本发明涉及一种铸造工艺，特别是涉及一种水泥回转窑托轮轴衬瓦的铸造装置及铸造方法。
背景技术：
回转窑是水泥烧成系统中的重要设备，其运转效率的高低直接影响这水泥厂的经济效益。而托轮支承装置是保证回转窑正常运转的重要部件，衬瓦则是回转窑托轮轴承的核心部分。在现有技术中，衬瓦基本都是通过铸造成型，但是随着现有需求中衬瓦尺寸的增加，铸造的难度越来越高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种水泥回转窑托轮轴衬瓦的铸造装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种水泥回转窑托轮轴衬瓦铸造装置，包括底板、砂箱以及浇口杯，浇口杯设置在砂箱的上方；所述砂箱中心设有水冷金属芯，水冷金属芯的外径等于所述衬瓦的内径；所述水冷金属芯底部设有进出水口，其中进水口高度低于出水口，顶部设有排气水管；所述砂箱与水冷金属芯之间与砂箱内壁接壤处设有砂型，砂型的高度等于所述衬瓦的档距，砂型的内径比所述衬瓦瓦体的外径大40±3mm；所述底板、砂型以及水冷金属芯最终在砂箱内部形成用于铸造衬瓦的瓦体型腔。
进一步的，该铸造装置还包括上水箱，所述上水箱设置在砂型的上方且与砂箱的内壁接壤；所述上水箱开设有上水箱进口以及上水箱排气水管；所述上水箱、砂型以及水冷金属芯最终在砂箱内部形成用于铸造衬瓦的上法兰型腔以及该装置的冒口。
进一步的，所述砂箱与底板的连接处设置有冷铁，冷铁的内径等于所述衬瓦的法兰下法兰外径；所述冷铁、底板以及水冷金属芯最终在砂箱内部形成用于铸造衬瓦的下法兰型腔。
进一步的，所述砂箱内的砂型至少分为三箱。
本发明还提供一种利用上述铸造装置进行衬瓦铸造的方法包括造型→浇注→后处理三个步骤；其中，
所述造型步骤包括以下步骤：
s101选取尺寸合适的砂箱，所述尺寸合适为：高度大于等于待铸造衬瓦的总高度，直径比待铸造衬瓦的瓦体外径大至少240mm；
s102在砂箱中心放入芯骨，并使用砂子进行造型；
s103使用刮板在砂箱的中心刮出直径等于待铸造衬瓦的瓦体外径的砂子；
s104控制刮板不动，将砂箱朝任意水平方向位移20mm，用刮板继续挂砂至刮不到砂子为止；
s105控制刮板不动，将砂箱朝s14步骤的相反方向水平位移40mm，用刮板继续挂砂至刮不到砂子为止；
s106从底板)向上在待铸造衬瓦的瓦体高度处刮出平面，在该平面上放置上水箱；
s107将砂型在240-260℃烘干；
s108在砂型和上水箱内表面喷刷氧化铝涂料并烘干；
s109在砂箱中心放入水冷金属芯，底部放入冷铁，待浇注；
所述浇注步骤包括以下步骤：
s201冷铁用铝液烫至少2遍，水冷金属芯、砂型以及上水箱烘干且保持温度在50℃以上；
s202开始浇注；
所述后处理包括：
s301注水冷却；
s302合金完全凝固后并稍微冷却后，将整体吊出浇注平台；
s303清理残砂，整理浇注工件和模具，铸造完成。
进一步的，所述步骤s102中所用砂子选用红砂，所述红砂的湿度为：手抓一把砂子，拳头握紧，自由落体，砂子可以散开为标准。
更进一步的，其特征在于：所述步骤s102中造型时下部需要特别压紧。
进一步的，所述步骤s202中合金选用za303，其中cu以alcu50中间合金方式加入；熔炼合金时，先将铝与alcu50中间合金加入熔炉，完全熔化后再加入锌。
更进一步的，s202中浇注前，需要先除去合金液中的氧化铝。
进一步的，步骤s301中，先缓慢向水冷金属芯中加入，使下法兰先凝固，待下法兰凝固之后，加大放水速度，使得衬瓦由下向上顺序凝固。
采用上述技术方案，具有以下优点：为保证铸件顺序凝固，消除局部热节部位产生缩松和底缩，通过增加冷铁加快衬瓦下法兰处的凝固速度；锌合金凝固特征为糊状，容易形成底缩和分散缩松，所以浇注时需放置单个大尺寸冒口，以便随时按需进行补缩；通过向上水箱及水冷金属芯按照顺序和不同的节奏加水，控制产品能够依顺序进行冷却，保证衬瓦的质量；浇注时候的合金采用alcu50来引入合金中的铜，以防止铜在局部比重较大而偏析。
