一種大型空心磨球的造型工藝

《一種大型空心磨球的造型工藝》是馬鞍山市海天重工科技發展有限公司於2016年12月31日申請的專利，該專利申請號：2016112689828，專利公布號：CN106734960A，專利公布日：2017年5月31日，發明人是：孫愛民、張顥、施懋祥、張俊。

《一種大型空心磨球的造型工藝》公開了一種大型空心磨球的造型工藝，屬於金屬耐磨材料領域。《一種大型空心磨球的造型工藝》的大型空心磨球的造型工藝，包括以下步驟：將磨球的泡沫塑膠模樣放入砂箱中，並在振動單元上進行振動加沙，其振動加沙的過程如下：階段一：調節振動頻率，採用低頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入小顆粒度的乾石英砂至砂箱內；階段二：調節振動頻率，採用中頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入中顆粒度的乾石英砂至砂箱內；階段三：調節振動頻率，採用高頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入大顆粒度的乾石英砂至砂箱內。《一種大型空心磨球的造型工藝》對於磨球表面缺陷的控制效果顯著。

2021年8月16日，《一種大型空心磨球的造型工藝》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種大型空心磨球的造型工藝》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種大型空心磨球的造型工藝
• 公布號：CN106734960A
• 公布日：2017年5月31日
• 申請號：2016112689828
• 申請日：2016年12月31日
• 申請人：馬鞍山市海天重工科技發展有限公司
• 地址：安徽省馬鞍山市博望區新市工業園
• 發明人：孫愛民、張顥、施懋祥、張俊
• Int.Cl.：B22C9/24(2006.01)I、B22C9/02(2006.01)I
• 專利代理機構：南京知識律師事務所
• 代理人：蔣海軍、胡鋒鋒
• 類別：發明專利

專利背景

中速磨機主要粉磨原理是磨球在上、下磨環間滾動，將進入磨道間的礦物粉碎，磨球和磨環是其主要的易損件，根據設備的大小通常放置5—10個磨球，隨著設備的大型化，其磨球尺寸也較大，外徑由Φ750毫米至Φ1150毫米，為了減輕這種大型磨球的重量而製成空心球，壁厚由135毫米至150毫米，重量由1.2噸至3.6噸，並設定5個工藝孔，孔徑Φ90毫米到Φ100毫米；由於空心磨球在運轉過程中承受較大的衝擊載荷，故全球均採用CrNiMo鑄鋼為材質來製備此種磨球。

截至2016年12月，該領域技術中關於空心磨球的製備工藝已有相關技術方案公開，如專利公開號：CN204717206U，公開日：2013年12月25日，發明創造名稱為：一種空心磨球的製備方法，該申請案公開了一種空心磨球的製備方法，其具體技術方案為：第一步：模樣的製備及組裝；第二步：塗掛塗料；第三步：造型；第四步：熔化及澆注；第五步：熱處理。該申請案的製備工藝簡單，成本較為低廉，適合於不同尺寸和壁厚的大型空心磨球的實際生產，消除空心球壁厚不均勻的問題，提高了空心磨球的使用壽命。

但是，上述申請案存在的技術問題在於：採用上述製備方法製造的大型空心磨球，由於空心磨球的尺寸較大，鑄造過程中其表面易出現裂紋、渣孔等產品缺陷，而且尺寸相對越大的空心磨球，其表面出現的裂紋、渣孔等產品缺陷越明顯。

因此，如何克服2016年12月以前的大型空心磨球在鑄造過程中其表面易出現的裂紋、渣孔等產品缺陷，是亟需解決的技術問題。

發明內容

專利目的

《一種大型空心磨球的造型工藝》的目的在於克服2016年12月以前的大型空心磨球在鑄造過程中其表面易出現裂紋、渣孔等產品缺陷的不足，提供了一種大型空心磨球的造型工藝，其對於磨球表面缺陷的控制效果顯著。

