CN104741534B - 一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式辊轴铸造成型模具及其制造工艺，其铸造成型模具由在圆周上均匀分布的2或3整数倍的弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的调节水冷组块和绝缘垫组成。该组合式成型模具的弧形水冷箱体组件由内外层材料和上下法兰和两侧的立板及进出水管组成，通过焊接成独立的密闭水冷箱体。然后通过螺栓将弧形水冷箱体组件和调节水冷组块和绝缘垫联接而成。本发明通过将成型模具本体的直径由固定的变成可调的，可以适应更多规格的辊轴铸造浇铸要求，一套成型模具设备能够生产多种规格的辊轴铸锭，从而解决了圆形铸锭设备寿命低，且尺寸无法调整的弊端，提高了模具寿命和产品质量。

Description

一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺

技术领域

本发明涉及一种辊轴铸造成型模具及其制造工艺，特别涉及一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺。

背景技术

辊轴类零件广泛用于冶金、矿山、电力、石化、建材、机械等领域，是压延变形、破碎、粉磨和支承、输送、导向等装备的大宗易耗关键部件，年消耗500多万吨，价值1000多亿元。轴类零件是设备支撑和传递动力的关键部件，使用面广量大，年消耗价值几千亿元。如此大的报废量无论从企业的生产成本，还是从我国的能源和资源消耗方面来看都是一项巨大的浪费，对环境和资源造成巨大压力。因此，提高辊轴部件质量和使用寿命对我国实施节能减排、降低资源和能源消耗，减少环境污染，促进循环经济发展战略具有重要的意义！

轧辊是钢材之母，没有轧辊何以成材。轧辊是金属压延变形的工具，是轧钢设备上的重要零件，工作时利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材，它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和急冷急热温度变化的影响，因此轧钢工业要求轧辊应具有高强度、高韧性、高硬度、高耐磨性和高的热疲劳抗力和抗粘钢性。轧辊作为轧机的关键部件直接决定着生产工艺的合理性和产品的经济性，其质量不仅关系到轧钢成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。

粉磨装备广泛应用于水泥、电力、冶金、化工、矿山、钢铁、火电、煤炭和非金属矿等行业，每年粉磨千余种物料，如石英、石膏、尿素、铁合金、煤、矿渣、陶瓷、玻璃等，粉磨量1000多亿吨，而磨辊又是粉磨设备的的关键部件和主要磨损零件，其质量的优劣，特别是耐磨性能直接影响到制粉的作业率、制粉质量、磨辊消耗和生产成本。目前我国年消耗各种磨辊100多万吨，各种类型磨辊市场超过150亿元 。

大型整体铸造轧辊和磨辊的铸造技术，近几十年来由最早生产时的砂箱造型，在沿辊身高度放置暗冷铁进行铸造，到今天的生产铸钢辊子时整体冷型挂砂，冷型挂砂厚度控制在20～40mm。冷型挂砂的厚度会影响型砂和涂料的导热性，并且直接影响钢水浇注后的凝固速度，径向的温度梯度和化学成分偏析，对轧辊辊身表面致密层柱状晶厚度影响很大，冷型挂砂越薄轧辊辊身表面致密层柱状晶越厚，化学成分偏析越小，轧辊使用性能越好，而生产整体合金铸铁轧辊时，则采用金属冷型铸造工艺制造，生产复合轧辊时则采用离心铸造工艺制造。采用金属型代替砂型铸造轧辊或磨辊等各种辊类产品，是铸造技术上的一大进步。金属型铸造轧辊技术是将冶炼好的铁水浇进事先准备好的铸型中，任其自然冷却到常温后，脱模取出产品进行机加工，其特点是生产铸件的质量稳定、尺寸精度较高（一般为CT7-9 级）、铸造加工余量较小、可以比砂型铸造节约15%～30% 的液态金属消耗。但是，金属型铸造由于冷却速度缓慢，在共析转变时，奥氏体全部转变成粗片状珠光体，力学性能低下，为了提高力学性能，不得不加入价格昂贵的镍、铬、钼等合金调整化学成分，造成成本高。而且其金属型铸型材质大多为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、铸钢、耐热钢等金属材料。在工作中，金属型多次反复承受高温铁液冲击，常因热疲劳产生龟裂而破坏，寿命较低。个别厂家采用锻钢作为轧辊金属型材质，虽然使用寿命比灰铸铁件高，但制造成本大为增加，且锻钢冷型长期使用容易变形。由于金属型在恶劣工况下工作，加之材料本身的限制，导致其使用寿命短，一般仅在30～50次就因表面龟裂而报废，而且金属型制造需要大型镗床等设备加工，造价高，周期长，从而影响了产品生产和经济效益。