附图说明
图1为本发明水泥回转窑托轮轴衬瓦铸造装置的结构示意图；
图2为图1的a-a截面剖视图。
其中：1、浇口杯；2、排气水管；3、上水箱进口；4、上水箱；5、砂型；6、瓦体型腔；7、砂箱；8、冷铁；9、底板；10、下法兰型腔；11、水冷金属芯；12、上法兰型腔；13、上水箱排气水管。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。需要说明的是，实施例中所述的“在一个实施例中”、“在一个更优的实施例中”等类似语句，是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”、“在一个更优的实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。
如图1和图2所示，本发明的水泥回转窑托轮轴衬瓦铸造装置包括底板9、砂箱7以及浇口杯1，浇口杯1设置在砂箱7的上方；砂箱7中心设有水冷金属芯11，水冷金属芯11的外径等于衬瓦的内径；水冷金属芯11底部设有进出水口，其中进水口高度低于出水口，顶部设有排气水管2；砂箱7与水冷金属芯11之间与砂箱7内部接壤处设有砂型5，砂型5的高度等于衬瓦的档距，砂型5的内径比衬瓦瓦体的外径大40±3mm；底板9、砂型5以及水冷金属芯11最终在砂箱7内部形成用于铸造衬瓦的瓦体型腔6。
在一个实施例中，该铸造装置还包括上水箱4，上水箱4设置在砂型5的上方且与砂箱7的内部接壤；上水箱4开设有上水箱进口3以及上水箱排气水管13；上水箱4、砂型5以及水冷金属芯11最终在砂箱7内部形成用于铸造衬瓦的上法兰型腔12以及该装置的冒口；冒口高度为待铸造衬瓦高度的20-30％，厚度为衬瓦壁厚的1-1.2倍。
在一个实施例中，砂箱7与底板9的连接处设置有冷铁8，冷铁8的内径等于衬瓦的法兰下法兰外径；冷铁8、底板9以及水冷金属芯11最终在砂箱7内部形成用于铸造衬瓦的下法兰型腔10。
在一个实施例中，砂箱7内的砂型5至少分为三箱，其中下箱需要额外压紧。
在一各实施例中，本发明的铸造方法包括造型→浇注→后处理三个步骤；其中，造型步骤包括以下步骤：
s101选取尺寸合适的砂箱7，尺寸合适为：高度大于等于待铸造衬瓦的总高度，直径比待铸造衬瓦的瓦体外径大至少240mm；
s102在砂箱7中心放入芯骨，并使用砂子进行造型；所用砂子选用红砂，所述红砂的湿度为：手抓一把砂子，拳头握紧，自由落体，砂子可以散开为标准。
s103使用刮板在砂箱7的中心刮出直径等于待铸造衬瓦的瓦体外径的砂子；
s104控制刮板不动，将砂箱7朝任意水平方向位移20mm，用刮板继续挂砂至刮不到砂子为止；
s105控制刮板不动，将砂箱7朝s14步骤的相反方向水平位移40mm，用刮板继续挂砂至刮不到砂子为止；
s106从底板9向上在待铸造衬瓦的瓦体高度处刮出平面，在该平面上放置上水箱4；
s107将砂型5在240-260℃烘干；
s108在砂型5和上水箱4内表面喷刷氧化铝涂料并烘干；
s109在砂箱7中心放入水冷金属芯11，底部放入冷铁8，待浇注；
浇注步骤包括以下步骤：
s201冷铁8用铝液烫至少2遍，水冷金属芯11、砂型5以及上水箱4烘干且保持温度在50℃以上；
s202开始浇注，浇注时合金选用za303，其中cu以alcu50中间合金方式加入；熔炼合金时，先将铝与alcu50中间合金加入熔炉，完全熔化后再加入锌；浇注前，需要先除去合金液中的氧化铝。需要注意的是，在将alcu50合金合成锭时，坩埚内需搅拌，以防止铜因比重较大而偏析。
后处理包括：
s301注水冷却；先缓慢向水冷金属芯11中加入，使下法兰先凝固，待下法兰凝固之后，加大放水速度，使得衬瓦由下向上顺序凝固。
s302合金完全凝固后并稍微冷却后，将整体吊出浇注平台；
s303清理残砂，整理浇注工件和模具，铸造完成。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。