双金属复合锤头消失模工艺生产实践 (论文).doc

双金属复合锤头消失模工艺生产实践 王宏光 摘要：本文介绍了采用消失模固-液复合工艺生产双金属复合锤头的生产实践，说明了消失模铸造在双金属复合材料生产中的优势。关键字：双金属、复合锤头、消失模一、 前言锤头是锤式破碎机的关键部件，广泛使用于水泥、陶瓷、矿山和电力等行业，用于硬质材料的破碎。锤头在高速转动的冲击状态下将物料破碎，同时承受硬质物料的磨损，所以锤头的工况要求锤头具有高冲击韧性和高耐磨性的有机结合。由于高锰钢具有冲击抗磨性，过去常将高锰钢作为锤头的主要材料。但高锰钢的加工硬化能力有限，尤其在低冲击工况条件下，其抗磨性能远不及高铬铸铁，常常短时间内磨损失效。高铬铸铁虽然抗磨性极好，然而属于高硬度脆性材料，不具有抗冲击性能。随着生产工艺技术的发展，双金属材料逐渐成为锤头的首选。锤头按结构分为锤柄与锤端两部分，锤柄要求具有较高的强度和抗冲击韧性，锤端是锤头抗磨损的主要部位，要求具有较高的硬度，以增加其抗磨性能。在双金属锤头材质选用中，锤柄多采用高锰钢或碳素钢，锤端多采用高铬铸铁。二、 双金属锤头生产工艺比较双金属锤头的发展伴随着其生产工艺的发展，目前双金属锤头的生产工艺主要有固液复合镶铸工艺1、液液复合双液浇注工艺2等，铸造方法有树脂砂、粘土砂、消失模等。这些生产工艺方法各有优缺点，见下表。序号工艺方法优点缺点1固液复合树脂砂粘土砂生产工艺简单，废品率低，劳动强度高生产周期长，工序成本高。双金属结合力弱，易分层断裂2固液复合消失模生产工艺简单，劳动强度低，适宜于大工业化生产结合力较弱，结合面控制不好，易分层断裂。3液液复合树脂砂粘土砂生产周期短，双金属结合力强，使用安全工艺参数控制范围窄，废品率高，工序成本高。固液复合锤头铸造工艺的关键在于如何保证结合面紧密，耐磨层不易脱落，从而满足使用要求，为了增加固液复合锤头双金属之间的结合力，有采用预热固态锤柄的方法1，也有文献报道采用型内感应预热的方法，在锤柄钢水浇注时，采用感应加热的方法将固态锤柄加热到800，以实现双金属的冶金结合，大大增加了双金属的结合力34。但该工艺不易实现工业化大生产，单件生产的成本很高，不具有市场竞争力，须在实现快速铸造方面进行改进。生产中通常采取的措施有：1、优化的结构设计：锤柄具有多个防脱台或孔，锤头工作面厚度应不低于20mm；2、预埋件锤柄应抛丸处理后酸洗，二次浇注时尽量不被二次污染。这在传统砂型铸造时，很难做到，被迫采取单件浇注或缩短扣合箱到浇注的时间来保证，生产组织难度大，操作工艺复杂，对操作人员技能要求高，不能满足批量生产的要求。而消失模铸造工艺具备以下特点适合于固液复合双金属铸造：（1）二次浇注前预埋件锤柄用白模封闭，最大限度的避免了二次污染；（2）群簇组箱，进一步降低了消失模砂型冷却速度，同时内浇口不受分型面限制开设范围大，可以在整个液固复合面开设，有利于固液复合面紧密结合；（3）多件浇注，铁水量大，浇注过程中温降小，工艺稳定，成品率高。三、 消失模生产工艺过程 邯郸慧桥复合材料科技有限公司采用消失模工艺生产了三种固液复合双金属锤头，第一种是反击式破碎机锤头（如图1）；第二种是烧结机单棍破碎机锤头（如图2）；第三种是滚筒破碎机锤头（如图3）；三种锤头均批量生产，满足破碎工况要求。本文以出口英国的滚筒破碎机锤头为例，阐述采用消失模工艺生产固液复合双金属锤头工艺过程。 