技術方案

《一種大型空心磨球的造型工藝》的大型空心磨球的造型工藝，包括以下步驟：將磨球的泡沫塑膠模樣放入砂箱中，並在振動單元上進行振動加沙。作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述振動加沙的過程如下：階段一：調節振動頻率，採用低頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入小顆粒度的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內四分之一高度處；階段二：調節振動頻率，採用中頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入中顆粒度的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內三分之二高度處；階段三：調節振動頻率，採用高頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入大顆粒度的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充滿砂箱，在砂箱頂部覆蓋塑膠薄膜，然後接入真空泵管道抽真空，真空度保持在0.65以上。

作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述低頻率指5—10赫茲，所述小顆粒度指155—175目。作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述中頻率指15—25赫茲，所述中顆粒度指75—105目。作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述高頻率指30—35赫茲，所述大顆粒度指35—50目。作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述階段一、所述階段二和所述階段三結束後，在停止繼續加沙的條件下，分別沿原振動頻率再振動80—100秒，然後進行下一步的操作。作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述振動單元包括液壓底座、氣囊和振動電機，所述液壓底座的四個角上分別連線四個支撐柱，每個支撐柱中間安裝一個氣囊，每個支撐柱的上部安裝有一個振動電機。作為《一種大型空心磨球的造型工藝》更進一步的改進，所述振動單元還包括砂箱軌道，該砂箱軌道用於將砂箱運輸至四個支撐柱的上方；通過液壓底座將四個支撐柱升起，從而使得砂箱底部的四角被支撐柱撐起，每個支撐柱上分別設有夾持機構，該夾持機構用於在砂箱振動時將砂箱夾持固定在四個支撐柱上。

改善效果

（1）發明人經過大量試驗總結髮現，通過對振動加沙過程進行分階段控制，並且在每個階段使用不同的振動頻率與不同顆粒度的乾石英砂相配合，能顯著地降低空心磨球，尤其是大型的空心磨球鑄造過程中其表面出現的產品缺陷。

（2）《一種大型空心磨球的造型工藝》中還指出，階段一、階段二和階段三結束後，在停止繼續加沙的條件下，分別沿原振動頻率再振動80—100秒，然後進行下一步的操作，這樣設計一方面使得不同加沙階段的型砂之間能夠形成良好的階度配合，避免不同顆粒度的型砂之間出現明顯的接觸間隙，另一方面有利於砂箱內型砂能夠整體振實。

附圖說明

圖1為實施例1中振動單元的主視結構示意圖；

圖2為實施例1中振動單元的俯視結構示意圖；

圖3為實施例1的大型空心磨球的製造方法的流程圖。

示意圖中的標號說明：101、液壓底座；102、氣囊；103、振動電機；104、砂箱軌道。

技術領域

《一種大型空心磨球的造型工藝》涉及金屬耐磨材料領域，更具體地說，涉及一種大型空心磨球的造型工藝。

權利要求

1.《一種大型空心磨球的造型工藝》其特徵在於，包括以下步驟：將磨球的泡沫塑膠模樣放入砂箱中，並在振動單元上進行振動加砂；所述振動加砂的過程如下：階段一：調節振動頻率，採用低頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入小顆粒度的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內四分之一高度處；所述低頻率指5~10赫茲，所述小顆粒度指155~175目；階段二：調節振動頻率，採用中頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入中顆粒度的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內三分之二高度處；所述中頻率指15~25赫茲，所述中顆粒度指75~105目；階段三：調節振動頻率，採用高頻率對砂箱進行振動，邊振動邊加入大顆粒度的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充滿砂箱，在砂箱頂部覆蓋塑膠薄膜，然後接入真空泵管道抽真空，真空度保持在0.65兆帕以上；所述高頻率指30~35赫茲，所述大顆粒度指35~50目。

2.根據權利要求1所述的大型空心磨球的造型工藝，其特徵在於，所述階段一、所述階段二和所述階段三結束後，在停止繼續加砂的條件下，分別沿原振動頻率再振動80~100秒，然後進行下一步的操作。

3.根據權利要求1或2所述的大型空心磨球的造型工藝，其特徵在於：所述振動單元包括液壓底座（101）、氣囊（102）和振動電機（103），所述液壓底座（101）的四個角上分別連線四個支撐柱，每個支撐柱中間安裝一個氣囊（102），每個支撐柱的上部安裝有一個振動電機（103）。