轧辊是轧机的主要变形工具，由于轧辊自身材质的问题及其所处的恶劣工作环境，导致轧辊经常发生失效乃至报废。如：轧辊的过快磨损、表面粗糙化( 桔皮状)、格坑、勒痕、开裂和剥落等。但归纳起来，不外三个方面的问题：一是耐磨性( 包括耐粗糙性) 的高低，二是有硬度层的深浅，三是抗裂能力( 包括抗剥落性) 的大小。因此，为了提高轧辊的使用寿命，首先轧辊必须具有较高耐磨性的合适的材质，其二轧辊表面的硬度要硬，并要具有较深的硬度层深度，且轧辊端面硬度落差小（最好控制在＜2HSD），其三轧辊表面又必须具有高的抗冷热疲劳性和耐裂性。然而，用现有技术制造出的轧辊很难满足上述要求。因此，有必要对现有的轧辊材质及制造工艺进行改进。

随着轧钢工业化水平的提高，如何提高轧辊和磨辊及各种辊类部件产品质量，提高金属冷型模具质量，减少金属冷型模具数量，降低设备和生产成本是目前面临的突出问题。而传统的轧辊、磨辊及各种辊类部件在铸造生产时所使用的均是固定不可调的金属冷型模具，由于其结构的局限性，一方面造成冷却速度小、辊子凝固周期长等客观原因，致使铸态组织不可避免的存在严重的偏析、疏松和伴生的夹杂物聚集等缺陷；同时因其金属冷型模具尺寸不可调，使其每种尺寸的模具只能制造一种规格的产品，造成冷型模具不能充分利用，闲置率高，而多种规格的辊子无疑又加大了冷型模具的投入，大幅增加了生产成本，不利于节约能源，提高设备利用率。因此，研究开发新型辊类部件铸造成型工艺和成型模具，对提高辊类产品质量，提高冷型模具寿命，减少金属冷型模具数量，提高设备利用率，降低生产成本，增强企业市场竞争力，已成为辊类部件制造企业的当务之急。

发明内容

为克服上述技术的不足，本发明提供一种使用寿命长，直径可调的可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺，利用该铸造成型模具可以在一定的范围内方便地改变辊子冷型模具的直径，实现一套设备加工多种规格的辊类产品，而且所制造的辊子产品质量高，使用寿命长。

本发明的另一目的在于提供一种可调式辊轴铸造成型模具，该铸造成型模具是通过利用水冷结构实现对铸造成型模具冷却强度的可调整特性，实现铸造辊子的快速冷却和高度方向上的顺序冷却以及顺序凝固，达到消除疏松、缩孔，减少辊子径向硬度落差，提高辊子质量的目的。

本发明的另一目的是提供可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺。

本发明的目的是这样实现的，一种可调式辊轴铸造成型模具，由在圆周上均匀分布的2或3整数倍的弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的调节水冷组块和夹持的绝缘垫12、13组成。

该组合式成型模具的弧形水冷箱体组件由外层材料5、与钢液接触的工作面板内层材料6、上法兰2，下法兰9以及在外层材料5和内层材料6两侧的侧立板3和侧立板14，通过焊接成独立的有水腔7的密闭水冷箱体。在箱体外层底部设有进水管8，顶部设有出水管10，与水腔7形成水循环系统；在侧立板3和侧立板14凸出水箱的外部沿垂直面上均匀分布联接孔4，在弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11之间通过绝缘垫12和13隔开，通过螺栓将弧形水冷箱体组件1、调节水冷组块11和绝缘垫12和13进行联接；或者通过螺栓将弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11直接联接。

所述弧形水冷箱体组件内层材料的制备材料为紫铜、铜合金、铝、铝合金、奥氏体不锈钢、无磁钢、各种非导磁金属材料；外层材料的制备材料为紫铜、铜合金、奥氏体不锈钢、无磁钢、各种非导体磁金属材料，导磁体钢质材料；

所述弧形水冷箱体组件的上法兰、下法兰、两侧的侧立板的制备材料为奥氏体不锈钢、无磁钢、各种非导磁体金属材料和导磁体钢质材料；

所述调节水冷组块为将上部和底部焊接成密闭水箱的方管，在方管侧面的上部设有出水管，下部设有进水管，形成水循环系统；方管和进出水管制备材料为紫铜、铜合金、铝、铝合金、奥氏体不锈钢、无磁钢、各种非导磁金属材料。

进一步说明，所述调节水冷组块材料可以为石墨、碳化硅、耐火材料其中之一种或2种。

每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的调节水冷组块的数量可以根据铸造成型模具所需调节尺寸而定，既可以为1个，也可以为2或3或更多个。

进一步说明，绝缘垫材料为云母板、石棉板、耐火材料其中之一种或2种。

实现上述的可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）制作上法兰、下法兰和侧立板：先将奥氏体不锈钢制成上、下法兰、侧立板形状，或者先将导磁体钢质材料制成上法兰、下法兰和侧立板形状，再依据所需制备的成型模具内层材料的外径尺寸，车削上法兰内圆和下法兰内圆使两者成滑动配合，并将上法兰内圆和下法兰内圆的一侧加工成V型坡口，角度为40～60°。

（二）制作弧形水冷箱体组件：

(1) 制作内筒体：

先根据所需制备的成型模具的内筒体直径尺寸将内层材料紫铜、铜合金、铝、铝合金、奥氏体不锈钢的其中一种材料进行下料，将材料搭接处两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用CO₂气体保护焊或氩弧焊、埋弧焊、TIG焊、电子束焊、手工电弧焊中的其中一种焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将加工好V型坡口的上、下法兰采用相同焊接工艺与内筒体焊接成一体。

