一种大型空心磨球的造型工艺的制作方法

本发明涉及金属耐磨材料领域，更具体地说，涉及一种大型空心磨球的造型工艺。

背景技术：

中速磨机主要粉磨原理是磨球在上、下磨环间滚动，将进入磨道间的矿物粉碎，磨球和磨环是其主要的易损件，根据设备的大小通常放置5～10个磨球，随着设备的大型化，其磨球尺寸也较大，外径由Φ750mm至Φ1150mm，为了减轻这种大型磨球的重量而制成空心球，壁厚由135mm至150mm，重量由1.2吨至3.6吨，并设置5个工艺孔，孔径Φ90mm到Φ100mm；由于空心磨球在运转过程中承受较大的冲击载荷，故国内外均采用CrNiMo铸钢为材质来制备此种磨球。

现有技术中关于空心磨球的制备工艺已有相关技术方案公开，如专利公开号：CN204717206U，公开日：2013年12月25日，发明创造名称为：一种空心磨球的制备方法，该申请案公开了一种空心磨球的制备方法，其具体技术方案为：第一步：模样的制备及组装；第二步：涂挂涂料；第三步：造型；第四步：熔化及浇注；第五步：热处理。该申请案的制备工艺简单，成本较为低廉，适合于不同尺寸和壁厚的大型空心磨球的实际生产，消除空心球壁厚不均匀的问题，提高了空心磨球的使用寿命。

但是，上述申请案存在的技术问题在于：采用上述制备方法制造的大型空心磨球，由于空心磨球的尺寸较大，铸造过程中其表面易出现裂纹、渣孔等产品缺陷，而且尺寸相对越大的空心磨球，其表面出现的裂纹、渣孔等产品缺陷越明显。

因此，如何克服现有大型空心磨球在铸造过程中其表面易出现的裂纹、渣孔等产品缺陷，是现有技术中亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有大型空心磨球在铸造过程中其表面易出现裂纹、渣孔等产品缺陷的不足，提供了一种大型空心磨球的造型工艺，其对于磨球表面缺陷的控制效果显著。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的大型空心磨球的造型工艺，包括以下步骤：将磨球的泡沫塑料模样放入砂箱中，并在振动单元上进行振动加沙。

作为本发明更进一步的改进，所述振动加沙的过程如下：

阶段一：调节振动频率，采用低频率对砂箱进行振动，边振动边加入小颗粒度的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充到砂箱内四分之一高度处；

阶段二：调节振动频率，采用中频率对砂箱进行振动，边振动边加入中颗粒度的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充到砂箱内三分之二高度处；

阶段三：调节振动频率，采用高频率对砂箱进行振动，边振动边加入大颗粒度的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充满砂箱，在砂箱顶部覆盖塑料薄膜，然后接入真空泵管道抽真空，真空度保持在0.65MPa以上。

作为本发明更进一步的改进，所述低频率指5～10HZ，所述小颗粒度指35～50目。

作为本发明更进一步的改进，所述中频率指15～25HZ，所述中颗粒度指75～105目。

作为本发明更进一步的改进，所述高频率指30～35HZ，所述大颗粒度指155～175目。

作为本发明更进一步的改进，所述阶段一、所述阶段二和所述阶段三结束后，在停止继续加沙的条件下，分别沿原振动频率再振动80～100秒，然后进行下一步的操作。

作为本发明更进一步的改进，所述振动单元包括液压底座、气囊和振动电机，所述液压底座的四个角上分别连接四个支撑柱，每个支撑柱中间安装一个气囊，每个支撑柱的上部安装有一个振动电机。

作为本发明更进一步的改进，所述振动单元还包括砂箱轨道，该砂箱轨道用于将砂箱运输至四个支撑柱的上方；通过液压底座将四个支撑柱升起，从而使得砂箱底部的四角被支撑柱撑起，每个支撑柱上分别设有夹持机构，该夹持机构用于在砂箱振动时将砂箱夹持固定在四个支撑柱上。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)发明人经过大量试验总结发现，通过对振动加沙过程进行分阶段控制，并且在每个阶段使用不同的振动频率与不同颗粒度的干石英砂相配合，能显著地降低空心磨球，尤其是大型的空心磨球铸造过程中其表面出现的产品缺陷。