图1 反击式破碎机锤头 图2 单辊破碎机锤头 图3 滚筒破碎锤头图3为出口英国的滚筒破锤头，采用双金属结构，底座材质为低合金钢，锤头部位材质为高铬铸铁，尺寸精度、表面光洁度、机械性能、化学成份等方面要求较高。图4 底座模块该双金属锤头采用消失模铸造工艺，底座和锤头分别制作泡沫模块，模块形状见图4。底座采用EPS发泡成型，锤头采用STMMA发泡成型。为了保证白模块的强度和刚度，我们把EPS预发密度控制在18-20g/L，STMMA预发密度控制在15-18g/L。预发好的珠粒，经过12小时熟化。然后在成型机上，进行发泡成型，制作白模。制作好的白模在40左右的烘干房长时间烘干，烘干房内安装除湿机。底座白模烘干水份后，进行组模，粘结浇注系统及组簇。浇注系统采用底注方式，理论上讲可保证铁水平稳充型。粘结好后，刷涂铸钢专用涂料，涂刷方式采取浸涂与刷涂相结合的方式，涂刷二遍，并进行两次烘干，保证涂层厚度在2mm左右。涂刷干燥后振动埋箱造型，采用箱内组装浇注系统，雨淋式加砂，三维振实台振动造型。造型砂采用用40/20目宝珠砂，砂箱尺寸为120012001000mm，底砂高度200mm，锤头底座共造型二层60件，两层之间高度为150mm。浇注参数为浇注温度为16301680，负压真空度为-0.04MPa-0.07Mpa，浇注时间为28s35s，浇注完8小时后出箱。铸件成品率在98%以上，工艺出品率超过80%。底座经抛丸处理，打磨，将表面处理干净（见图5），与锤头模块组装，用胶带粘接密封，保证预埋件不锈蚀。生产工艺与上述基本一致，采用消失模工艺进行二次浇注（见图6），成品见图7。 图5 底座铸件 图6 复合模型 图7 双金属复合锤头为了将高铬铸铁锤头部分紧密复合到低合金钢底座上，主要采取了以下工艺措施：1、将底座部分的图纸做了一些修改，将底板部分变薄，并且留4个连接孔；2、高铬部分的白模用STMMA共聚料发泡成型，保证泡沫模型气化完全，避免气化残留物造成缺陷；3、内浇道采用四周分布。4、将高铬铸铁的浇注提高到极限温度，约1650；四、双金属复合锤头的热处理双金属复合复合锤头为了提高使用寿命，通常需要进行热处理。复合锤头的热处理工艺应根据不同的双金属材质而定，比如高锰钢和高铬铸铁的复合，需要高温加热到10501080左右，保温一定时间后出炉雾冷或风冷，根据工件的形状也可以采用油冷或淬火液冷却。对于碳素钢或低合金钢与高铬铸铁复合的双金属锤头，一般要求加热到温度下限，保温时间缩短，以避免碳素钢或低合金钢过热。在双金属锤头热处理工艺参数中，加热速度与冷却速度的控制是不容忽视的重要因素，因为两者的热胀冷缩的系数不同，应尽量使得双金属的温度一致或在系数相差最小的范围内，避免两者之间产生应力造成裂纹。所以说不同材质的热膨胀系数的比较，也是双金属锤头选材的一个重要依据，但这点常常容易被忽视。五、结论：采用消失模铸造工艺生产双金属复合锤头，主要优势有：1、 模块与固态锤柄组装后，可以保证固态锤柄的表面质量，防止二次污染，从而保证双金属结合强度；2、 可以实现大量铁水快速浇注，有利于减少铁水温降，保证浇注过热度；3、 内浇道不受分型面的限制，可以合理布局；4、 可以实现大批量生产，生产效率高。参考文献1王超、程红晓、王祥东、宋润泽高铬铸铁铸钢锤头的镶铸工艺铸造设备研究2004年第2期。2程红晓、王超、沈卫东、宋润泽锤头的双金属复合铸造工艺铸造技术20