一种高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统的制作方法

本实用新型涉及铸造工艺技术领域，特别涉及一种高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统。

背景技术：

本公司生产的一种高碳钢材料的大型薄壁环形铸钢件，其结构如图1所示，具有两头厚大的上法兰1和下法兰2，中间为环形薄壁部位3，铸件最大壁厚与最小壁厚差大。并且高碳钢材质铸钢件的碳当量较高，材质相对脆硬，容易产生裂纹。现有技术中该类铸件的铸造工艺方案如图2所示，在上法兰1设置明冒口4，明冒口4正下方设置补贴5，下法兰2内侧铺设暗冒口，在下法兰2与暗冒口之间铸件外腔的中间壁薄设置一圈冷铁6。铸件经过后序无损检测验证，在铸件外侧的两冷铁6根部之间产生穿透性裂纹的频率较高，在冷铁与补贴之间也存在面积性的缩松区域7。

经分析裂纹产生的原因：在铸件型腔外侧中间壁薄处放置的冷铁6，使中间壁薄处形成凝固的末端区，优先凝固，延长补缩距离，防止铸件缩松产生。但铸件材质为高碳钢，材质脆硬，在冷铁的强激冷作用下急剧收缩，产生拉应力，由于冷铁根部的薄壁厚度小，故此处的组织容易撕裂产生裂纹。而缩松产生的原因为：铸件的壁厚为沿轴向两端厚中间薄，铸件凝固后期，中间薄壁处受到两端厚大部位凝固收缩的影响产生拉应力，如图3所示，拉应力超过组织此时的抗拉强度，中间壁薄处的组织被应力拉出细小的空洞，而产生缩松。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中上述高碳钢材料的大型薄壁环形铸钢件铸造中容易出现裂纹和缩松的缺陷，提供一种高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统，以克服上述缺陷。

本实用新型的目的是这样实现的，一种高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统，在铸件的薄壁型腔内侧靠近最薄壁厚处间隔设有环形冷却通道，所述环形冷却通道设有延伸至砂箱外的进气管和出气管，所述进气管与压缩气源连通；在铸件的薄壁型腔外侧贴设若干与铸件型腔连接的拉筋，所述拉筋的长度方向沿环形薄壁的轴向设置。

本实用新型的浇注冷却系统具有如下有益效果：1)在铸件的薄壁型腔内侧间隔设置环形冷却通道以代替冷铁，对薄壁处进行强制冷却，解决了薄壁处的裂纹缺陷；2）不额外设置补贴，而是在铸件中间薄壁处外侧增加拉筋，减小中间薄壁处的拉应力，同时由于拉筋先凝固，中间薄壁处的热量通过拉筋散发出去，使中间薄壁处快速凝固，从而防止铸件薄壁部位产生缩松区域。与现有技术相比，不设置补贴结构，不仅增加了铸件的出品率，同时有效减小后序对补贴进行切割、气刨的工作量。

为进一步促进薄壁部位的均匀冷却凝固，所述环形冷却通道包括沿薄壁型腔轴向间隔排列的数层弧形的冷却管，各冷却管侧壁与薄壁型腔相对的侧壁之间距离为40—50mm,所述冷却管的进口端和出口端分别通过多通接头使各冷却管并联连接；所述多通接头包括联集管和联集管侧壁垂直设置的若干分支接头，所述分支接头分别与各冷却管连接，所述联集管的一端封闭另一端与进气管或出气管连接。本结构的环形冷却通道，浇注冷却时向环形冷却通道的各冷却管内通入压缩气体，可以将薄壁部位钢水凝固的热量快速带走。

为进一步精确控制冷却凝固的速度，所述冷却管的内径为25—30mm，各冷却管侧壁与薄壁型腔相对的侧壁之间距离为40—50mm, 各相邻冷却管的间距为15-20mm,最外侧的两冷却管外壁之间的最大距离为铸件最薄处壁厚度的1.5—2倍。

为克服铸件两端凝固时产生的向两端的收缩拉应力对铸件中间薄壁部位的拉应力作用，所述拉筋等间距均匀排布设置在铸件壁厚最薄处的外周，每个拉筋的厚度为铸件最薄壁厚的0.25—0.3倍；所述拉筋沿铸件轴向的长度为铸件薄壁部份轴向长度的0.3—0.4倍；所述拉筋远离薄壁的外侧呈弧形，拉筋沿铸件径向的最大尺寸与铸件的最薄壁厚相等。

本实用新型的另一个目的是提供一种采用上述高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统的冷却方法，具体为在铸件浇注过程中向浇注口加入铁水后，经进气管开始连续向环形冷却通道内通入压力为1.3MPa的常温压缩气体，所述压缩气体连续通入时间与铸件最薄的薄壁部位的凝固时间相等。