(2) 制作外筒体：

制作外筒体：先将外层材料紫铜、铜合金、奥氏体不锈钢，导磁体钢质材料的其中一种材料进行下料，将材料搭接处两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用CO₂气体保护焊或氩弧焊、埋弧焊、TIG焊、手工电弧焊中的其中一种焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊条药渣，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口。

(3)弧形水冷箱体组件制作：

①去应力处理

将焊接好的内筒体和外筒体立即装入热处理炉内，加温至300～750保温1～2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理；

②内筒体和外筒体切割

根据可调式辊轴铸造成型模具所需分瓣数量，将焊接好的并经去应力热处理后的内筒体和外筒体采用线切割、水流切割、激光切割、机械切割工艺中的其中一种进行分别切割成所需的弧形块尺寸，然后将切割好的内筒体弧形块和外筒体的弧形块的外面两侧边加工成角度为40～60°的V型坡口。

③模具成型

先将加工好V型坡口的侧立板和内筒体弧形块采用CO₂气体保护焊或氩弧焊、埋弧焊、TIG焊、手工电弧焊中的其中一种焊接工艺进行焊接成一体，然后再将切割好的外筒体弧形块根据所设计的弧形水冷箱体组件的水腔尺寸采用相同焊接工艺将其焊接到内筒体弧形块和侧立板之间，使上下法兰、内外筒体弧形块和侧立板焊接成一体，形成密闭的弧形水冷箱体；在每层焊完后要及时清理焊接药渣，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，同时将焊接好的弧形水冷箱体立即装入热处理炉内，加温至300～750℃保温1～2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

进一步说明，当内层材料采用紫铜、铜合金、铝、铝合金的其中一种材料与外层材料奥氏体不锈钢、无磁钢、各种非导磁体金属、导磁体钢质材料的其中一种材料进行异种材料焊接时，需要先将紫铜、铜合金采用加热炉或者红外线板式加热器对工件进行预热到650～800℃，然后才能进行焊接，在整个焊接过程中要始终保持对工件的加热，使整个焊接过程都保持在预热时的温度内进行，保持施焊时的温度不低于500℃，以保证焊接的顺利进行和避免焊接缺陷的产生。

④钻削联接孔

根据所设计的弧形水冷箱体组件联接螺栓尺寸和数量，在焊接好的弧形水冷箱体侧立板上钻削相应尺寸和数量的联接孔。

⑤焊接进出水管

在焊接好的弧形水冷箱体的下部和上部根据进出水管直径的尺寸分别切割出相同尺寸的圆孔，然后将进出水管焊接到弧形水冷箱体组件上，制作成弧形水冷箱体组件。

⑥检验和水压试验

采用超声波对所有焊缝进行100%无损探伤，检验合格后将弧形水冷箱体组件上的进出水管联接到压力为0.5～1MPa的强制循环冷却水，进行0.5～1小时的水压试验，无泄漏合格。

（三）辊轴铸造成型模具精加工和组装

将制作好并经检验合格的弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的1个调节水冷组块和绝缘垫，通过螺栓进行联接后采用车床或镗床对内筒体的内圆进行精加工，制作成所需尺寸的可调式辊轴铸造成型模具。

进一步说明，在圆周上均匀分布的弧形水冷箱体组件的个数越多，辊轴铸造成型模具其直径尺寸的可调节范围越大，而且其调节后的尺寸精度也越高，考虑到成型模具的结构和造价，优选采用3或4或6或8或12个弧形水冷箱体组件和相应数量的调节水冷组块组成，但不限于此数量，为提高其调节后的尺寸精度，可以采用更多的弧形水冷箱体组件。

有益效果

本发明和现有技术相比，有以下有益效果：

1、本发明通过将辊轴铸造成型模具本体的直径由固定的变成可调的，可以适应更多规格的辊轴铸造浇铸要求，一套成型模具设备能够生产多种规格的辊轴铸锭。将成型模具做成分瓣结构，就使得本发明可以通过适当增加或者减少调节水冷组块单元，来达到改变结晶器本体直径的目的。而且在圆周上均匀分布的弧形水冷箱体组件的个数越多，辊轴铸造成型模具其直径尺寸的可调节范围就越大，而且其调节后的尺寸精度也越高。

2、此设备可以实现多组弧形水冷箱体组件和调节水冷组块的任意组合，浇注钢锭直径实现可调，从而解决了圆形铸锭设备尺寸无法调整的弊端，降低了设备的投入成本，提高作业效率。

3、模具寿命长。本发明通过将传统的辊轴铸造成型模具由自然冷却，改成循环水冷却，提高了工作面板的耐热温度，可以连续使用几百次至几万次，极大的提高了模具寿命，降低了铸件成本，提高了劳动效率。而且修复简单，成本低。

