一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法
阅读说明：本技术 一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法 (Pouring method utilizing end face profiling of centrifugal composite roll collar ) 是由 王保宏 白思诺 王国菊 冀鑫刚 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法,属于铸造工装技术领域,包括两个步骤：1)制作具有凸台的离心复合辊环的端面仿型和模具；2)组合上、下端面仿型与模具,采用离心铸造的方式进行浇注得到复合辊环毛坯。本发明采用仿型制作轧辊端面存在凸台时的模型端盖,既满足了造型的要求,又使得端盖整体重量不增加,凸台与非凸台部位都在合理的吃砂量范围内,保证了产品端面的凝固冷却速度,产品的碳化物含量由4.25%提高至6.63%,外层端面组织更加致密,经过热处理后珠光体组织片层更细；采用合理的浇注方法,保证了产品外层使用部分的高硬度高耐磨性和内层的高韧性,同时还保证了产品质量的稳定性。(The invention relates to a pouring method by utilizing end face profiling of a centrifugal composite roll collar, which belongs to the technical field of casting tools and comprises the following two steps: 1) manufacturing an end face profiling and a die of the centrifugal composite roll collar with the boss; 2) and combining the profiling of the upper end face and the lower end face with the die, and pouring in a centrifugal casting mode to obtain a composite roll collar blank. According to the invention, the model end cover with the boss on the end surface of the roller is manufactured by profiling, so that the requirement of the modeling is met, the whole weight of the end cover is not increased, the boss and the non-boss are both in a reasonable sand-eating amount range, the solidification cooling speed of the end surface of the product is ensured, the carbide content of the product is increased from 4.25% to 6.63%, the end surface structure of the outer layer is more compact, and the pearlite structure lamella is thinner after heat treatment; by adopting a reasonable pouring method, the high hardness and high wear resistance of the used part of the outer layer and the high toughness of the inner layer of the product are ensured, and the stability of the product quality is also ensured.)
技术领域
本发明涉及一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法，属于铸造工装技术领域。
背景技术
离心辊环生产时常规端盖为平盖，需要一定厚度的吃砂量，吃砂量过少时会有安全隐患，吃砂量过大会降低辊环的凝固冷却速度，使得辊环组织粗大，影响产品质量。当生产轧辊端面为平辊时，使用平端盖可保证正常吃砂量。但是当轧辊端面存在凸台时，继续使用平端盖生产无凸台的复合辊环毛坯，然后加工为有凸台的轧辊，会造成辊环非凸台部位凝固速度慢影响产品质量，且会造成辊环毛净比大。
本发明采用仿型制作凸台，改进端盖设计，在端盖上设计铸齿落差，满足造型要求，使得端盖整体重量不增加，凸台与非凸台部位都在合理的吃砂量范围内，提高产品质量；采用合理的浇注方法，保证工件质量的稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法，降低生产成本，提高工件的质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法，包括以下步骤：
1)制作具有凸台的离心复合辊环的端面仿型和模具；
2)组合上、下端面仿型与模具，采用离心铸造的方式进行浇注得到具有复合辊环毛坯外层和复合辊环毛坯内层的复合辊环毛坯。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤1)中具有凸台的离心复合辊环的端面仿型为一体设置的环状结构，所述环状结构由外侧到中心依次设为端盖平面区、端盖变径区和端盖凸台区，且环状结构各部分的上下表面均平行，所述端盖凸台区的中心设有铁水浇注孔。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤1)的离心复合辊环的端面仿型内部沿径向和周向均匀设有便于挂料的铸齿。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)的上、下端面仿型结构相同，但下端面仿型无铁水浇注孔，模具为外围冷型。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)采用分层浇注法，在铸造过程中以复合辊环毛坯两端的凸台变径处对应的轴向变径分界线I或变径分界线Ⅱ为分界线。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)的离心铸造过程为：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层，浇注至变径分界线Ⅱ；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层后，间隔空转一定时间；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：先以5-8mm/s的速度浇注变径分界线Ⅱ50-80mm处的区域，再以3-5mm/s的速度浇注其余复合辊环毛坯内层部分，得到复合辊环毛坯。