4.根據權利要求3所述的大型空心磨球的造型工藝，其特徵在於：所述振動單元還包括砂箱軌道（104），該砂箱軌道（104）用於將砂箱運輸至四個支撐柱的上方；通過液壓底座（101）將四個支撐柱升起，從而使得砂箱底部的四角被支撐柱撐起，每個支撐柱上分別設有夾持機構，該夾持機構用於在砂箱振動時將砂箱夾持固定在四個支撐柱上。

實施方式

參考圖1—3，該實施例的大型空心磨球的製造方法，包括以下步驟：第一步：模樣的製備及組裝；第二步：塗掛塗料；第三步：造型；第四步：熔化及澆注；第五步：熱處理。 其中，第一步中：採用半球的六分之一製作泡沫模樣發泡模具，然後將六片模樣組裝成半球，最後再將兩個半球組裝起來，形成空心磨球的泡沫塑膠模樣；第二步中：將組裝好的泡沫塑膠模樣塗掛水基鋯英粉塗料，塗料厚度1毫米；第三步中：將烘乾好的泡沫塑膠模樣放入砂箱中，並在振動單元上進行振動加沙；具體振動加沙的過程如下：階段一：調節振動頻率，採用低頻率（5—10赫茲）對砂箱進行振動，邊振動邊加入小顆粒度（155—175目）的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內四分之一高度處； 階段二：調節振動頻率，採用中頻率（15—25赫茲）對砂箱進行振動，邊振動邊加入中顆粒度（75—105目）的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內三分之二高度處； 階段三：調節振動頻率，採用高頻率（30—35赫茲）對砂箱進行振動，邊振動邊加入大顆粒度（35—50目）的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充滿砂箱，在砂箱頂部覆蓋塑膠薄膜，然後接入真空泵管道抽真空，真空度保持在0.65兆帕以上。階段一、階段二和階段三結束後，在停止繼續加沙的條件下，分別沿原振動頻率再振動80—100秒，然後進行下一步的操作。振動單元包括液壓底座101、氣囊102、振動電機103和砂箱軌道104，液壓底座101的四個角上分別連線四個支撐柱，每個支撐柱中間安裝一個氣囊102，每個支撐柱的上部安裝有一個振動電機103；砂箱軌道104用於將砂箱運輸至四個支撐柱的上方；通過液壓底座101將四個支撐柱升起，從而使得砂箱底部的四角被支撐柱撐起，每個支撐柱上分別設有夾持機構，該夾持機構用於在砂箱振動時將砂箱夾持固定在四個支撐柱上，採用該實施例中的振動單元能夠方便地對砂箱進行振動。第四步中：CrNiMo鑄鋼的熔化在中頻感應電爐中進行，將廢鋼、鐵合金、生鐵按照熔化要求依次放入感應爐中熔化，待熔化成鋼液後，爐前取樣測定鋼液的化學成分，一旦鋼液化學成分合乎要求，即可出爐澆鑄，鋼液的出爐溫度1600℃，澆鑄溫度1500℃，然後在鑄型中冷卻後即開箱清理，並控制清理後的鑄鋼空心磨球溫度維持200℃以上第五步中：將溫度維持在200℃以上的鑄鋼空心磨球放入初始溫度為200—250℃的加熱爐中，升溫5小時至395—405℃，保溫2小時，再升溫7小時至675—685℃，保溫3小時，再升溫2.5小時至845—855℃，保溫6小時後出爐空冷，冷卻至室溫後進行回火處理。