4、铸件性能好。采用可调式水冷成型模具制造辊轴，由于型腔中液体金属的冷却速度快，不仅改变了传统圆形金属型模具的凝固机理，同时大大改善了钢锭浇注质量，结晶组织比较细密，致密度高，无偏析，化学均匀性和物理均匀性高。同样合金，其抗拉强度平均可比金属型铸造的提高约35％，屈服强度平均提高约30％，其抗蚀性能和硬度亦显著提高，综合力学性能优于其它工艺生产的辊轴。并可以铸代锻，从而可以满足各种使用工况要求

5、模具制造成本低。本发明的辊轴铸造成型模具，全部采用板材焊接制成，可大大降低铸造成型模具的制作成本，具有生产周期短，生产效率高，投资小、结构简单、使用方便等优点。

6、铸件质量稳定，废品率低。铸件产生缺陷的原因减少，避免了普通铸锭中常见的缩孔、缩松、轴向裂纹、斑点、偏析、皮下气泡等缺陷，而且产生废品后又容易找出其规律性，因而有利于减少和消除废品。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明本发明的具体内容及其实施方式。

图1为本发明一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺实施例1示意图；

图2为本发明一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺实施例2的示意图；

图3为本发明一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺实施例3的示意图；

图4为本发明一种可调式辊轴铸造成型模具及制造工艺实施例4的俯视图；

其中1 为弧形水冷箱体组件，2为上法兰，3为侧立板，4为联接孔，5为外层材料，6内层材料，7为水腔，8为进水管，9为下法兰，10为出水管，11为调节水冷组块，12为绝缘垫，13为绝缘垫，14为侧立板。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

一种可调式辊轴铸造成型模具，由在圆周上均匀分布的2弧形水冷箱体组件和在两个弧形水冷箱体组件之间夹持的1个调节水冷组块和2个绝缘垫组成。

该辊轴铸造成型模具的弧形水冷箱体组件由外层材料5、与钢液接触的内层材料6、上法兰2，下法兰9以及在外层材料5和内层材料6两侧的侧立板3和侧立板14，通过焊接成独立的有水腔7的密闭水冷箱体。在箱体外层底部设有进水管8，顶部设有出水管10，与水腔7形成水循环系统；在侧立板3和侧立板14凸出水箱的外部沿垂直面上均匀分布联接孔4，在弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11之间通过绝缘垫12和绝缘垫13隔开，通过螺栓将弧形水冷箱体组件1、调节水冷组块11和绝缘垫12和绝缘垫13进行联接。

所述弧形水冷箱体组件内层材料的制备材料为紫铜材料；外层材料的制备材料为导磁体钢质材料；

所述弧形水冷箱体组件的上法兰、下法兰、两侧的侧立板的制备材料为导磁体钢质材料；

所述调节水冷组块为将上部和底部焊接成密闭水箱的方管，在方管侧面的上部设有出水管，下部设有进水管，形成水循环系统；方管和进出水管制备材料为紫铜。

绝缘垫材料为耐火材料。

实现上述的可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）制作上、下法兰、侧立板：先将导磁体钢质材料制成上、下法兰、侧立板形状，再依据所需制备的成型模具内层材料的外径尺寸将上法兰和下法兰内圆车削成滑动配合，并将一种可调式辊轴铸造成型模具的一侧加工成V型坡口，角度为40～60°；

（二）制作弧形水冷箱体组件：

(1) 制作内筒体：

先根据所需制备的成型模具的直径尺寸将内层材料的制备材料紫铜进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；用加热炉或者红外线板式加热器对紫铜圆筒工件进行预热到750℃，采用CO₂气体保护焊或氩弧焊焊接工艺进行焊接，整个焊接过程工件都保持在加热状态，保持施焊时的温度不低于500℃，以保证焊接的顺利进行和避免焊接缺陷的产生。在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将加工好V型坡口的上、下法兰采用上述相同焊接工艺与内筒体焊接成一体。

(2) 制作外筒体：

制作外筒体：先将外层材料的制备材料导磁体钢质材料进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，材料搭接处间隙1～3mm；采用CO₂气体保护焊或氩弧焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口。

(3)弧形水冷箱体组件制作：

①去应力处理

将焊接好的内、外筒体立即装入热处理炉内，加温至650℃保温1～2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

②内、外筒体切割

将可调式辊轴铸造成型模具所需分瓣数量，将焊接好的并经去应力热处理后的内、外筒体采用线切割或者水流切割设备进行分别切割成所需尺寸的2个弧形块，然后将所有切割好的内筒体弧形块和外筒体弧形块的外面两侧边加工成角度为40～60°的V型坡口。

③模具成型

先将加工好V型坡口的侧立板和内筒体弧形块用加热炉或者红外线板式加热器进行预热到750℃，采用CO2气体保护焊或氩弧焊焊接工艺焊接成一体，整个焊接过程工件都保持在加热状态，保持施焊时的温度不低于500℃，以保证焊接的顺利进行和避免焊接缺陷的产生。然后再将切割好的外筒体弧形块根据所设计的弧形水冷箱体组件的水腔尺寸采用CO2气体保护焊或氩弧焊焊接工艺将其焊接到内筒体弧形块和侧立板之间，使内筒体弧形块、上下法兰、外筒体弧形块和侧立板焊接成一体，形成密闭的弧形水冷箱体组件。在每层焊完后要及时清理焊药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，同时将焊接好的弧形水冷箱体立即装入热处理炉内，加温至650℃保温2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

