一種氧槍噴頭毛坯的制造方法及模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，包括以下步驟：1）制可溶芯；2）可溶芯的芯表面噴涂料；3）預(yù)熱可溶芯；4）安裝氧孔芯；5）保護(hù)澆注銅液；6）安放水腔芯；7）合模鎖模；8）加壓充型和保壓凝固；9）取件脫芯。本發(fā)明公開了了一種用于氧槍噴頭毛坯的制造的模具、可溶芯、涂料和制造工藝，本發(fā)明工藝出品率高；噴頭組織細(xì)密；性能高，使用壽命長，本發(fā)明的氧槍噴頭在煉鋼廠使用，壽命可以達(dá)到400爐以上，原鑄造噴頭壽命只有200爐左右；環(huán)保綠色：本發(fā)明制造過程沒有沙塵污染，環(huán)保綠色。
【專利說明】一種氧槍噴頭毛坯的制造方法及模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種氧槍噴頭毛坯的制造方法及模具。
【背景技術(shù)】
[0002]氧槍是轉(zhuǎn)爐煉鋼必須的設(shè)備，它由槍管和氧槍噴頭兩部分組成，其中氧槍噴頭在煉鋼過程中將受鋼液和爐渣的強(qiáng)烈熱輻射，工作溫度在1200-2000°C范圍。噴頭的類型按出氧孔形狀可分為拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。按噴頭吹氧孔數(shù)可分為單孔和多孔噴頭。按吹入的物質(zhì)可分為氧氣噴頭和氧氣一燃料噴頭。它們的共同之處是都需要有端盤、分水盤和分氧盤三個(gè)盆狀部分，這三個(gè)盆狀部分通過吹氧管連接為一體，三個(gè)盤之間的空隙為冷卻水腔。使用時(shí)，氧槍噴頭的端盤、分水盤和分氧盤分別與氧槍的外管、中管和內(nèi)管對(duì)應(yīng)焊在一起成為整個(gè)氧槍。冷卻水從中管進(jìn)入，從外管流出；氧氣從內(nèi)管進(jìn)入，通過吹氧孔出來。
[0003]氧槍噴頭材質(zhì)為純銅，由于其有復(fù)雜的冷卻內(nèi)腔，氧槍噴頭毛坯的整體成形一直是個(gè)難題?，F(xiàn)有技術(shù)制造氧槍噴頭毛坯的方法有鑄造、鍛焊組合、鑄鍛焊組合和擠焊組合四種。采用鑄造方法可以一次整體成形氧槍噴頭毛坯，冷卻水腔已經(jīng)成型，但氧孔為實(shí)心，需要采用切削加工方法得到。其工藝步驟是制砂芯一合箱-銅熔煉一脫氣、脫氧一銅水出爐一澆注一開箱清砂一切冒口-清飛邊一機(jī)械加工。這種方法制造的氧槍噴頭內(nèi)部經(jīng)常存在縮孔、縮松和砂眼、氣孔等鑄造缺陷，加之其微觀組織晶粒粗大且不均勻，因此，鑄造氧槍噴頭的使用壽命不高，一般只有150-200爐，且質(zhì)量波動(dòng)很大。
[0004]為了提高氧槍噴頭的質(zhì)量，提高使用壽命，人們發(fā)明了鍛焊組合噴頭，這種噴頭的端盤與外管采用氬弧焊焊接，除中管與分水盤采用螺紋連接外，其余件均采用釬焊連接。其工藝過程是:首先以電解銅棒為原料，用模鍛方法分別制出端盤、分水盤和分氧盤的毛坯，然后采用去除加工方法加工出各盤的冷卻水腔和氧孔，最后將它們與喉管、分水盤一起焊接。這種方法制造的氧槍噴頭致密度高，導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、焊接性、加工性等各項(xiàng)性能均好于鑄造氧槍噴頭。但是其冷卻水腔和氧孔無法直接成形，三層盆狀盤需要借助焊接方法連接在一起。這些焊接接頭很容易出現(xiàn)焊接裂紋，導(dǎo)致使用壽命不穩(wěn)定，存在安全隱患。
[0005]鑄鍛焊組合噴頭，其端盤采用電解銅棒模鍛成形，而其分氧盤、喉管、分水盤采用鑄造方法鑄成一體，然后采用釬焊方法焊接在一起。這種氧槍噴頭的制造方法的優(yōu)點(diǎn)是上部的分氧盤、分水盤及喉管可以采用鑄鋼或紫銅，降低了材料成本，但焊接質(zhì)量缺陷發(fā)生率更高，同樣存在焊接接頭多、焊接質(zhì)量難以保證，存在安全隱患的問題。
