过且固定在所述第一箱体的下箱底上，所述浇道系统模样的自由端下端面与所述上升液管的上端开口对接，且所述浇道系统模样的自由端下端面完全遮盖所述上升液管的上端开口，密封所述上升液管与所述第一箱体下箱底的连接处；

然后设置真空抽吸管，所述真空抽吸管穿过且固定在所述第一箱体的侧箱壁上，所述真空抽吸管的一端与所述模样一体件间隔一定距离，所述真空抽吸管的另一端露在所述第一箱体的外面且与真空系统连通，密封所述真空抽吸管与所述第一箱体侧箱壁的连接处；

然后向所述第一箱体内填砂，然后压实，得到砂型；该砂型与传统砂型铸造过程中的砂型的用砂种类、制作方法等等相同，本实用新型对此没有特殊限制，采用现有技术中的即可；

然后密封整个所述第一箱体以配合上述的真空系统抽取真空；此处的真空意指整个第一箱体内都是负压真空，由于本实用新型采用传统砂型铸造中的砂型，该砂型具有较高的透气性，可以使得上述的塑料气体以及原本的空气流通，并最终通过真空抽吸管被真空系统抽走；

3)冶炼钢水，得到上述的钢水，然后将钢水用开口容器盛装；

4)将步骤3)中的开口容器放置在一个密闭的第二箱体内，且使得所述上升液管的下端穿过所述第二箱体的顶箱盖浸入所述开口容器中的钢水中，密封所述上升液管与所 述第二箱体的连接处；

5)向所述第二箱体内吹送带压气体，同时，开启真空系统制取真空，开口容器内的钢水在带压气体的压力以及真空的抽吸力的作用下，沿上升液管流动进入砂型的型腔中，钢水从下往上充型，先把浇道系统模样与卷筒模样气化，直至开口容器内的液面不再下降表明钢水注满整个砂型型腔，气化后的气体通过真空抽吸管被真空系统抽走，然后保持吹送气体与抽真空，直至砂型型腔内的钢水凝固；

传统砂型铸造中，熔液完全是凭借自身的重力流动充型，很容易出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松等问题，为此，本实用新型，采用带压气体的压力以及真空的抽吸力共同作用将钢水注满整个砂型型腔，并在完全凝固前，保持吹送气体与抽真空，使得钢水始终以一个压力注满砂型型腔，并随之冷却，显著地减少了浇不足、冷隔、缩孔、缩松等质量问题；

当开口容器内的液面不再下降后，从上到下依次向每个冷却盘管中供给冷却介质以对铸钢卷筒进行冷却凝固以及实现从上到下的顺序凝固，优选的，冷却介质为水；

6)当最下方的冷却盘管的进口处与出口处的冷却介质的温差小于3℃后，停止吹送带压气体以及抽真空，然后将所述上升液管从所述第二箱体中抽出，然后拆开所述第一箱体，然后破除砂型，敲掉所述型壳，得到铸钢卷筒；然后继续后续的处理，例如热处理；

传统的砂型铸造中，什么时候开箱全凭个人经验，容易判断失误，而本实用新型以最下方的冷却盘管的进口处与出口处的冷却介质的温差作为开箱判断标准，当该温差小于3℃后，表明铸件的底部的温度已降至较低，可以开箱，提供了一种从无到有的、且更为直观方便的判断方法。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。