④钻削联接孔

根据所设计的弧形水冷箱体组件联接螺栓尺寸和数量，在焊接好的弧形水冷箱体组件的侧立板上钻削相应尺寸和数量的联接孔。

⑤焊接进出水管

在焊接好的弧形水冷箱体的下部和上部根据进出水管直径的尺寸分别切割出相同尺寸的圆孔，然后将进出水管焊接到弧形水冷箱体组件上，制作成弧形水冷箱体组件。

⑥检验和水压试验

采用超声波对所有主体焊缝进行100%无损探伤，检验合格后将弧形水冷箱体组件上的进出水管联接到压力为0.8MPa的强制循环冷却水，进行1小时的水压试验，无泄漏合格。

（三）辊轴铸造成型模具精加工和组装

将制作好并经检验合格的2个弧形水冷箱体组件和在两个弧形水冷箱体组件之间夹持的2个调节水冷组块和绝缘垫，通过螺栓进行联接后采用车床或镗床对内筒体内圆进行精加工，制作成所需尺寸的可调式辊轴铸造成型模具。

实施例2

一种可调式辊轴铸造成型模具，由在圆周上均匀分布的3个弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的1个调节水冷组块和2个绝缘垫组成。

该组合式成型模具的弧形水冷箱体组件由外层材料、与钢液接触的内层材料6、上法兰2，下法兰9以及在外层材料5和内层材料6两侧的侧立板3和侧立板14，通过焊接成独立的有水腔7的密闭水冷箱体。在箱体外层底部设有进水管8，顶部设有出水管10，与水腔7形成水循环系统；在侧立板3和侧立板14凸出水箱的外部沿垂直面上均匀分布联接孔，在弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11之间通过绝缘垫12和绝缘垫13隔开，通过螺栓将弧形水冷箱体组件1、调节水冷组块11和绝缘垫12和绝缘垫13进行联接；或者通过螺栓将弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11直接联接。

所述弧形水冷箱体组件内层材料的制备材料为奥氏体不锈钢金属材料；外层材料的制备材料为奥氏体不锈钢金属材料；

所述弧形水冷箱体组件的上法兰、下法兰、两侧的侧立板的制备材料为奥氏体不锈钢金属材料；

所述调节水冷组块为将上部和底部焊接成密闭水箱的不锈钢方管，在方管侧面的上部设有出水管，下部设有进水管，形成水循环系统。

绝缘垫材料为云母板。

实现上述的可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）制作上、下法兰、侧立板：先将奥氏体不锈钢制成上、下法兰、侧立板形状，再依据所需制备的成型模具内层材料的外径尺寸将上法兰和下法兰内圆车削成滑动配合，并将其上法兰内圆和下法兰内圆的一侧加工成V型坡口，角度为40～60°；

（二）制作弧形水冷箱体组件：

(1) 制作内筒体：

先根据所需制备的成型模具的直径尺寸将内层材料的制备材料奥氏体不锈钢进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用埋弧焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将加工好V型坡口的上、下法兰采用相同焊接工艺与内筒体焊接成一体。

(2) 制作外筒体：

制作外筒体：先将外层材料的制备材料奥氏体不锈钢进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用埋弧焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口。

(3)弧形水冷箱体组件制作：

①去应力处理

将焊接好的内、外筒体立即装入热处理炉内，加温至650℃保温2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

②内、外筒体切割

将焊接好的并经去应力热处理后的内、外筒体采用线切割、机械切割工艺进行分别切割成所需的3个弧形块尺寸，然后将所有切割好的内筒体弧形块外筒体弧形块的外面两侧边加工成角度为40～60°的V型坡口。

③模具成型

先将加工好V型坡口的侧立板和内筒体弧形块采用埋弧焊焊接工艺进行焊接成一体，然后再将切割好的外筒体弧形块根据所设计的弧形水冷箱体组件的水腔尺寸采用相同焊接工艺将其焊接到筒体弧形块和侧立板之间，使内筒体弧形块、上下法兰、外筒体弧形块和侧立板焊接成一体，形成密闭的弧形水冷箱体组件。在每层焊完后要及时清理焊药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，同时将焊接好的弧形水冷箱体组件立即装入热处理炉内，加温至650℃保温2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

④钻削联接孔

根据所设计的弧形水冷箱体组件联接螺栓尺寸和数量，在焊接好的弧形水冷箱体组件侧立板上钻削相应尺寸和数量的联接孔。

⑤焊接进出水管

在焊接好的弧形水冷箱体组件的下部和上部根据进出水管直径的尺寸分别切割出相同尺寸的圆孔，然后将进出水管焊接到弧形水冷箱体组件上，制作成弧形水冷箱体组件。

⑥检验和水压试验

采用超声波对所有焊缝进行100%无损探伤，检验合格后将弧形水冷箱体组件上的进出水管联接到压力为0.8MPa的强制循环冷却水，进行1小时的水压试验，无泄漏合格。

（三）辊轴铸造成型模具精加工和组装

将制作好并经检验合格的3个弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的1个调节水冷组块和绝缘垫，通过螺栓进行联接后采用车床或镗床对内筒体内圆进行精加工，制作成所需尺寸的可调式辊轴铸造成型模具。