[0006]擠焊組合噴頭制造方法是，將氧槍噴頭分為上下兩部分，分別擠壓成型后焊接在一起。首先以紫銅棒為原料，將喉管與噴頭分氧盤采用紫銅兩工步精密成型，擠壓成一體(上部)，經(jīng)多道工藝步驟精密擠壓成形噴頭端盤(下部)，然后再將它們焊接在一起。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率較高，但同樣不能直接成形冷卻水腔和氧孔，仍然沒有擺脫焊接接頭多、焊接質(zhì)量難以保證、存在安全隱患的問題。
[0007]為了解決鑄造噴頭內(nèi)部致密度不足、使用壽命短的問題，也為了解決鍛焊組合、擠焊組合、鑄鍛焊組合噴頭毛坯焊縫多，焊接質(zhì)量難以保證、使用壽命波動(dòng)大、安全可靠性低、存在安全隱患的問題，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)噴頭的焊縫多、質(zhì)量波動(dòng)性大、存在安全隱患的問題，提供一種使用高強(qiáng)度可溶芯來形成冷卻水腔和氧孔，采用加壓鑄造方法實(shí)現(xiàn)氧槍噴頭的一次澆注、整體成型；通過對(duì)澆入模腔的銅液施加一定壓力進(jìn)行高壓凝固來細(xì)化組織，消除鑄造缺陷，得到致密組織，提高使用壽命和安全可靠性的氧槍噴頭毛坯的制造方法。
[0009]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，包括以下步驟:
[0010]I)制可溶芯，使用高強(qiáng)度可溶芯一次形成整個(gè)冷卻水腔，包括氧孔芯和冷卻水腔芯，氧孔芯用來形成氧孔，通過上部的芯頭安裝在上模內(nèi)；冷卻水腔芯用來形成整個(gè)冷卻水腔，通過下部的芯頭安裝在下模上平面上，氧孔芯與冷卻水腔芯之間的間隙形成氧孔的壁厚；氧孔芯和冷卻水腔芯同軸；高強(qiáng)度可溶芯由粒度為100-200目工業(yè)用鹽粉末和粘結(jié)劑組成，利用粉末冶金方法制成，在100°C以下的水中可以溶解，在500°C溫度的抗壓強(qiáng)度為2-1OMPa ;水腔芯外形為一圓臺(tái)體,下部圓周上設(shè)有一圈高度3-20mm的定位芯頭,外表面斜度2-5°，頂部位置和安裝面上開設(shè)直徑01.5-2mm的排氣道，以便銅液充填時(shí)，氣體能夠順利排出；氧孔芯上部為一圓盤形芯頭，圓盤芯頭下部連接有與氧孔數(shù)量相同的圓柱，用來形成氧孔，圓盤直徑小于75mm，芯頭高度30_50mm，芯頭上設(shè)有直徑5_10mm的水平孔，利用插銷插入水平孔固定氧孔芯。冷卻水腔和氧孔均已成形的毛坯中，端盤底部有一個(gè)隨澆注量波動(dòng)而變化的圓臺(tái)，在 去除加工部位留有1-1Omm的加工余量，其中氧孔4加工余量2_10mm，端盤外表面加工余量l_2mm，分氧盤頂部加工余量5-10mm，不設(shè)冒口和澆口。
[0011]2)可溶芯的芯表面噴涂料，在可溶芯的表面噴涂防熔芯涂料0.3-0.5_，防止銅液流過時(shí)將其熔化或污染銅液；所述的防熔芯涂料化學(xué)組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是--每100重量份硅藻土，加入凹凸棒土 2份，CMC0.3份，磷酸二氫鋁15份。
[0012]3)預(yù)熱可溶芯，將涂有防熔芯涂料的高強(qiáng)度可溶芯放入保溫爐內(nèi)加熱至150-400°C，保溫 30-60 分鐘；
[0013]4)安裝氧孔芯，將氧孔芯上部的芯頭插入上模相應(yīng)的芯座內(nèi)，將插銷插入上模內(nèi)，穿過氧孔芯芯頭上的水平孔，使氧孔芯定位并固定；
[0014]5)保護(hù)澆注銅液，將溫度為1110-1210°C的銅液在氣體保護(hù)下澆入下模中央的壓室內(nèi)至設(shè)定高度，保護(hù)氣體是氮?dú)饣驓鍤猓?br> [0015]6)安放水腔芯，將水腔芯放入下模的芯座內(nèi)，安放牢固；
[0016]7)合模鎖模，扣上上模，氧孔芯插入水腔芯內(nèi)，形成完整的可溶芯，并對(duì)上模施加500-1500噸的壓力將上下模壓緊；
[0017]8)加壓充型和保壓凝固，合模壓力達(dá)到要求值后，隨即用壓頭將壓室內(nèi)的銅液以10-100mm/s的速度擠入模腔，包裹住高強(qiáng)度可溶芯，并充滿整個(gè)模腔，增大壓力使銅液內(nèi)形成30-100MPa的壓強(qiáng)并保持，直至銅液完全凝固；