2016年12月以前的技術中，由於空心磨球的尺寸較大，鑄造過程中其表面易出現裂紋、渣孔等產品缺陷，而且尺寸相對越大的空心磨球，其表面出現的裂紋、渣孔等產品缺陷越明顯，針對於如何避免大型空心磨球在鑄造後其表面出現的裂紋、渣孔等產品缺陷，發明人在實際生產中進行了大量試驗，創造性地發現解決上述問題的關鍵在於造型過程的改進和熱處理過程的改進，具體為：該實施例中，設定烘乾好的泡沫塑膠模樣放入砂箱中，並在振動單元上進行振動加沙，具體振動加沙的過程如下：階段一：調節振動頻率，採用5—10赫茲對砂箱進行振動，邊振動邊加入155—175目的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內四分之一高度處；階段二：調節振動頻率，採用15—25赫茲對砂箱進行振動，邊振動邊加入中顆粒度75—105目的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充到砂箱內三分之二高度處；階段三：調節振動頻率，採用30—35赫茲對砂箱進行振動，邊振動邊加入35—50目的乾石英砂至砂箱內，直至乾石英砂填充滿砂箱。發明人在分析2016年12月以前的大型空心磨球鑄造過程中其表面出現的裂紋、渣孔等產品缺陷時發現，導致產品表面缺陷發生的直接原因很可能是造型過程中發泡模具與型砂之間接觸過密或存在間隙，因此，如何改善發泡模具與型砂之間接觸是控制產品缺陷的一個重要方面，基於此，發明人經過大量試驗總結髮現，通過對振動加沙過程進行分階段控制，並且在每個階段使用不同的振動頻率與不同顆粒度的乾石英砂相配合，能顯著地降低空心磨球，尤其是大型的空心磨球鑄造過程中其表面出現的產品缺陷，大致原因分析如下：在剛進行振動加沙時，發泡模具的固定並不穩定，此時需要調節振動頻率，採用低頻率（5—10赫茲）對砂箱進行振動，使得發泡模具不易發生振動偏移，同時，配合採用小顆粒度（155—175目）的乾石英砂，使得小顆粒度（155—175目）的乾石英砂能夠第一時間填充發泡模具上的孔洞，避免鑄造後的磨球其上孔洞處鑄造缺陷的產生，當振動加沙進行到一定程度時，需要逐漸增加振動頻率並相應配合使用顆粒度較大的乾石英砂，一方面使得型砂能夠振實，另一方面由於顆粒度較大的乾石英砂位於砂箱的上方，有利於澆注時砂箱內氣體的排除，避免氣體堵塞在砂箱內而造成的渣孔等鑄造缺陷。需要說明的是，基於大型空心磨球的鑄造，該實施例中創造性地提出將造型中振動加沙過程分為三個階段，經過上述三個階段的振動加沙，使得發泡模具在不同位置上能與相應位置的型砂接觸良好，從而大大提高鑄造後空心磨球的表面質量。同時，發明人發現2016年12月以前的空心磨球在鑄造後其表面缺陷主要集中在磨球的下部，該實施例中型砂的顆粒度在砂箱內逐漸增加，一方面使得發泡模具下部能與顆粒度較小的型砂充分接觸，保證磨球下部的表面質量，另一方面有利於澆注時砂箱內氣體的順利排除。

該實施例中還指出，階段一、階段二和階段三結束後，在停止繼續加沙的條件下，分別沿原振動頻率再振動80—100秒，然後進行下一步的操作，這樣設計一方面使得不同加沙階段的型砂之間能夠形成良好的階度配合，避免不同顆粒度的型砂之間出現明顯的接觸間隙，另一方面有利於砂箱內型砂能夠整體振實。該實施例中，通過熱處理工藝的改進，能夠進一步避免空心磨球在鑄造後其表面出現的產品缺陷，具體為，在澆注結束後的開箱清理階段，控制清理後的鑄鋼空心磨球溫度維持200℃以上，然後將溫度維持在200℃以上的鑄鋼空心磨球放入初始溫度為200—250℃的加熱爐中進行熱處理，由於磨球鑄造成型後，未冷卻到200℃以下就進行熱處理，使得磨球表面始終處於平緩的溫度波動範圍，大大避免了磨球表面因熱脹冷縮而產生裂紋的可能，同時，該實施例中採用特定的熱處理工藝，針對性地減少了磨球表面在熱處理過程中發生產品缺陷的幾率。

榮譽表彰

2021年8月16日，《一種大型空心磨球的造型工藝》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。