专利名称：铸钢轮心铸模及其使用方法
技术领域：
本发明涉及铸造领域，尤其涉及内燃机车用的铸钢轮心铸模，以及该铸钢轮心铸模的使用方法。
背景技术：
内燃机车用的铸钢轮心现在均由钢水浇注成型，优选方法为底部浇注式，即受压的钢水被向上注入到铸钢轮心铸模中。底部浇注的优点为使液态金属能较平稳地充满型腔，顺利排除型腔内气体，然而，通常的底部浇注不利于顺序凝固，且对于铸钢轮心的铸造需求而言充型仍不够平稳快速，存在型腔冲刷。同时，为了实现补缩，现有技术通常还在铸钢轮心铸模上设置冒口。然而，由于铸钢轮心其结构的需要造成各个部分壁厚不均，有的部位很厚，在冷却的过程中就冷却的慢，壁厚薄的部位就冷却的快，使得同一个铸件各个部位冷却速度不均，产生缩孔缩松等缺陷。此外，现有技术中多采用水玻璃CO2砂或水玻璃热硬化砂生产铸钢轮心，但存在溃散性差、难清理、水玻璃加入量高等缺点。
综上，采用现有工艺的铸钢轮心出品率较低，内部易产生缩孔、缩松，表面质量较差。发明内容
本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提供一种能使所铸造的铸钢轮心整体质量高的铸钢轮心铸模。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种铸钢轮心铸模，包括上模、下模及浇口系统，上模和下模相扣形成中空的环形结构，在径向上由内到外依次包括同心的环形轮毂部、环形辐板部和环形轮辋部，所述铸钢轮心铸模下模的底部设有两个内浇口，所述两个内浇口分别与浇口系统连通，所述轮毂部的顶部均匀间隔设有两个轮毂冒口，所述轮辋部的顶部间隔设有四个轮辋冒口，所述各个轮毂冒口和轮辋冒口处均设置有补贴。
优选的，所述轮毂部的底部间隔设有两个弧形的成型冷铁。
优选的，所述轮辋部的外侧面均匀间隔设置有四个成型冷铁，所述四个成型冷铁和前述四个轮辋冒口在周向上交错布置。
优选的，所述两个内浇口分别位于轮辋部的底部和轮毂部的底部，所述浇口系统包括平行于铸钢轮心铸模的中轴线设置的直浇道，连接所述直浇道、垂直于所述中轴线设置的横浇道，连通所述横浇道和所述两个内浇口的内浇道。
优选的，所述直浇道和所述横浇道均为直径60毫米的耐火管，所述内浇道为直径50毫米的耐火管。
优选的，所述直浇道中设置有过滤网。
优选的，所述辐板部的顶部，位于两个内浇口之间的部分的表面上放置有厚度大于10毫米的铬铁矿砂。
优选的，所述铸钢轮心铸模的轮辋部的分型面设置有均布的出气槽。
优选的，还包括上型板和下型板，所述上模连接在上型板上，下模连接在下型板上；所述上模和下模为铝材制成，所述上型板和下型板为铸铁制成。
优选的，所述轮辋部的顶部均匀间隔设有四个轮辋冒口。所述轮辋冒口的规格为140X210X180mm。
或，所述轮毂冒口的规格为225 X 150 X 300mm。
本发明的有益效果主要体现在:通过在铸模底部设置两个内浇口，使充型迅速平稳，同时有利于型腔气体排出；通过在轮彀部和轮辋部设置冒口加补贴，对厚大部位进行补缩，缩孔缩松减少；轮彀部仅在冒口下设置补贴，减轻泥芯烘烤从而减少夹砂，同时提高出品率；综上所述，本发明整体的铸造质量好，所铸轮心完全达到TB/T1400-2005要求，并且经整体超声波探伤可以达到DINEN12680-1 —级，解剖检查未发现缩孔缩松，超过TB/T1400-2005规定要求。出品率达到65%以上，成品率高达90%以上。
通过在轮彀部的底部间隔设有两个弧形的成型冷铁，可使轮彀部自上而下形成顺序凝固温度梯度，促进冒口补缩；通过在轮辋部的外侧面冒口之间均匀间隔设置四个成型冷铁，可使冷铁部位钢液率先凝固，避免轮辋部冒口因补缩距离过长而难以补缩该部位导致的缩孔缩松缺陷；通过采用耐火管浇口系统，避免钢液浇注对砂型冲刷造成的夹砂缺陷；直浇道设置过滤网，避免固态钢渣进入型腔造成夹渣缺陷；因内浇口处辐板表面钢液温度较高，通过设置铬铁矿砂，增加热吸收，减弱钢液对该部位砂型烘烤，从而减少表面夹砂、夹杂；通过在轮辋部的分型面设一圈排气槽，增强了排气效果，减少铸件表面气孔。
本发明的另一目的在于提供一种铸钢轮心铸造方法，使用该方法制得的铸钢轮心的整体铸造质量好，表面经磁粉探伤无原始铸造裂纹，表面夹砂夹杂、气孔等铸造缺陷较少，内部经超声波整体探伤及实物解剖未发现缩孔缩松缺陷。
该目的通过以下一种使用前述的铸模的铸钢轮心铸造方法实现，其包括以下步骤:
采用酯硬化水玻璃砂造型制芯；
使用生铁和/或低碳废钢作为原料，在中频炉冶炼成浇注钢水，出钢温度1600度到1620度，出钢后浇包内静置I 2min ；