[0018]9)取件脫芯，打開模具，取出包裹有高強(qiáng)度可溶芯的氧槍噴頭，將可溶芯溶解或擊碎使可溶芯與噴頭分離，得到氧槍噴頭毛坯。[0019]本發(fā)明還提供了一種用于氧槍噴頭毛坯的制造方法的模具，模具包括上模、下模、壓室和壓頭四大部分，分模面位于噴頭端盤的焊接坡口上端，上模在液鍛機(jī)主缸帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，下模固定在液鍛機(jī)工作臺(tái)上，與上模同軸，其中央設(shè)有壓室安裝孔；壓室是壁厚為60-100mm的圓筒，其內(nèi)徑100_150mm，圓筒內(nèi)安裝壓頭，外壁相間繞有用來調(diào)節(jié)溫度的矩形電熱管和冷卻水管，用熱作模具鋼3Cr2W8V或H13鋼制成，安裝在下模中央安裝孔內(nèi)；壓頭為圓柱體，直徑方向與壓室之間的間隙0.1-0.15mm，壓頭上端面距壓室頂面高度120-180mm，壓頭下端面與下缸活塞桿連接牢固，在下缸帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，擠壓銅液或抽回復(fù)位；所有與銅液接觸的模具零件使用熱作模具鋼制造，其他零件使用碳素結(jié)構(gòu)鋼制造。
[0020]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、工藝出品率高；本發(fā)明不需要冒口，氧孔可以直接成形，加工余量小，工藝出品率高達(dá)90%以上；而現(xiàn)有技術(shù)中鑄造噴頭的工藝出品率不足30% ；
[0022]2、噴頭組織細(xì)密；噴頭的端盤部位是壓力直接作用的部位，組織細(xì)密，晶粒尺寸只有30-50 μ m,密度可達(dá)9.35kg/cm3,與電解銅棒模鍛接近，比現(xiàn)有技術(shù)中鑄造噴頭的密度
8.95kg/cm3 提高 0.4kg/cm3 ；
[0023]3、性能高，本發(fā)明制備的噴頭強(qiáng)度可達(dá)290MPa，而鑄造噴頭的抗拉強(qiáng)度最高只有150MPa ；
[0024]4、使用壽命長，本發(fā)明的氧槍噴頭在煉鋼廠使用，壽命可以達(dá)到400爐以上，原鑄造噴頭壽命只有200爐左右；
[0025]5、環(huán)保綠色:本發(fā)明制造過程沒有沙塵污染，環(huán)保綠色。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
[0027]附圖1，氧槍噴頭結(jié)構(gòu)圖:1_端盤，2-分水盤，3-分氧盤，4-氧孔，5-冷卻水腔，
[0028]附圖2，氧槍噴頭毛坯圖:4_氧孔，5-冷卻水腔，14-工藝余料，
[0029]附圖3，噴頭液鍛成形原理圖，
[0030]6-主缸，7下缸，8-工作臺(tái)，9-上模，10-下模，41-氧孔芯，42-氧孔芯芯頭，43-插銷，51-冷卻水腔芯，52冷卻水腔芯頭，53-排氣孔，11-壓室，12-壓頭，111-電熱管，112-冷卻水管，13-銅液，15-分模面，
[0031]附圖4,氧孔可溶芯結(jié)構(gòu)不意圖；41_氧孔芯,42_氧孔芯頭，44_水平孔，
[0032]附圖5，水腔可熔芯結(jié)構(gòu)示意圖；51-冷卻水腔芯，52冷卻水腔芯頭，53-排氣孔。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0034]實(shí)施例1-YP180[0035]本發(fā)明氧槍噴頭YP180毛坯的一種制造方法，是通過使用外形與冷卻水腔相同的高強(qiáng)度可溶芯來形成冷卻水腔5和氧孔4，實(shí)現(xiàn)氧槍噴頭的一次澆注、整體成型；通過對(duì)澆入模腔的銅液13施加一定壓力進(jìn)行高壓凝固來細(xì)化組織，消除鑄造缺陷，得到致密組織，提高使用壽命和安全可靠性。
[0036]如圖1、圖2所示，YP180氧槍噴頭毛坯形狀與成品形狀相近，冷卻水腔5和氧孔4均已成形，氧孔4加工余量2mm ;端盤I外表面加工余量Imm,分氧盤3頂部加工余量5mm,不設(shè)冒口和澆口。
