消除扁形球墨铸铁型材鼓肚缺陷的反弧度法

摘要

本发明公开了一种消除扁形球墨铸铁型材鼓肚缺陷的反弧度法，具体按照以下步骤实施：步骤1：对不同规格的扁形球墨铸铁型材的参数进行线性拟合；步骤2：根据步骤1中不同规格的扁形球墨铸铁型材的参数加工石墨套；步骤3：根据步骤2中的石墨套加工引锭头；步骤4：在铸铁水平连铸中根据步骤2得到的石墨套和步骤3得到的引锭头完成型材的生产。本发明消除扁形球墨铸铁型材鼓肚缺陷的反弧度法在不降低生产效率的前提下有效解决了扁形球墨铸铁型材的鼓肚缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于铸铁水平连铸技术领域，具体涉及一种消除扁形球墨铸铁型 材鼓肚缺陷的反弧度法。

背景技术

铸铁水平连铸是采用专用生产线，通过水平连续铸造方法，生产出铸铁 型材的一整套技术。铸铁型材在国内的生产与应用仅有二十余年的历史。此 期间，在产能与需求迅速扩大的同时，生产技术也在不断的提高。如今，国 内有专业生产企业十余家，形成了年产数万吨铸铁型材的能力，可生产出所 有种类的铸铁型材(如球铁型材、灰铁型材、合金铸铁型材等)，所生产的 型材可以是多种等截面的形状(如圆形、方形、矩形、六方形、半圆形、梅 花形等)，型材的长度根据用户的需求可长可短。通过水平连铸工艺生产的 铸铁型材具有一系列较之普通铸件更为优异的特点，如：没有缩孔、缩松、 砂眼、气孔等铸造缺陷；晶粒细小，组织致密；具有更好的力学、机械性能 等。铸铁型材已成为机械制造行业重要的工程材料，且其应用领域仍在继续 扩大。

在铸铁型材中，有一类矩形截面的扁型材，它除了适合于加工成与它形 状近似的零件外，在制作液压件方面有着十分重要的应用。然而，生产中发 现，该类型材易于产生“鼓肚缺陷”，即：型材的扁平面发生鼓胀而凸起， 使得型材的形状和尺寸较理想状态产生了明显差异，这种现象，在球墨铸铁 型材中尤为突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除扁形球墨铸铁型材鼓肚缺陷的反弧度法， 解决了现有技术生产矩形球墨铸铁时难以避免的鼓肚变形问题。

本发明所采用的技术方案是，消除扁形球墨铸铁型材鼓肚缺陷的反弧度 法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：对不同规格的扁形球墨铸铁型材的参数进行线性拟合；

步骤2：根据步骤1中不同规格的扁形球墨铸铁型材的参数加工石墨套；

步骤3：根据步骤2中的石墨套加工引锭头；

步骤4：在铸铁水平连铸中根据步骤2得到的石墨套和步骤3得到的引 锭头完成型材的生产。

本发明的特点还在于：

步骤1中对不同规格的扁形球墨铸铁型材的参数进行线性回归拟合，回 归预测方程为：

c＝-0.046a-5.62d+0.052ad+7.002，

其中，d＝a/b为型材的宽高比，

a为扁形球墨铸铁型材的公称宽度，

b为扁形球墨铸铁型材的公称高度，

c＝s-b为扁形球墨铸铁型材的鼓肚量，

s为每种规格的扁形球墨铸铁型材的鼓肚高度均值，

鼓肚高度为扁形球墨铸铁型材鼓起来的最高点到下表面的距离。

依步骤2加工石墨套，具体参数为：

取球墨铸铁的收缩率为1％，

石墨套空腔的宽度

石墨套空腔的高度

石墨套空腔的上表面下凹圆弧距上表面的最大垂直距离

石墨套空腔的上表面下凹圆弧所对应的半径R₁满足：

${R_1}^2={H_1}^2+{\left(\frac{a_1-e_1\times 2}{2}\right)}^2,$

其中，

H₁＝R₁-h₁，

e₁为石墨套空腔的上表面未下凹部分的其中一端的长度。

依步骤3加工引锭头，具体参数为：

引锭头的宽度a₂＝a₁-1，

引锭头的高度b₂＝b₁-0.5，

引锭头上表面下凹圆弧所对应的半径R₂＝R₁，

引锭头上表面下凹圆弧距上表面的最大垂直距离h₂＝h₁，

e₂为引锭头的上表面未下凹部分的其中一端的长度，e₂＝e₁-0.5。

本发明的有益效果是：在保证生产效率的前提下，有效消除鼓肚缺陷， 不仅使铸铁水平连铸的技术水平得到进一步提高，还可以使生产者提高经济 效益，帮助用户得到更为理想的型材，减少了型材的加工余量。

附图说明

图1是扁形球墨铸铁型材的鼓肚缺陷的实物形貌图；

图2是扁形球墨铸铁型材的鼓肚缺陷的截面示意图；

图3是石墨套横截面示意图；

图4是本发明石墨套横截面与下凹圆弧位置关系的示意图；

图5引锭头横截面示意图；

图6是采用本发明方法生产的型材实物图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明消除扁形球墨铸铁型材鼓肚缺陷的反弧度法，具体按照以下步骤 实施：

步骤1：对不同规格的扁形球墨铸铁型材的参数进行线性拟合

如图1所示为扁形球墨铸铁型材的鼓肚缺陷的实物形貌图，可以看出鼓 肚就是型材在扁平方向上中部向上凸起。板坯宽面中心凸起的厚度与边缘厚 之差叫鼓肚量,依此衡量鼓肚变形程度。