钢水在1565度到1585度时，采用漏包浇注向铸模浇注20秒到30秒。
本发明的有益效果主要体现在:通过采用酯硬化水玻璃砂造型，不仅铸型溃散性较好，落砂清理方便，特别是具有较好的高温退让性，减少了铸件的裂纹倾向；同时采用硬化后起模，提高了铸件尺寸精度；本发明提高出钢温度且出钢后包内静置I 2min，有利于熔渣上浮，减少进入型腔内的液态渣；且由于本发明将浇注温度提高到1565度到1585度之间，能够使夹杂夹砂更好的上浮于冒口中，能进一步提高铸钢轮心的表面质量。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的具体实施方式
的剖视图。
图2为本发明的具体实施方式
的俯视图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下具体实施方式
的详细说明中，将可清楚的呈现。然而本领域技术人员将意识到此处的参考了附图的具体描述仅仅用于示例目的，本发明并不局限于此。
参照图1和图2，本发明的具体实施方式
中，铸造铸钢轮心的铸钢轮心铸模I为采用酯硬化水玻璃砂制成的两箱造型制芯，即铸钢轮心铸模由上模和下模相扣而成。且该铸钢轮心铸模还包括型板，型板包括上型板和下型板，前述的上模连接在上型板上，下模连接在下型板上。铸钢轮心铸模为铝质，型板为铸铁制成。泥芯15安装在泥芯盒中。
铸钢轮心铸模I加工装配好后，上模和下模组合成中空的环形，在径向上由内到外依次包括同心的环形的轮毂部10、环形的辐板部11和环形的轮辋部12，和所铸造的轮心相配，轮毂部10和轮辋部12均在环形的轴向上，即铸钢轮心铸模I的中轴线方向的两端对称的凸起，而辐板部11则处于下陷位置。在铸造时，由于轮毂部10和轮辋部12的结构较为厚大，而辐板部11的厚度较小，因此，轮心上的轮毂和轮辋为最后凝固的部位，需在铸钢轮心铸模I上的对应位置，即轮毂部10和轮辋部12设置冒口进行补缩。
铸钢轮心铸模I上设有一个底部浇注式的浇口系统，该浇口系统的两个内浇口 7连通到铸钢轮心铸模I底部。具体的，两个内浇口 7分别位于轮辋部10的底部和轮毂部12的底部。浇口系统包括平行于铸钢轮心铸模I的中轴线设置的直浇道5，连接所述直浇道5、垂直于所述中轴线设置的横浇道9，以及连通所述横浇道的所述两个内浇口 7。直浇道5中设置有过滤网6，直浇道5和横浇道9均为直径60毫米的耐火管，内浇道为直径50毫米的耐火管。通过设置两个内浇口 7，本发明的铸钢轮心铸模在铸造时充型迅速平稳，型腔冲刷得到降低。
继续参照图1和图2，轮毂部10的顶部均匀间隔设有两个轮毂冒口 2，轮毂冒口 2的规格为225 X 150 X 300mm。轮毂部10上，两个轮毂冒口 2的对应位置设置有补贴；轮辋部12的顶部均匀间隔设有四个轮辋冒口 3，轮辋冒口 3的规格为140X210X180mm。轮辋部12上，四个轮辋冒口 3的对应位置同样设置有补贴。通过设置冒口和补贴，能够降低缩孔和缩松的出现概率。同时，为了配合前述各个冒口，使得钢水在一定时间内顺序的冷却，在轮毂部10的底部间隔设有两个弧形的成型冷铁8，其基本沿着轮毂部10的环形形状延伸；在轮辋部12的外侧面间隔设置有四个成型冷铁4，优选为均匀的间隔设置四个成型冷铁4。四个成型冷铁4也成弧形，厚度为30mm，贴合在轮辋部12的外侧，和四个轮辋冒口 3在周向上交错布置。设置冷铁后，还能通过激冷使得铸造产品的内部组织更加致密。
辐板部11的顶部，位于两个内浇口 7之间的部分的表面上放置有厚度大于10毫米，优选为15毫米的铬铁矿砂16，可极大减少夹渣、夹砂缺陷；指定局部放置铬铁矿砂16即可达到效果，节省成本。同时，铸钢轮心铸模I的轮辋部的分型面13处设置有均布的排气槽14，减少表面气孔。
本发明的实施例无需设置集砂窝，因为浇出的毛坯砂眼少。
本实施例中，铝、硅的含量符合ZG310-570标准牌号即可，气孔较少。无需通过刻意控制铝、硅的总含量及其比例来减少气孔和缩孔。通常铝含量小于等于0.035%，避免残余铝高导致材料的塑性降低。
前述的铸钢轮心铸模的使用方法包括以下步骤:
采用酯硬化水玻璃砂造型制芯；
使用生铁和/或低碳废钢作为原料，在中频炉冶炼成浇注钢水，出钢温度1600度到1620度；此外，出钢前3-5min插铝lKg/T钢水。
钢水在1565度到1585度时，采用漏包浇注向铸钢轮心铸模浇注20秒到30秒，可使夹杂、夹砂更好的上浮于冒口中，提高表面质量。