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)的离心铸造过程为：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层，浇注至变径分界线I；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层后，间隔空转一定时间；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：先以5-8mm/s的速度浇注变径分界线I和变径分界线Ⅱ之间的区域，再以3-5mm/s的速度浇注其余复合辊环毛坯内层部分，得到复合辊环毛坯。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述复合辊环毛坯外层铁水的主要成分含量为C：1.5-2.5％、Si：0.2-1.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：1.0-2.0％,其余为Fe，复合辊环毛坯内层铁水C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％,其余为Fe。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述间隔空转时间为10-20min。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
本发明采用仿型制作轧辊端面存在凸台时的模型端盖，既满足了造型的要求，又使得端盖整体重量不增加，凸台与非凸台部位都在合理的吃砂量范围内，保证了产品端面的凝固冷却速度，产品的碳化物含量由4.25％提高至6.63％，外层端面组织更加致密，经过热处理后珠光体组织片层更细；采用合理的浇注方法，保证了产品外层使用部分的高硬度高耐磨性和内层的高韧性，同时还保证了产品质量的稳定性。
本发明端盖造型使用仿型设计，降低生产产品的毛净比，从而降低了产品的生产成本。
本发明设计内外层分界线处于平面位置，有利于界面的稳定性。
本发明采用快速浇过变径位置的方法，有利于凝固顺序的一致性，提高了产品的质量。
附图说明
图1是本发明以变径分界线Ⅱ为分界线的浇注铁水后的复合辊环毛坯结构示意图；
图2是本发明以变径分界线I为分界线的浇注铁水后的复合辊环毛坯结构示意图；
图3是本发明的端面仿型结构示意图；
图4是现有技术平端端盖结构示意图；
图5是现有技术浇注铁水后的复合辊环毛坯结构示意图；
其中，1、上端面仿型，1-1、端盖平面区，1-2、端盖变径区，1-3、端盖凸台区，1-4、铸齿，2、下端面仿型，3、模具，4、复合辊环毛坯外层，5、复合辊环毛坯内层，6、变径分界线I，7、变径分界线Ⅱ，8、分界线。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种利用离心复合辊环端面仿型的浇注方法，包括以下步骤：
1)制作具有凸台的离心复合辊环的端面仿型和模具。如图3所示：所述端面仿型为一体设置的环状结构，所述环状结构由外到内依次设为端盖平面区1-1、端盖变径区1-2和端盖凸台区1-3，且环状结构各部分的上下表面均平行，所述端盖凸台区1-3的中心设有铁水浇注孔。所述离心复合辊环的端面仿型内部沿径向和周向均匀设有便于挂料的铸齿1-4。
2)组合上、下端面仿型与模具，采用离心铸造的方式进行浇注得到具有凸台的复合辊环毛坯。如图1或图2所示：所述上、下端面仿型结构相同，但下端面仿型无铁水浇注孔，模具为外围冷型；得到的复合辊环毛坯包括由外到内一体设置的高硬度高耐磨性的复合辊环毛坯外层4和高韧性的复合辊环毛坯内层5，所述复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5在铸造过程中以复合辊环毛坯两端的凸台变径处对应的轴向变径分界线I6或变径分界线Ⅱ7为分界线。如图2所示，变径分界线I6具体为复合辊环毛坯两端的凸台由外向内的变径起始点所对应的平行于轴线的线；如图1所示，变径分界线Ⅱ7具体为复合辊环毛坯两端的凸台由外向内的变径终点所对应的平行于轴线的线。
一、以变径分界线Ⅱ7为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线的离心铸造过程：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层4，浇注至变径分界线Ⅱ7，以变径分界线Ⅱ7为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线，来保证产品外层的使用厚度；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层4后，间隔空转10-20min；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：先以5-8mm/s的速度浇注变径分界线Ⅱ7 50-80mm处的区域，再以3-5mm/s的速度浇注其余复合辊环毛坯内层5部分。
二、以变径分界线I6为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线的离心铸造过程：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层4，浇注至变径分界线I6，以变径分界线I6为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线，保证产品外层的使用厚度；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层4后，间隔空转10-20min；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：先以5-8mm/s的速度浇注变径分界线I6和变径分界线Ⅱ7之间的区域，再以3-5mm/s的速度浇注其余复合辊环毛坯内层5部分。
上述两种情况复合辊环毛坯外层铁水的主要成分含量为C：1.5-2.5％、Si：0.2-1.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：1.0-2.0％，其余为Fe，复合辊环毛坯内层铁水C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％,其余为Fe。
实施例1
1)制作具有凸台的离心复合辊环的端面仿型和模具。如图3所示：所述端面仿型为一体设置的环状结构，所述环状结构由外到内依次设为端盖平面区1-1、端盖变径区1-2和端盖凸台区1-3，且环状结构各部分的上下表面均平行，所述端盖凸台区1-3的中心设有铁水浇注孔。所述离心复合辊环的端面仿型内部沿径向和周向均匀设有便于挂料的铸齿1-4。
2)组合上、下端面仿型与模具，采用离心铸造的方式进行浇注得到具有凸台的复合辊环毛坯。如图1所示：所述上、下端面仿型结构相同，但下端面仿型无铁水浇注孔，模具为外围冷型；得到的复合辊环毛坯包括由外到内一体设置的高硬度高耐磨性的复合辊环毛坯外层4和高韧性的复合辊环毛坯内层5，所述复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5在铸造过程中以复合辊环毛坯两端的凸台变径处对应的轴向变径分界线Ⅱ7为分界线。