附图说明

图1为大型薄壁环形铸件的结构图。

图2为现有技术中的大型薄壁环形铸件的浇注冷却工艺图。

图3为采用现有技术中的浇注冷却工艺铸件中间的薄壁部位冷却时受拉应力产生缩松的受力状态示意图。

图4本实用新型的高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统的环形冷却通道的布置图。

图5为环形冷却通道的结构示意图。

图6为多通接头的结构示意图。

图7为铸件外壁布置拉筋的示意图。

图8为拉筋的局布视图。

其中，1 上法兰；2下法兰；3环形薄壁部位；4明冒口；5补贴；6冷铁；7缩松区域；8环形冷却通道；9进气管；10出气管；11多通接头；11A联集管；11B分支接头；12拉筋。

具体实施方式

如图4—图8所示，为本实用新型的高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统，该系统中，在铸件的薄壁型腔内侧靠近最薄壁厚处间隔设有环形冷却通道8，该环形冷却通道8设有延伸至砂箱外的进气管9和出气管10，进气管9与压缩气源连通；在铸件的薄壁型腔外侧贴设若干与铸件型腔连接的拉筋12，拉筋12的长度方向沿环形薄壁的轴向设置。

为进一步促进薄壁部位的均匀冷却凝固，上述环形冷却通道8包括沿薄壁型腔轴向间隔排列的数层弧形的冷却管，为防止冷却管受热变形，各冷却管侧壁与薄壁型腔相对的侧壁之间距离为40—50mm,冷却管的进口端和出口端分别通过多通接头11使各冷却管并联连接；该多通接头11包括联集管11A和联集管11A侧壁垂直设置的若干分支接头11B，连接时，各分支接头11B分别与各冷却管端部连接，联集管11A的一端封闭另一端与进气管或出气管连接。本结构的环形冷却通道，浇注时，向环形冷却通道8的各冷却管内通入压缩气体，可以将薄壁部位钢水凝固的热量快速带走。

为进一步精确控制冷却凝固的速度，冷却管的内径为25—30mm，各冷却管侧壁与薄壁型腔相对的侧壁之间距离为40—50mm,各相邻冷却管的侧壁间距为15-20mm,最外侧的两冷却管外壁之间的最大距离为铸件最薄处壁厚度的1.5—2倍。铸件的大型薄壁环部位浇注凝固时铁水的凝固速度不能过快也不能太慢，凝固过快会导致铸件内应力增大，容易产生裂纹，凝固过慢会导致铸件凝固时温度过小，容易产生缩松，冷却管布置的间距、数量及冷却管内通道尺寸的设置对薄壁部位的凝固时间有直接影响，本实用新型的冷却通道设置方式通过控制冷却管的间距、尺寸和数量以控制浇注时的冷却效果和凝固时间，以减少铸件薄壁部位的裂纹缺陷。

为克服铸件两端凝固时产生的向两端的收缩拉应力对铸件中间薄壁部位的拉应力作用，拉筋12等间距均匀排布设置在铸件壁厚最薄处的外周，每个拉筋12的厚度为铸件最薄壁厚的0.25—0.3倍；拉筋12沿铸件轴向的长度为铸件薄壁部份轴向长度的0.3—0.4倍；拉筋12远离薄壁的外侧呈弧形，拉筋12沿铸件径向的最大尺寸与铸件的最薄壁厚相等。本实用新型的拉筋结构，根据铸件薄壁部位的尺寸特点为：轴向方向上中间为最薄的部位，向两端方向，薄壁环外的轮廓有一定的外扩斜度，所以拉筋设计成弓形，既可以避免薄壁部位承受拉应力，又便于铸件后期的清理加工。

因此，本实用新型的浇注冷却系统，在铸件的薄壁型腔内侧间隔设置环形冷却通道8以代替冷铁，对薄壁处进行强制冷却，解决了薄壁处的裂纹缺陷；2）不额外设置补贴，而是在铸件中间薄壁处外侧增加拉筋，减小中间薄壁处的拉应力，同时由于拉筋先凝固，中间薄壁处的热量通过拉筋散发出去，使中间薄壁处快速凝固，从而防止铸件薄壁部位产生缩松区域。与现有技术相比，不设置补贴结构，不仅增加了铸件的出品率，同时有效减小后序对补贴进行切割、气刨的工作量。

铸件浇注时，采用本实用新型的上述高碳钢薄壁环形铸件的浇注冷却系统的冷却方法，具体为在铸件浇注过程中向浇注口加入铁水后，经进气管9开始连续向环形冷却通道8内通入压力为1.3MPa的常温压缩气体，该压缩气体连续通入时间与铸件最薄的薄壁部位的凝固时间相等。该薄壁部位的凝固时间可以通过电脑软件模拟浇注确定。例如，本公司生产的一种该类铸件，薄壁部位最薄处的厚度为68mm,铸件的薄壁环的内径为φ2400，轴向长度为1850，上（下）法兰盘厚度为150mm，该铸件经电脑软件模拟浇注，确定薄壁部位的凝固时间为10小时左右。