实施例3

一种可调式辊轴铸造成型模具，由在圆周上均匀分布的4个弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的调节水冷组块和绝缘垫组成。

该组合式成型模具的弧形水冷箱体组件由外层材料5、与钢液接触的内层材料6、上法兰2，下法兰9以及在外层材料5和内层材料6两侧的侧立板3和侧立板14，通过焊接成独立的有水腔7的密闭水冷箱体。在箱体外层底部设有进水管8，顶部设有出水管10，与水腔7形成水循环系统；在侧立板3和侧立板14凸出水箱的外部沿垂直面上均匀分布联接孔，在弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11之间通过绝缘垫12和绝缘垫13隔开，通过螺栓将弧形水冷箱体组件1、调节水冷组块11和绝缘垫12和绝缘垫13进行联接；或者通过螺栓将弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11直接联接。

所述弧形水冷箱体组件内层材料的制备材料为无磁钢金属材料；外层材料的制备材料为不锈钢材料；

所述弧形水冷箱体组件的上法兰、下法兰、两侧的侧立板的制备材料为奥氏体不锈钢材料；

所述调节水冷组块材料为石墨；

绝缘垫材料为耐火材料。

实现上述的可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）制作上、下法兰、侧立板：先将奥氏体不锈钢材料制成上、下法兰、立板形状，再依据所需制备的成型模具内层材料的外径尺寸将上法兰和下法兰内圆车削成滑动配合，并将上法兰内圆和下法兰内圆的一侧加工成V型坡口，角度为40～60°；

（二）制作弧形水冷箱体组件：

(1) 制作内筒体：

先根据所需制备的成型模具的直径尺寸将内层材料的制备材料无磁钢进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用TIG焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将加工好V型坡口的上、下法兰采用相同焊接工艺与内筒体焊接成一体。

(2) 制作外筒体：

制作外筒体：先将外层材料的制备材料奥氏体不锈钢进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用TIG焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口。

(3)弧形水冷箱体组件制作：

①去应力处理

将焊接好的内、外筒体立即装入热处理炉内，加温至700℃保温2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

②内、外筒体切割

将焊接好的并经去应力热处理后的内、外筒体采用机械切割工艺进行分别切割成所需尺寸的4个弧形块，然后将所有切割好的内筒体的弧形块和筒体弧形块的外面两侧边加工成角度为40～60°的V型坡口。

③模具成型

先将加工好V型坡口的侧立板和内筒体一种可调式辊轴铸造成型模具弧形块采用TIG焊焊接工艺进行焊接成一体，然后再将切割好的外筒体弧形块根据所设计的弧形水冷箱体组件的水腔尺寸采用相同焊接工艺将其焊接到内筒体材料弧形块和侧立板之间，使内筒体弧形块、上下法兰、外筒体弧形块和侧立板焊接成一体，形成密闭的弧形水冷箱体组件。在每层焊完后要及时清理焊药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，同时将焊接好的弧形水冷箱体组件立即装入热处理炉内，加温至700℃保温2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

④钻削联接孔

根据所设计的弧形水冷箱体组件联接螺栓尺寸和数量，在焊接好的弧形水冷箱体组件的侧立板上钻削相应尺寸和数量的联接孔。

⑤焊接进出水管

在焊接好的弧形水冷箱体组件的下部和上部根据进出水管直径的尺寸分别切割出相同尺寸的圆孔，然后将进出水管焊接到弧形水冷箱体组件上，制作成弧形水冷箱体组件。

⑥检验和水压试验

采用超声波对所有焊缝进行100%无损探伤，检验合格后将弧形水冷箱体组件上的进出水管联接到压力为1 MPa的强制循环冷却水，进行1小时的水压试验，无泄漏合格。

（三）辊轴铸造成型模具精加工和组装

将制作好并经检验合格的4个弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的2个调节水冷组块和绝缘垫，通过螺栓进行联接后采用车床或镗床对内筒体的内圆进行精加工，制作成所需尺寸的可调式辊轴铸造成型模具。

实施例4

一种可调式辊轴铸造成型模具，由在圆周上均匀分布的6个弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的调节水冷组块和绝缘垫组成。

该组合式成型模具的弧形水冷箱体组件由外层材料5、与钢液接触的内层材料6、上法兰2，下法兰9以及在外层材料5和内层材料6两侧的侧立板3和侧立板14，通过焊接成独立的有水腔7的密闭水冷箱体。在箱体外层底部设有进水管8，顶部设有出水管10，与水腔7形成水循环系统；在侧立板3和侧立板14凸出水箱的外部沿垂直面上均匀分布联接孔，在弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11之间通过绝缘垫12和绝缘垫13隔开，通过螺栓将弧形水冷箱体组件1、调节水冷组块11和绝缘垫12和绝缘垫13进行联接；或者通过螺栓将弧形水冷箱体组件1和调节水冷组块11直接联接。