(2)本发明中还指出，阶段一、阶段二和阶段三结束后，在停止继续加沙的条件下，分别沿原振动频率再振动80～100秒，然后进行下一步的操作，这样设计一方面使得不同加沙阶段的型砂之间能够形成良好的阶度配合，避免不同颗粒度的型砂之间出现明显的接触间隙，另一方面有利于砂箱内型砂能够整体振实。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1中振动单元的主视结构示意图；

图2为实施例1中振动单元的俯视结构示意图；

图3为实施例1的大型空心磨球的制造方法的流程图。

示意图中的标号说明：101、液压底座；102、气囊；103、振动电机；104、砂箱轨道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

参考图1～3，本实施例的大型空心磨球的制造方法，包括以下步骤：第一步：模样的制备及组装；第二步：涂挂涂料；第三步：造型；第四步：熔化及浇注；第五步：热处理。

其中，第一步中：采用半球的六分之一制作泡沫模样发泡模具，然后将六片模样组装成半球，最后再将两个半球组装起来，形成空心磨球的泡沫塑料模样；

第二步中：将组装好的泡沫塑料模样涂挂水基锆英粉涂料，涂料厚度1mm；

第三步中：将烘干好的泡沫塑料模样放入砂箱中，并在振动单元上进行振动加沙；

具体振动加沙的过程如下：

阶段一：调节振动频率，采用低频率(5～10HZ)对砂箱进行振动，边振动边加入小颗粒度(35～50目)的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充到砂箱内四分之一高度处；

阶段二：调节振动频率，采用中频率(15～25HZ)对砂箱进行振动，边振动边加入中颗粒度(75～105目)的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充到砂箱内三分之二高度处；

阶段三：调节振动频率，采用高频率(30～35HZ)对砂箱进行振动，边振动边加入大颗粒度(155～175目)的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充满砂箱，在砂箱顶部覆盖塑料薄膜，然后接入真空泵管道抽真空，真空度保持在0.65MPa以上。

阶段一、阶段二和阶段三结束后，在停止继续加沙的条件下，分别沿原振动频率再振动80～100秒，然后进行下一步的操作。

振动单元包括液压底座101、气囊102、振动电机103和砂箱轨道104，液压底座101的四个角上分别连接四个支撑柱，每个支撑柱中间安装一个气囊102，每个支撑柱的上部安装有一个振动电机103；砂箱轨道104用于将砂箱运输至四个支撑柱的上方；通过液压底座101将四个支撑柱升起，从而使得砂箱底部的四角被支撑柱撑起，每个支撑柱上分别设有夹持机构，该夹持机构用于在砂箱振动时将砂箱夹持固定在四个支撑柱上，采用本实施例中的振动单元能够方便地对砂箱进行振动。

第四步中：CrNiMo铸钢的熔化在中频感应电炉中进行，将废钢、铁合金、生铁按照熔化要求依次放入感应炉中熔化，待熔化成钢液后，炉前取样测定钢液的化学成分，一旦钢液化学成分合乎要求，即可出炉浇铸，钢液的出炉温度1600℃，浇铸温度1500℃，然后在铸型中冷却后即开箱清理，并控制清理后的铸钢空心磨球温度维持200℃以上

第五步中：将温度维持在200℃以上的铸钢空心磨球放入初始温度为200～250℃的加热炉中，升温5小时至395～405℃，保温2小时，再升温7小时至675～685℃，保温3小时，再升温2.5小时至845～855℃，保温6小时后出炉空冷，冷却至室温后进行回火处理。

现有技术中，由于空心磨球的尺寸较大，铸造过程中其表面易出现裂纹、渣孔等产品缺陷，而且尺寸相对越大的空心磨球，其表面出现的裂纹、渣孔等产品缺陷越明显，针对于如何避免大型空心磨球在铸造后其表面出现的裂纹、渣孔等产品缺陷，发明人在实际生产中进行了大量试验，创造性地发现解决上述问题的关键在于造型过程的改进和热处理过程的改进，具体为：