如图2所示为扁形球墨铸铁型材的鼓肚缺陷的截面示意图，图中a为扁 形球墨铸铁型材的公称宽度，b为扁形球墨铸铁型材的公称高度。对于生产 中现有的不同规格的球墨铸铁型材，用游标卡尺测量型材鼓起来的最高点到 下表面的距离(即鼓肚高度)，每种规格的球墨铸铁型材都测量五根，测量 值分别记做s₁、s₂、s₃、s₄、s₅。取s₁、s₂、s₃、s₄、s₅的平均值为鼓肚高度均 值s，用鼓肚高度均值s减去型材截面的公称高度b，便得到型材的鼓肚量 c＝s-b，求出型材截面的宽高比d＝a/b。整理数据，得到表1：

表1 各种规格型材的参数表

将表1中的数据进行回归拟合，得到了以下回归预测方程：

c＝-0.046a-5.62d+0.052ad+7.002。

步骤2：加工石墨套

如图3(a)所示为现有的石墨套的横截面示意图，图3(b)所示为本 发明中石墨套横截面的示意图，对比图3(a)和图3(b)可知，加工结晶 器的石墨套时，需要将原本矩形的石墨套型腔加工成顶部下凹其余三边不变 的形状。根据待生产的型材的尺寸(公称宽度a，公称高度b)和回归预测 方程，得出型材的鼓肚量c，然后确定石墨套空腔的宽度a₁、高度b₁以及石墨 套空腔的上表面下凹圆弧距上表面的最大垂直距离h₁，具体步骤为：

在型材的生产过程中，铁水由熔化炉注入浇包，再通过浇包注入保温炉， 每隔一段时间向保温炉注入一定量的铁水。这种情况下，保温炉内的铁水温 度并不是恒定的，铁水的温度随着时间逐渐降低，直到加入下一浇包的铁水。 当保温炉内的铁水温度较高时，凝固速率较慢，出结晶器后的铸坯层较薄， 导致型材顶部向上凸起的程度较大；当保温炉内的铁水温度较低时，凝固速 率较快，出结晶器后的铸坯层较厚，型材顶部向上凸起的程度有所减弱。因 此，从结晶器出来后型材顶部上凸的程度是不同的，为了防止型材出现反而 下凹的情况，我们取：

图4所示为本发明石墨套横截面与下凹圆弧位置关系的示意图，取球墨 铸铁的收缩率为1％，由于待生产的型材的公称宽度a、公称高度b已知，所 以：

石墨套空腔的宽度

石墨套空腔的高度

由石墨套空腔的宽度a₁、石墨套空腔的上表面下凹圆弧距上表面的最大 垂直距离h₁，根据勾股定理得出石墨套空腔的上表面下凹圆弧所对应的半径 R₁满足：

${R_1}^2={H_1}^2+{\left(\frac{a_1-e_1\times 2}{2}\right)}^2$

其中，

H₁＝R₁-h₁，

e₁为石墨套空腔的上表面未下凹部分的其中一端的长度。

步骤3：加工引锭头

通常引锭装置由两段组合而成，进入结晶器型腔内的一段称为引锭头， 另一段称为引锭杆。加工引锭装置时，首先加工出矩形引锭头(横截面如图 5(a)所示)，然后将矩形的引锭头进一步加工成顶部下凹其余三边不变的 形状(横截面如图5(b)所示)，引锭头的横断面尺寸依型材横断面而定， 具体参数为：

引锭头的宽度a₂＝a₁-1，

引锭头的高度b₂＝b₁-0.5，

引锭头上表面下凹圆弧所对应的半径R₂＝R₁，

引锭头上表面下凹圆弧距上表面的最大垂直距离h₂＝h₁，

e₂为引锭头的上表面未下凹部分的其中一端的长度，e₂＝e₁-0.5。

步骤4：根据待生产型材的尺寸，通过步骤2得到的石墨套空腔的参数， 通过步骤3得到的引锭头的参数，制作相应的结晶器石墨套和引锭头装置， 在铸铁水平连铸中完成型材的生产，得到已经消除了鼓肚缺陷的型材。

实施例

待加工的球墨铸铁型材的宽度a＝180mm，高度b＝50mm。

步骤1：线性拟合

将表1中的数据进行回归拟合，得到了以下回归预测方程：

c＝-0.046a-5.62d+0.052ad+7.002

步骤2：加工石墨套

已知型材宽度a＝180mm、高度b＝50mm，根据回归预测方程得出： c＝12.18mm，$h_1=\frac{2}{3}c=8\mathrm{mm}.$

又根据公式$a_1=\frac{a}{1-1\%},b_1=\frac{b}{1-1\%},{R_1}^2={H_1}^2+{\left(\frac{a_1-e_1\times 2}{2}\right)}^2,$H₁＝R₁-h₁，e₁＝10mm，得出：

a₁＝182mm，b₁＝50.5mm，R₁＝414mm，H₁＝396mm。

步骤3：加工引锭头

因为a₂＝a₁-1，b₂＝b₁-1，R₂＝R₁，H₂＝H₁，h₂＝h₁，e₂＝e₁-0.5， 得出：

a₂＝181mm，b₂＝50mm，R₂＝414mm，H₂＝396mm，h₂＝8mm， e₂＝9.5mm。

按照上述计算得出的数据，加工新型石墨套和引锭装置，并在生产中得 以应用，生产出实物如图6所示，实验结果表明本发明消除扁形球墨铸铁型 材鼓肚缺陷的反弧度法可以在不降低生产效率的前提下有效解决鼓肚缺陷。