本實用新型涉及鑄造工藝技術領域，特別涉及一種高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統。

背景技術：

本公司生產的一種高碳鋼材料的大型薄壁環形鑄鋼件，其結構如圖1所示，具有兩頭厚大的上法蘭1和下法蘭2，中間為環形薄壁部位3，鑄件最大壁厚與最小壁厚差大。并且高碳鋼材質鑄鋼件的碳當量較高，材質相對脆硬，容易產生裂紋。現有技術中該類鑄件的鑄造工藝方案如圖2所示，在上法蘭1設置明冒口4，明冒口4正下方設置補貼5，下法蘭2內側鋪設暗冒口，在下法蘭2與暗冒口之間鑄件外腔的中間壁薄設置一圈冷鐵6。鑄件經過后序無損檢測驗證，在鑄件外側的兩冷鐵6根部之間產生穿透性裂紋的頻率較高，在冷鐵與補貼之間也存在面積性的縮松區域7。

經分析裂紋產生的原因：在鑄件型腔外側中間壁薄處放置的冷鐵6，使中間壁薄處形成凝固的末端區，優先凝固，延長補縮距離，防止鑄件縮松產生。但鑄件材質為高碳鋼，材質脆硬，在冷鐵的強激冷作用下急劇收縮，產生拉應力，由于冷鐵根部的薄壁厚度小，故此處的組織容易撕裂產生裂紋。而縮松產生的原因為：鑄件的壁厚為沿軸向兩端厚中間薄，鑄件凝固后期，中間薄壁處受到兩端厚大部位凝固收縮的影響產生拉應力，如圖3所示，拉應力超過組織此時的抗拉強度，中間壁薄處的組織被應力拉出細小的空洞，而產生縮松。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術中上述高碳鋼材料的大型薄壁環形鑄鋼件鑄造中容易出現裂紋和縮松的缺陷，提供一種高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統，以克服上述缺陷。

本實用新型的目的是這樣實現的，一種高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統，在鑄件的薄壁型腔內側靠近最薄壁厚處間隔設有環形冷卻通道，所述環形冷卻通道設有延伸至砂箱外的進氣管和出氣管，所述進氣管與壓縮氣源連通；在鑄件的薄壁型腔外側貼設若干與鑄件型腔連接的拉筋，所述拉筋的長度方向沿環形薄壁的軸向設置。

本實用新型的澆注冷卻系統具有如下有益效果：1)在鑄件的薄壁型腔內側間隔設置環形冷卻通道以代替冷鐵，對薄壁處進行強制冷卻，解決了薄壁處的裂紋缺陷；2）不額外設置補貼，而是在鑄件中間薄壁處外側增加拉筋，減小中間薄壁處的拉應力，同時由于拉筋先凝固，中間薄壁處的熱量通過拉筋散發出去，使中間薄壁處快速凝固，從而防止鑄件薄壁部位產生縮松區域。與現有技術相比，不設置補貼結構，不僅增加了鑄件的出品率，同時有效減小后序對補貼進行切割、氣刨的工作量。

為進一步促進薄壁部位的均勻冷卻凝固，所述環形冷卻通道包括沿薄壁型腔軸向間隔排列的數層弧形的冷卻管，各冷卻管側壁與薄壁型腔相對的側壁之間距離為40—50mm,所述冷卻管的進口端和出口端分別通過多通接頭使各冷卻管并聯連接；所述多通接頭包括聯集管和聯集管側壁垂直設置的若干分支接頭，所述分支接頭分別與各冷卻管連接，所述聯集管的一端封閉另一端與進氣管或出氣管連接。本結構的環形冷卻通道，澆注冷卻時向環形冷卻通道的各冷卻管內通入壓縮氣體，可以將薄壁部位鋼水凝固的熱量快速帶走。

為進一步精確控制冷卻凝固的速度，所述冷卻管的內徑為25—30mm，各冷卻管側壁與薄壁型腔相對的側壁之間距離為40—50mm, 各相鄰冷卻管的間距為15-20mm,最外側的兩冷卻管外壁之間的最大距離為鑄件最薄處壁厚度的1.5—2倍。

為克服鑄件兩端凝固時產生的向兩端的收縮拉應力對鑄件中間薄壁部位的拉應力作用，所述拉筋等間距均勻排布設置在鑄件壁厚最薄處的外周，每個拉筋的厚度為鑄件最薄壁厚的0.25—0.3倍；所述拉筋沿鑄件軸向的長度為鑄件薄壁部份軸向長度的0.3—0.4倍；所述拉筋遠離薄壁的外側呈弧形，拉筋沿鑄件徑向的最大尺寸與鑄件的最薄壁厚相等。

本實用新型的另一個目的是提供一種采用上述高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統的冷卻方法，具體為在鑄件澆注過程中向澆注口加入鐵水后，經進氣管開始連續向環形冷卻通道內通入壓力為1.3MPa的常溫壓縮氣體，所述壓縮氣體連續通入時間與鑄件最薄的薄壁部位的凝固時間相等。