本发明的具体实施方式
中，所要制造的铸钢轮心为符合ZG310-570成分范围的铸钢，需要满足的化学成分和机械性能依次如表I和表2所示。
权利要求
1.一种铸钢轮心铸模，包括上模、下模及浇口系统，上模和下模相扣形成中空的环形结构，在径向上由内到外依次包括同心的环形轮毂部、环形辐板部和环形轮辋部，其特征在于，所述铸钢轮心铸模下模的底部设有两个内浇口，所述两个内浇口分别与浇口系统连通，所述轮毂部的顶部均匀间隔设有两个轮毂冒口，所述轮辋部的顶部间隔设有四个轮辋冒口，所述各个轮毂冒口和轮辋冒口处均设置有补贴。
2.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述轮毂部的底部间隔设有两个弧形的成型冷铁。
3.根据权利要求2所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述轮辋部的外侧面均匀间隔设置有四个成型冷铁，所述四个成型冷铁和前述四个轮辋冒口在周向上交错布置。
4.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述两个内浇口分别位于轮辋部的底部和轮毂部的底部，所述浇口系统包括平行于铸钢轮心铸模的中轴线设置的直浇道，连接所述直浇道、垂直于所述中轴线设置的横浇道，连通所述横浇道和所述两个内浇口的内浇道。
5.根据权利要求4所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述直浇道和所述横浇道均为直径60毫米的耐火管，所述内浇道为直径50毫米的耐火管。
6.根据权利要求4所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述直浇道中设置有过滤网。
7.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述辐板部的顶部，位于两个内浇口之间的部分的表面上放置有厚度大于10毫米的铬铁矿砂。
8.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述铸钢轮心铸模的轮辋部的分型面设置有均布的出气槽。
9.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:还包括上型板和下型板，所述上模连接在上型板上，下模连接在下型板上；所述上模和下模为铝材制成，所述上型板和下型板为铸铁制成。
10.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于，所述轮辋部的顶部均匀间隔设有四个轮辋冒口。
11.根据权利要求10所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述轮辋冒口的规格为140 X 210 X 180mm。
12.根据权利要求1所述的铸钢轮心铸模，其特征在于:所述轮毂冒口的规格为225X150X300mm。
13.一种前述任一权利要求所述的铸钢轮心铸模的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: 采用酯硬化水玻璃砂造型制芯； 使用生铁和/或低碳废钢作为原料，在中频炉冶炼成浇注钢水，出钢温度1600度到1620度，出钢后浇包内静置l~2min ； 钢水在1565度到1585度时，采用漏包浇注向铸钢轮心铸模浇注20秒到30秒。
全文摘要
本发明提供了一种铸钢轮心铸模，包括上模、下模及浇口系统，上模和下模相扣形成中空的环形结构，在径向上由内到外依次包括同心的环形轮毂部、环形辐板部和环形轮辋部，所述铸钢轮心铸模下模的底部设有两个内浇口，所述两个内浇口分别与浇口系统连通，所述轮毂部的顶部均匀间隔设有两个轮毂冒口，所述轮辋部的顶部间隔设有四个轮辋冒口，所述各个轮毂冒口和轮辋冒口处均设置有补贴。本发明的有益效果主要体现在通过设置两个内浇口，使充型迅速平稳；通过在厚大的部位设置冒口加冷铁，促进钢液顺序凝固，缩孔缩松减少。
文档编号B22C9/28GK103203432SQ201210006380
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者徐贵宝, 陈红圣, 程凤军, 朱正锋, 曹松 申请人:南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司