所述弧形水冷箱体组件内层材料的制备材料为奥氏体不锈钢金属材料；外层材料的制备材料为导磁体钢质材料；

所述弧形水冷箱体组件的上法兰、下法兰为导磁体钢质材料，两侧的侧立板的制备材料为奥氏体不锈钢材料；

所述调节水冷组块为将上部和底部焊接成密闭水箱的不锈钢方管，在方管侧面的上部设有出水管，下部设有进水管，形成水循环系统。

绝缘垫材料为云母板。

实现上述的可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

（一）制作上、下法兰、侧立板：先将导磁体钢质材料上、下法兰和奥氏体不锈钢立板材料制成上、下法兰、立板形状，再依据所需制备的成型模具内层材料的外径尺寸将上法兰和下法兰内圆车削成滑动配合，并将上法兰内圆和下法兰内圆的一侧加工成V型坡口，角度为40～60°；

（二）制作弧形水冷箱体组件：

(1) 制作内筒体：

先根据所需制备的成型模具的直径尺寸将内层材料的制备材料奥氏体不锈钢进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用手工电弧焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将加工好V型坡口的上、下法兰采用相同焊接工艺与内筒体焊接成一体。

(2) 制作外筒体：

制作外筒体：先将外层材料的制备材料紫导磁体钢质材料进行下料，将搭接处材料两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将其卷成圆筒状，搭接处间隙1～3mm；采用手工电弧焊焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊接药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口。

(3)弧形水冷箱体组件制作：

①去应力处理

将焊接好的内、外筒体立即装入热处理炉内，加温至680℃保温1.5h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

②内、外筒体切割

将焊接好的并经去应力热处理后的内、外筒体采用机械切割工艺进行分别切割成所需的弧形块尺寸，然后将切割好的的弧形块的外面两侧边加工成角度为40～60°的V型坡口。

③模具成型

先将加工好V型坡口的立板和内层材料弧形块采用手工电弧焊焊接工艺进行焊接成一体，然后再将切割好的外筒体根据所设计的弧形水冷箱体的水腔尺寸采用相同焊接工艺将其焊接到内层材料弧形块和侧立板之间，使内层材料弧形块、上下法兰、外层材料弧形块和侧立板焊接成一体，形成密闭的弧形水冷箱体。在每层焊完后要及时清理焊药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，同时将焊接好的弧形水冷箱体组件立即装入热处理炉内，加温至680℃保温1.52h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理。

④钻削联接孔

根据所设计的弧形水冷箱体组件联接螺栓尺寸和数量，在焊接好的弧形水冷箱体侧立板上钻削相应尺寸和数量的联接孔。

⑤焊接进出水管

在焊接好的弧形水冷箱体组件的下部和上部根据进出水管直径的尺寸分别切割出相同尺寸的圆孔，然后将进出水管焊接到弧形水冷箱体上，制作成弧形水冷箱体组件。

⑥检验和水压试验

采用超声波对所有焊缝进行100%无损探伤，检验合格后将弧形水冷箱体组件上的进出水管联接到压力为0.8MPa的强制循环冷却水，进行1小时的水压试验，无泄漏合格。

（三）辊轴铸造成型模具精加工和组装

将制作好并经检验合格的弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的1个调节水冷组块和绝缘垫，通过螺栓进行联接后采用车床或镗床对内筒体的内圆进行精加工，制作成所需尺寸的可调式辊轴铸造成型模具。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则只能所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可调式辊轴铸造成型模具，其特征在于：由在圆周上均匀分布的2 或3 整数倍的弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的调节水冷组块和夹持的绝缘垫组成；

成型模具的弧形水冷箱体组件由外层材料、与钢液接触的内层材料、上法兰，下法兰以及在外层材料和内层材料两侧的侧立板，通过焊接成独立的密闭水冷箱体；在箱体外层底部设有进水管，顶部设有出水管，形成水循环系统；在侧立板凸出水冷箱体的外部沿垂直面上均匀分布联接孔，在弧形水冷箱体组件和调节水冷组块之间通过绝缘垫隔开，通过螺栓将弧形水冷箱体组件、调节水冷组块和绝缘垫进行联接，弧形水冷箱体组件的内层材料的制备材料为紫铜或铜合金或铝或铝合金或奥氏体不锈钢；外层材料的制备材料为紫铜或铜合金或奥氏体不锈钢；所述弧形水冷箱体组件的上法兰、下法兰以及侧立板的制备材料为奥氏体不锈钢。

2.根据权利要求1 所述的一种可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：其制备工艺包括以下步骤：

（一）制作上法兰、下法兰和侧立板：先将奥氏体不锈钢制成上、下法兰、侧立板形状，或者先将导磁体钢质材料制成上法兰、下法兰和侧立板形状，再依据所需制备的成型模具内层材料的外径尺寸，车削上法兰内圆和下法兰内圆使两者成滑动配合，并将上法兰内圆和下法兰内圆的一侧均加工成V型坡口，角度为40～60°；

