大口徑涂料法水冷金屬型離心鑄管機(jī)的設(shè)計(jì)

習(xí) 杰（新興河北工程技術(shù)有限公司，河北邯鄲市 056017）

大口徑涂料法水冷金屬型離心鑄管機(jī)的設(shè)計(jì)

習(xí) 杰（新興河北工程技術(shù)有限公司，河北邯鄲市 056017）

主要介紹了DN1000mm以上大口徑球墨鑄鐵管采用涂料法水冷金屬型工藝生產(chǎn)時(shí)，離心鑄管機(jī)的設(shè)計(jì)原理及方法。

球墨鑄鐵管；熱模法；水冷金屬型；涂料法；離心鑄管機(jī)

球墨鑄鐵管的生產(chǎn)工藝通常有兩種方法：熱模法和水冷金屬型。傳統(tǒng)大口徑球墨鑄鐵管的生產(chǎn)工藝一般采用熱模法。采用熱模法生產(chǎn)球墨鑄鐵管，鑄鐵管產(chǎn)品直徑不受限制，既適于生產(chǎn)小直徑鑄鐵管，也適用于生產(chǎn)DN1000mm以上的球墨鑄鐵管，但其不足之處是生產(chǎn)采用半自動(dòng)化控制，生產(chǎn)節(jié)奏較慢，鑄造的球墨鑄鐵管外表質(zhì)量較差，內(nèi)壁容易出現(xiàn)龜紋，同時(shí)鑄態(tài)球墨鑄鐵管的伸長(zhǎng)率較退火球墨鑄鐵管低，一般為5%左右。水冷金屬型離心鑄造工藝一般均采用自動(dòng)控制，生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平高，單機(jī)生產(chǎn)率高，適用于成批大量生產(chǎn)的中小直徑球墨鑄鐵管，這種工藝方法生產(chǎn)的鑄管表面質(zhì)量高，內(nèi)部缺陷少，其缺點(diǎn)是離心機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)較高，鑄型（管模）壽命短，一般使用次數(shù)為3000～5000支。

鑒于兩種工藝方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，我們?cè)诖_定DN1000～1400mm離心鑄造機(jī)設(shè)計(jì)方案時(shí)，進(jìn)行了充分的研究論證，在原有離心鑄造裝備和多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大膽嘗試，采用了兩種工藝原理相結(jié)合的方法，揚(yáng)長(zhǎng)避短，最終設(shè)計(jì)出新型工藝的大口徑水冷金屬型離心鑄管機(jī)，并成功投入生產(chǎn)使用。

1 概述

DN1000～1400mm離心鑄管機(jī)采用了涂料法水冷金屬型工藝（半水冷半熱模法）。工作原理與中、小口徑水冷金屬型離心鑄管機(jī)基本相似，但在工藝及裝備上有重大突破和創(chuàng)新：生產(chǎn)工藝上，在澆注前采用了熱模法的噴涂料工藝，從而有效延長(zhǎng)了管模使用壽命；在鑄造裝備上，改變了傳統(tǒng)的承口支承機(jī)構(gòu)，在保證鑄鐵管模旋轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)上，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)，更便于更換不同規(guī)格管模；另外，為防止生產(chǎn)出的大口徑鑄鐵管變形的問(wèn)題，在出管時(shí)采用了雙向托輪接管的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；在工藝布局上，由于解決了大口徑鑄鐵管的變形問(wèn)題，在工位的選擇上采用了占地小、布置緊湊、生產(chǎn)節(jié)奏快的二工位布局。

DN1000～1400mm離心鑄管機(jī)的工藝流程為：噴涂料—澆注—拔管—接管—專用吊具運(yùn)管至無(wú)驅(qū)動(dòng)軌道。裝備主體包括澆注裝置、離心主機(jī)、拔管車、接管機(jī)構(gòu)四大部分，實(shí)現(xiàn)了從澆注到運(yùn)管的連續(xù)快節(jié)奏生產(chǎn)。

2 工藝及裝備簡(jiǎn)介

大口徑離心鑄管機(jī)裝備（≥DN1000mm）的設(shè)計(jì)具有以下幾方面的難點(diǎn)：

（1）如何提高工作效率；

（2）如何防止大口徑鑄管橢圓變形；

（3）如何提高管模壽命，從而降低生產(chǎn)成本；

（4）降低設(shè)備制造成本。

為解決這幾方面的問(wèn)題，我們深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了大量周密、詳謹(jǐn)?shù)挠?jì)算。首先為解決工作效率的問(wèn)題，在此次設(shè)計(jì)中采用了二工位的水冷金屬型整體布局；為了提高管模壽命，采用了在管模內(nèi)噴涂保護(hù)性涂料的工藝；為防止鑄管變形，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保證了鑄鐵管始終處于旋轉(zhuǎn)冷卻狀態(tài)；為降低設(shè)備制造成本，在承口的關(guān)鍵部位進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。

2.1 整機(jī)二工位布局

傳統(tǒng)的中口徑（DN700～1000mm）水冷金屬型離心鑄管機(jī)都采用三工位布置，即澆注、主機(jī)行走、拔管各占一個(gè)工位，其目的是防止各工位在生產(chǎn)節(jié)拍間的互相干涉，但缺陷是占地空間較大（≥三倍鑄鐵管長(zhǎng)），生產(chǎn)效率較低（為防變形，鑄管必須旋轉(zhuǎn)冷卻，較長(zhǎng)時(shí)間占用拔管工位）。此次設(shè)計(jì)采用了二工位布局來(lái)彌補(bǔ)以上缺陷。