离心铸造过程：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：外层铁水的主要成分含量为C：1.5-2.5％、Si：0.2-1.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：1.0-2.0％、其余为Fe。采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层4，浇注至变径分界线Ⅱ7，以变径分界线Ⅱ7为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线，来保证产品外层的使用厚度；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层4后，间隔空转10-20min；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：内层铁水的主要成分C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％、其余为Fe。先以5-8mm/s的速度浇注变径分界线Ⅱ7 50-80mm处的区域，再以3-5mm/s的速度浇注其余复合辊环毛坯内层5部分，得到复合辊环毛坯。
实施例2
1)制作具有凸台的离心复合辊环的端面仿型。如图3所示：所述端面仿型为一体设置的环状结构，所述环状结构由外到内依次设为端盖平面区1-1、端盖变径区1-2和端盖凸台区1-3，且环状结构各部分的上下表面均平行，所述端盖凸台区1-3的中心设有铁水浇注孔。所述离心复合辊环的端面仿型内部沿径向和周向均匀设有便于挂料的铸齿1-4。
2)组合上、下端面仿型与模具，采用离心铸造的方式进行浇注得到复合辊环毛坯。如图2所示：所述上、下端面仿型结构相同，但下端面仿型无铁水浇注孔，模具为外围冷型；得到的复合辊环毛坯包括由外到内一体设置的高硬度高耐磨性的复合辊环毛坯外层4和高韧性的复合辊环毛坯内层5，所述复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5在铸造过程中以复合辊环毛坯两端的凸台变径处对应的轴向变径分界线I6为分界线。
离心铸造过程：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：外层铁水的主要成分含量为C：1.5-2.5％、Si：0.2-1.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：1.0-2.0％、其余为Fe。采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层4，浇注至变径分界线I6，以变径分界线I6为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线，保证产品外层的使用厚度；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层4后，间隔空转10-20min；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：内层铁水的主要成分C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％、其余为Fe。先以5-8mm/s的速度浇注变径分界线I6和变径分界线Ⅱ7之间的区域，再以3-5mm/s的速度浇注其余复合辊环毛坯内层5部分，得到复合辊环毛坯。
对照例1
1)制作如图4所示的离心复合辊环的平端端盖。
2)组合上、下端盖与模具，采用离心铸造的方式进行浇注得到无凸台的复合辊环毛坯。如图5所示，所述上、下端盖结构相同，但下端盖无铁水浇注孔，模具为外围冷型；得到的复合辊环毛坯包括由外到内一体设置的高硬度高耐磨性的复合辊环毛坯外层4和高韧性的复合辊环毛坯内层5，所述复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5在铸造过程中根据复合辊环毛坯外层4的应用需求确定分界线8的位置。
离心铸造过程：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：外层铁水的主要成分含量为C：1.5-2.5％、Si：0.2-1.0％、Cr：1.0-4.0％、Mo：1.0-2.0％、其余为Fe。采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层4，浇注至分界线8，以分界线8为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线，保证产品外层的使用厚度；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层4后，间隔空转10-20min；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：内层铁水的主要成分C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％、其余为Fe。以3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯内层5部分，得到无凸台的复合辊环毛坯。
对照例2
1)制作如图4所示的离心复合辊环的平端端盖。
2)组合上、下端盖与模具，采用离心铸造的方式进行浇注得到无凸台的复合辊环毛坯。如图5所示：所述上、下端盖结构相同，但下端盖无铁水浇注孔，模具为外围冷型；得到的复合辊环毛坯包括由外到内一体设置的高硬度高耐磨性的复合辊环毛坯外层4和高韧性的复合辊环毛坯内层5，所述复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5在铸造过程中根据复合辊环毛坯外层4的应用需求确定分界线8的位置。
离心铸造过程：
A、浇注复合辊环毛坯外层铁水：外层铁水的主要成分含量为C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％、其余为Fe。采用3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯外层4，浇注至分界线8，以分界线8为复合辊环毛坯外层4和复合辊环毛坯内层5的分界线，保证产品外层的使用厚度；
B、间隔：浇注完复合辊环毛坯外层4后，间隔空转10-20min；
C、浇注复合辊环毛坯内层铁水：内层铁水的主要成分C：1.0-2.0％、Si：1.0-2.0％、Cr≤0.5％、Mo≤0.5％、其余为Fe。以3-5mm/s的速度浇注复合辊环毛坯内层5部分，得到复合辊环毛坯。
当采用实施例1、实施例2、对照例1和对照例2的方法制作1200mm*228mm规格产品时，实施例1-2，进一步加工时工作量小，工作效率高；对照例1-2得到的复合辊环毛坯无凸台结构，进一步加工作量大。
各产品的生产成本及质量数据对比如下：
如上表所示：(1)采用本发明方法所制得的产品需水总量降低270Kg，生产成本降低了10.5％；(2)采用本发明方法所制得的产品的碳化物含量显著增加，外层端面组织更加致密；(3)采用本发明方法所制得的产品的外层硬度较高，具有高硬度，耐磨性好。
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