附圖說明

圖1為大型薄壁環形鑄件的結構圖。

圖2為現有技術中的大型薄壁環形鑄件的澆注冷卻工藝圖。

圖3為采用現有技術中的澆注冷卻工藝鑄件中間的薄壁部位冷卻時受拉應力產生縮松的受力狀態示意圖。

圖4本實用新型的高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統的環形冷卻通道的布置圖。

圖5為環形冷卻通道的結構示意圖。

圖6為多通接頭的結構示意圖。

圖7為鑄件外壁布置拉筋的示意圖。

圖8為拉筋的局布視圖。

其中，1 上法蘭；2下法蘭；3環形薄壁部位；4明冒口；5補貼；6冷鐵；7縮松區域；8環形冷卻通道；9進氣管；10出氣管；11多通接頭；11A聯集管；11B分支接頭；12拉筋。

具體實施方式

如圖4—圖8所示，為本實用新型的高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統，該系統中，在鑄件的薄壁型腔內側靠近最薄壁厚處間隔設有環形冷卻通道8，該環形冷卻通道8設有延伸至砂箱外的進氣管9和出氣管10，進氣管9與壓縮氣源連通；在鑄件的薄壁型腔外側貼設若干與鑄件型腔連接的拉筋12，拉筋12的長度方向沿環形薄壁的軸向設置。

為進一步促進薄壁部位的均勻冷卻凝固，上述環形冷卻通道8包括沿薄壁型腔軸向間隔排列的數層弧形的冷卻管，為防止冷卻管受熱變形，各冷卻管側壁與薄壁型腔相對的側壁之間距離為40—50mm,冷卻管的進口端和出口端分別通過多通接頭11使各冷卻管并聯連接；該多通接頭11包括聯集管11A和聯集管11A側壁垂直設置的若干分支接頭11B，連接時，各分支接頭11B分別與各冷卻管端部連接，聯集管11A的一端封閉另一端與進氣管或出氣管連接。本結構的環形冷卻通道，澆注時，向環形冷卻通道8的各冷卻管內通入壓縮氣體，可以將薄壁部位鋼水凝固的熱量快速帶走。

為進一步精確控制冷卻凝固的速度，冷卻管的內徑為25—30mm，各冷卻管側壁與薄壁型腔相對的側壁之間距離為40—50mm,各相鄰冷卻管的側壁間距為15-20mm,最外側的兩冷卻管外壁之間的最大距離為鑄件最薄處壁厚度的1.5—2倍。鑄件的大型薄壁環部位澆注凝固時鐵水的凝固速度不能過快也不能太慢，凝固過快會導致鑄件內應力增大，容易產生裂紋，凝固過慢會導致鑄件凝固時溫度過小，容易產生縮松，冷卻管布置的間距、數量及冷卻管內通道尺寸的設置對薄壁部位的凝固時間有直接影響，本實用新型的冷卻通道設置方式通過控制冷卻管的間距、尺寸和數量以控制澆注時的冷卻效果和凝固時間，以減少鑄件薄壁部位的裂紋缺陷。

為克服鑄件兩端凝固時產生的向兩端的收縮拉應力對鑄件中間薄壁部位的拉應力作用，拉筋12等間距均勻排布設置在鑄件壁厚最薄處的外周，每個拉筋12的厚度為鑄件最薄壁厚的0.25—0.3倍；拉筋12沿鑄件軸向的長度為鑄件薄壁部份軸向長度的0.3—0.4倍；拉筋12遠離薄壁的外側呈弧形，拉筋12沿鑄件徑向的最大尺寸與鑄件的最薄壁厚相等。本實用新型的拉筋結構，根據鑄件薄壁部位的尺寸特點為：軸向方向上中間為最薄的部位，向兩端方向，薄壁環外的輪廓有一定的外擴斜度，所以拉筋設計成弓形，既可以避免薄壁部位承受拉應力，又便于鑄件后期的清理加工。

因此，本實用新型的澆注冷卻系統，在鑄件的薄壁型腔內側間隔設置環形冷卻通道8以代替冷鐵，對薄壁處進行強制冷卻，解決了薄壁處的裂紋缺陷；2）不額外設置補貼，而是在鑄件中間薄壁處外側增加拉筋，減小中間薄壁處的拉應力，同時由于拉筋先凝固，中間薄壁處的熱量通過拉筋散發出去，使中間薄壁處快速凝固，從而防止鑄件薄壁部位產生縮松區域。與現有技術相比，不設置補貼結構，不僅增加了鑄件的出品率，同時有效減小后序對補貼進行切割、氣刨的工作量。

鑄件澆注時，采用本實用新型的上述高碳鋼薄壁環形鑄件的澆注冷卻系統的冷卻方法，具體為在鑄件澆注過程中向澆注口加入鐵水后，經進氣管9開始連續向環形冷卻通道8內通入壓力為1.3MPa的常溫壓縮氣體，該壓縮氣體連續通入時間與鑄件最薄的薄壁部位的凝固時間相等。該薄壁部位的凝固時間可以通過電腦軟件模擬澆注確定。例如，本公司生產的一種該類鑄件，薄壁部位最薄處的厚度為68mm,鑄件的薄壁環的內徑為φ2400，軸向長度為1850，上（下）法蘭盤厚度為150mm，該鑄件經電腦軟件模擬澆注，確定薄壁部位的凝固時間為10小時左右。