2.2 噴涂料工藝

因?yàn)樗浣饘傩凸に囋跐沧⑺查g管模內(nèi)壁溫度可能達(dá)到800～900℃，而外壁溫度與冷卻水溫度相當(dāng)；加上生產(chǎn)效率高，管模斷面上將承受很大的熱應(yīng)力，造成管模壽命低。為彌補(bǔ)這一缺陷，DN1000～1400mm離心鑄管機(jī)增添了噴涂料工藝，在不影響鑄鐵管外觀質(zhì)量的情況下，可有效的起到保護(hù)管模的作用。

離心鑄管機(jī)拔管后，管模溫度達(dá)到150℃左右時(shí)，管模高速旋轉(zhuǎn)，啟動(dòng)高壓無(wú)氣噴涂機(jī)，打開自動(dòng)噴槍進(jìn)行噴涂，離心機(jī)勻速行走，管模內(nèi)噴涂50μm左右絕熱涂料（見(jiàn)圖2），然后進(jìn)行澆注。

該工藝的技術(shù)要點(diǎn)在于涂料，由于該工藝管模溫度（150℃左右）比熱模法（200～300℃）低，為了確保球鐵管外表面不出氣體缺陷，對(duì)涂料配制及噴涂工藝作以下調(diào)整：

（1）耐火骨料用膨脹珍珠巖，有以下幾點(diǎn)益處：①同樣粘度情況下，加水量減少，膨脹珍珠巖比硅藻土吸水性小；②涂料懸浮性提高，膨脹珍珠巖的容重比硅藻土小；③膨脹珍珠巖涂層發(fā)氣量比硅藻土涂層小。

（2）添加涂料減水劑以降低加水量。

（3）噴涂采用高壓無(wú)氣噴涂，其優(yōu)點(diǎn)如下：①霧化效果良好，涂層表面光潔；②涂料飛揚(yáng)大大減小，降低有氣噴涂對(duì)環(huán)境的污染；③噴涂量較大，減少噴涂次數(shù)，從而降低噴涂對(duì)生產(chǎn)的影響；④噴涂過(guò)程易控制，受其他因素影響較小。

2.3 防止鑄鐵管橢圓變形機(jī)構(gòu)

生產(chǎn)大口徑鑄鐵管，為防止熱態(tài)變形，要求鑄鐵管從拔離管模開始一直要處于旋轉(zhuǎn)冷卻狀態(tài)。在此次設(shè)計(jì)中，拔管鉗設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)式（圖3），在接管機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)了雙向運(yùn)動(dòng)托輪（使鑄管在前進(jìn)過(guò)程中可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），見(jiàn)圖4，保證了鑄鐵管在拔出管模后，仍然處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，不會(huì)橢圓變形。

2.4 新型的承口支承結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)中、小口徑水冷金屬型離心鑄管機(jī)承口為球軸承定位設(shè)計(jì)，DN1400離心機(jī)承口直徑尺寸達(dá)到2500mm以上，若采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則在軸承制造、定貨、維修等方面都有一定困難，裝備制造成本將大幅度增加。DN1000～1400離心鑄管機(jī)采用了擋輪軸向定位、托輪及壓輪徑向定位的機(jī)構(gòu)型式，即保證了管模的旋轉(zhuǎn)精度，又降低裝備的制造成本，簡(jiǎn)化的承口支承結(jié)構(gòu)更便于調(diào)整規(guī)格和維修。

3 結(jié)束語(yǔ)

DN1000～1400涂料法水冷金屬型離心鑄管機(jī)的設(shè)計(jì)，打破了離心鑄管機(jī)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)工藝思路，對(duì)新型裝備技術(shù)進(jìn)行了大膽有效的嘗試，并通過(guò)了生產(chǎn)實(shí)踐的考驗(yàn)，投入使用后，產(chǎn)品合格率達(dá)到95%以上，生產(chǎn)效率達(dá)到8～12支/小時(shí)，它的設(shè)計(jì)成功是該行業(yè)自主研發(fā)的良好范例，為提高國(guó)內(nèi)球墨鑄鐵管裝備的整體技術(shù)水平起到良好推動(dòng)作用，同時(shí)達(dá)到了國(guó)外相關(guān)技術(shù)的同等水平。

[1]范英俊.離心球墨鑄鐵管工藝及裝備.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，

Design of Centrifugal Casting M achine for Pipe of Large Scale S.G.Ductile Cast Iron

XI Jie
（Xinxing Hebei Engineering Technology Co.Ltd.，Handan 056017，Hebei China）

Design p rincip le and method of centrifugal casting machine for p roduction of p ipe of large scale s.g.ductile cast iron w ith DN1000mm and above by coated water cooled d ie centrifugal casting have been mainly introduced.

S.G.ductile cast iron p ipe；Heat die；Water cooled d ie；coated

TG233.3;

A；

1006－9658（2011）02－3

2010－12－16

2010－191

習(xí)杰（1973－），女，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事離心球墨鑄鐵管裝備的設(shè)計(jì)與研究，新裝備研發(fā)，鑄鐵管及管件標(biāo)準(zhǔn)化