本实施例中，设置烘干好的泡沫塑料模样放入砂箱中，并在振动单元上进行振动加沙，具体振动加沙的过程如下：阶段一：调节振动频率，采用5～10HZ对砂箱进行振动，边振动边加入35～50目的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充到砂箱内四分之一高度处；阶段二：调节振动频率，采用15～25HZ对砂箱进行振动，边振动边加入中颗粒度75～105目的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充到砂箱内三分之二高度处；阶段三：调节振动频率，采用30～35HZ对砂箱进行振动，边振动边加入155～175目的干石英砂至砂箱内，直至干石英砂填充满砂箱。发明人在分析现有大型空心磨球铸造过程中其表面出现的裂纹、渣孔等产品缺陷时发现，导致产品表面缺陷发生的直接原因很可能是造型过程中发泡模具与型砂之间接触过密或存在间隙，因此，如何改善发泡模具与型砂之间接触是控制产品缺陷的一个重要方面，基于此，发明人经过大量试验总结发现，通过对振动加沙过程进行分阶段控制，并且在每个阶段使用不同的振动频率与不同颗粒度的干石英砂相配合，能显著地降低空心磨球，尤其是大型的空心磨球铸造过程中其表面出现的产品缺陷，大致原因分析如下：在刚进行振动加沙时，发泡模具的固定并不稳定，此时需要调节振动频率，采用低频率(5～10HZ)对砂箱进行振动，使得发泡模具不易发生振动偏移，同时，配合采用小颗粒度(35～50目)的干石英砂，使得小颗粒度(35～50目)的干石英砂能够第一时间填充发泡模具上的孔洞，避免铸造后的磨球其上孔洞处铸造缺陷的产生，当振动加沙进行到一定程度时，需要逐渐增加振动频率并相应配合使用颗粒度较大的干石英砂，一方面使得型砂能够振实，另一方面由于颗粒度较大的干石英砂位于砂箱的上方，有利于浇注时砂箱内气体的排除，避免气体堵塞在砂箱内而造成的渣孔等铸造缺陷。需要说明的是，基于大型空心磨球的铸造，本实施例中创造性地提出将造型中振动加沙过程分为三个阶段，经过上述三个阶段的振动加沙，使得发泡模具在不同位置上能与相应位置的型砂接触良好，从而大大提高铸造后空心磨球的表面质量。同时，发明人发现现有的空心磨球在铸造后其表面缺陷主要集中在磨球的下部，本实施例中型砂的颗粒度在砂箱内逐渐增加，一方面使得发泡模具下部能与颗粒度较小的型砂充分接触，保证磨球下部的表面质量，另一方面有利于浇注时砂箱内气体的顺利排除。

本实施例中还指出，阶段一、阶段二和阶段三结束后，在停止继续加沙的条件下，分别沿原振动频率再振动80～100秒，然后进行下一步的操作，这样设计一方面使得不同加沙阶段的型砂之间能够形成良好的阶度配合，避免不同颗粒度的型砂之间出现明显的接触间隙，另一方面有利于砂箱内型砂能够整体振实。

本实施例中，通过热处理工艺的改进，能够进一步避免空心磨球在铸造后其表面出现的产品缺陷，具体为，在浇注结束后的开箱清理阶段，控制清理后的铸钢空心磨球温度维持200℃以上，然后将温度维持在200℃以上的铸钢空心磨球放入初始温度为200～250℃的加热炉中进行热处理，由于磨球铸造成型后，未冷却到200℃以下就进行热处理，使得磨球表面始终处于平缓的温度波动范围，大大避免了磨球表面因热胀冷缩而产生裂纹的可能，同时，本实施例中采用特定的热处理工艺，针对性地减少了磨球表面在热处理过程中发生产品缺陷的几率。

经过实际生产检验发现，采用本实施例的大型空心磨球的制造方法后，铸造的磨球其表面缺陷产生的几率由原有的50％左右下降为几乎没有，其对于磨球表面缺陷的控制效果显著。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。