[0037]采用液態(tài)模鍛方法使噴頭毛坯整體一次成形，不需要焊接；液態(tài)模鍛的成形位置取垂直位，端盤I在下，分氧盤3在上；液態(tài)模鍛的加壓位置為噴頭的端盤I底面，銅液13自端盤I開始，逐步充填分水盤2、分氧盤3的模具腔，充滿整個(gè)模具腔后在30MPa壓強(qiáng)作用下凝固和補(bǔ)縮，得到細(xì)密的微觀組織。
[0038]使用立式液態(tài)模鍛機(jī)加壓成形，所述的立式液態(tài)模鍛機(jī)主缸6壓力500噸，空載速度大于400mm/s,回程速度大于100mm/s,用于合模和開模；下缸7的缸力300噸,下缸7的速度10mm/s可調(diào),用來擠壓銅液13充型和補(bǔ)縮。
[0039]如圖3所示出的，使用金屬制成的模具，模具包括上模9、下模10、壓室11和壓頭12四大部分，分模面15位于噴頭端盤I的坡口上端。所述的上模9在液鍛機(jī)主缸6帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，所述的下模10固定在液鍛機(jī)工作臺(tái)8上，與上模9同軸，其中央設(shè)有壓室11安裝孔；所述的壓室11，是壁厚為60mm的圓筒，其內(nèi)徑100_，圓筒內(nèi)安裝壓頭12，外壁相間繞有電熱管111和冷卻水管112，用來調(diào)節(jié)其溫度，用3Cr2W8V鋼制成，安裝在下模10中央安裝孔內(nèi)；所述的壓頭12為圓柱體，直徑方向與壓室11之間的間隙0.1_，壓頭12上端面距壓室11頂面高度120mm，壓頭12下端面與下缸7活塞桿連接，在下缸7帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，擠壓銅液13。所有與銅液13接觸的模具零件使用熱作模具鋼，其他零件使用碳素結(jié)構(gòu)鋼。
[0040]參考圖3、圖4、圖5，本發(fā)明具體包括如下步驟:
[0041]I)制可溶芯41、51，使用現(xiàn)有技術(shù)的鑄造、鍛造、粉末壓制、切削加工等方法制備出形狀和尺寸復(fù)合要求的高強(qiáng)度可溶芯41和51 ；
[0042]使用高強(qiáng)度可溶芯41和51 —次形成整個(gè)氧孔4和冷卻水腔5，所述的高強(qiáng)度可溶芯由氧孔芯41和冷卻水腔芯51兩個(gè)獨(dú)立部分組成，氧孔芯41用來形成氧孔4，通過上部的芯頭42安裝在上模9內(nèi)；冷卻水腔芯51用來形成整個(gè)冷卻水腔5，通過下部的芯頭52安裝在下模10上平面的芯座內(nèi)，氧孔芯41與冷卻水腔芯51之間的間隙形成氧孔4的壁厚；兩者同軸；所述的高強(qiáng)度可溶芯41和51，由粒度為100目工業(yè)用鹽粉末和粘結(jié)劑組成，利用粉末冶金方法制成，在100°C以下的水中可以溶解，在500°C溫度的抗壓強(qiáng)度為2MPa ;所述的高強(qiáng)度可溶芯41、51，水腔芯51外形為一圓臺(tái)體,下部圓周上設(shè)有一圈高度3mm的定位芯頭52，芯的外表面斜度2-5°，芯的頂部位置和安裝面上開設(shè)直徑01.5mm的排氣孔53，以便銅液13充填時(shí)，氣體能夠順利排出；所述的高強(qiáng)度可溶芯41、51，其中的氧孔芯41上部為一圓盤42，圓盤下部連接有與氧孔數(shù)量相同的圓柱，用來形成氧孔4，圓盤直徑小于75mm,圓盤上留有芯頭42，芯頭高度30mm，芯頭上設(shè)有直徑5mm的水平孔，利用插銷43插入此孔固定氧孔芯41。
[0043]2)芯表面噴涂料。在芯41和51的表面噴涂防熔芯涂料0.3mm,防止銅液13流過時(shí)將其熔化或污染銅液。所述的防熔芯涂料，其化學(xué)組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是:每100重量份娃藻土，外加凹凸棒土 2重量份，CMC0.3重量份,磷酸二氫招15重量份。