（二）制作弧形水冷箱体组件：

(1) 制作内筒体：

先根据所需制备的成型模具的内筒体直径尺寸将内层材料的制备材料紫铜、铜合金、铝、铝合金、奥氏体不锈钢的其中一种材料进行下料，将材料搭接处两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后卷成圆筒状，材料搭接处间隙1～3mm；采用CO₂气体保护焊或氩弧焊、埋弧焊、TIG焊、电子束焊、手工电弧焊中的其中一种焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊药渣，力争干净，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口，然后将加工好V型坡口的上、下法兰采用相同焊接工艺与内筒体焊接成一体；

(2) 制作外筒体：

制作外筒体：先将外层材料的制备材料紫铜、铜合金、奥氏体不锈钢，导磁体钢质材料的其中一种材料进行下料，将材料搭接处两边加工成角度为40～60°的V型坡口，然后卷成圆筒状，材料搭接处间隙1～3mm；采用CO₂气体保护焊或氩弧焊、埋弧焊、TIG焊、手工电弧焊中的其中一种焊接工艺进行焊接，在每层焊完后要及时清理焊条药渣，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，焊接完毕后进行整圆，再通过车床将圆筒两头加工成角度为40～60°的V型坡口；

(3)弧形水冷箱体组件制作：

①去应力处理

将焊接好的内筒体和外筒体立即装入热处理炉内，加温至300～750保温1～2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理；

②内筒体和外筒体切割

根据可调式辊轴铸造成型模具所需分瓣数量，将焊接好的并经去应力热处理后的内筒体和外筒体采用线切割、水流切割、激光切割、机械切割工艺中的其中一种进行分别切割成所需的弧形块尺寸，然后将所有切割好的内筒体弧形块和外筒体弧形块的外面两侧边加工成角度为40～60°的V型坡口；

③模具成型

先将加工好V型坡口的侧立板和内筒体弧形块采用CO₂气体保护焊或氩弧焊、埋弧焊、TIG焊、手工电弧焊中的其中一种焊接工艺进行焊接成一体，然后再将切割好的外筒体弧形块根据所设计的弧形水冷箱体的水腔尺寸采用相同焊接工艺将其焊接到内筒体弧形块和侧立板之间，使上法兰、下法兰、内筒体弧形块、外筒体弧形块和侧立板焊接成一体，形成密闭的弧形水冷箱体组件；在每层焊完后要及时清理焊接药渣，预防夹渣，并用小锤锤击焊缝，防止出现裂纹，将焊接好的弧形水冷箱体立即装入热处理炉内，加温至300～750℃保温1～2h，然后随炉冷却，进行消除应力热处理；

④钻削联接孔

根据所设计的弧形水冷箱体组件联接螺栓尺寸和数量，在焊接好的弧形水冷箱体组件侧立板上钻削相应尺寸和数量的联接孔；

⑤焊接进出水管

在焊接好的弧形水冷箱体组件的下部和上部根据进出水管直径的尺寸分别切割出相同尺寸的圆孔，然后将进出水管焊接到弧形水冷箱体组件上，制作成弧形水冷箱体组件；

⑥检验和水压试验

采用超声波对所有焊缝进行100%无损探伤，检验合格后将弧形水冷箱体上的进出水管联接到压力为0.5～1MPa的强制循环冷却水，进行0.5～1小时的水压试验，弧形水冷箱体组件无泄漏为合格；

（三）辊轴铸造成型模具精加工和组装

将制作好并经检验合格的弧形水冷箱体组件和在每两个弧形水冷箱体组件之间夹持的1个调节水冷组块和绝缘垫，通过螺栓进行联接后采用车床或镗床对内筒体的内圆进行精加工，制作成所需尺寸的可调式辊轴铸造成型模具。

3.根据权利要求2所述的一种可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：当内层材料采用紫铜、铜合金、铝、铝合金的其中一种材料与外层材料奥氏体不锈钢进行异种材料焊接时，需要先将内层材料采用加热炉或者红外线板式加热器对成型模具进行预热到650～800℃，然后才能进行焊接，在整个焊接过程中要始终保持对成型模具的加热，使整个焊接过程都保持在预热时的温度内进行，保持施焊时的温度不低于650℃，以保证焊接的顺利进行和避免焊接缺陷的产生。

4.根据权利要求2所述的一种可调式辊轴铸造成型模具的制造工艺，其特征在于：所述调节水冷组块为将上部和底部焊接成密闭水箱的方管，在方管侧面的上部设有出水管，下部设有进水管，形成水循环系统；方管和进出水管制备材料均为紫铜或铜合金或铝或铝合金或奥氏体不锈钢。

5.根据权利要求1 所述的一种可调式辊轴铸造成型模具，其特征在于：所述调节水冷组块材料为耐火材料。

6.根据权利要求1 所述的一种可调式辊轴铸造成型模具，其特征在于：绝缘垫材料为云母板、石棉板其中之一种或2 种。