[0044]3)預(yù)熱可溶芯41、51。將涂有防熔芯涂料的高強(qiáng)度可溶芯41、51放入保溫爐內(nèi)預(yù)熱至150°C，保溫30分鐘。
[0045]4)安裝氧孔芯41。將氧孔芯41上部的圓盤芯頭42插入上模9相應(yīng)的芯座內(nèi)，將插銷43插入上模9內(nèi)，穿過氧孔芯芯頭42上的水平孔44，使氧孔芯41定位并固定
[0046]5)保護(hù)澆注銅液13:將溫度為1210°C的銅液13在氣體保護(hù)下澆入下模中央的壓室11內(nèi)至設(shè)定高度。所述的保護(hù)氣體是氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0047]6)安放水腔芯51:將水腔芯51放入下模10的芯座內(nèi)，安放牢固。
[0048]7)合模鎖模:扣上上模9，氧孔芯41套入水腔芯51內(nèi)，形成完整的氧槍噴頭的內(nèi)腔，并對(duì)上模9施加500噸的壓力將上模9和下模10壓緊；
[0049]8)擠壓充型和保壓凝固:在鎖模力達(dá)到設(shè)定值后，隨即用壓頭12將壓室11內(nèi)的銅液13以lOmm/s的速度擠入模腔，包裹住高強(qiáng)度可溶芯41和51，并充滿整個(gè)模腔，并增大壓力使銅液13內(nèi)形成30MPa的壓強(qiáng)并保持，直至銅液13完全凝固。
[0050]9)取件脫芯:打開模具上模9和下模10，取出包裹有高強(qiáng)度可溶芯41和51的氧槍噴頭，采用水將芯41和51溶解或擊碎，使芯與噴頭分離，得到本發(fā)明的氧槍噴頭毛坯。其使用壽命達(dá)到了 400爐以上，比鑄造氧槍噴頭提高I倍以上。
[0051]實(shí)施例2-YP300
[0052]本發(fā)明氧槍噴頭YP300毛坯的一種制造方法，是通過使用外形與冷卻水腔相同的高強(qiáng)度可溶芯來形成冷卻水腔5和氧孔4，實(shí)現(xiàn)氧槍噴頭的一次澆注、整體成型；通過對(duì)澆入模腔的銅液13施加一定壓力進(jìn)行高壓凝固來細(xì)化組織，消除鑄造缺陷，得到致密組織，提高使用壽命和安全可靠性。
[0053]毛坯形狀與成品形狀相近，冷卻水腔5和氧孔4均已成形，氧孔加工余量8mm，以適應(yīng)不同的氧孔孔型；端盤I外表面加工余量L 5mm,分氧盤3頂部加工余量7mm,不設(shè)冒口和澆口。
[0054]采用液態(tài)模鍛方法使噴頭毛坯整體一次成形，不需要焊接；液態(tài)模鍛的成形位置取垂直位，端盤I在下，分氧盤3在上；液態(tài)模鍛的加壓位置為噴頭的端盤I底面，銅液13自端盤I開始，逐步充填分水盤2、分氧盤3的模具腔，充滿整個(gè)模具腔后在70MPa壓強(qiáng)作用下凝固和補(bǔ)縮，得到細(xì)密的微觀組織。
[0055]使用立式液態(tài)模鍛機(jī)加壓成形，所述的立式液態(tài)模鍛機(jī)主缸6壓力800噸，空載速度大于400mm/s,回程速度大于100mm/s,用于合模和開模；下缸7的缸力400噸,下缸7的速度50mm/s可調(diào)，用來擠壓銅液13充型和補(bǔ)縮。
[0056]使用金屬制成的模具。所述的模具包括上模9、下模10、壓室11和壓頭12四大部分，分模面15位于噴頭端盤I的坡口上端。所述的上模9在液鍛機(jī)主缸6帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，所述的下模10固定在液鍛機(jī)工作臺(tái)8上，與上模9同軸，其中央設(shè)有壓室11安裝孔；所述的壓室11，是壁厚為80mm的圓筒，其內(nèi)徑120mm，圓筒內(nèi)安裝壓頭12，外壁相間繞有電熱管111和冷卻水管112，用來調(diào)節(jié)其溫度，用3Cr2W8V鋼制成，安裝在下模10中央安裝孔內(nèi)；所述的壓頭12為圓柱體，直徑方向與壓室11之間的間隙0.12mm，壓頭12上端面距壓室11頂面高度150mm，壓頭12下端面與下缸7活塞桿連接，在下缸7帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，擠壓銅液13或抽回復(fù)位。所有與銅液13接觸的模具零件使用熱作模具鋼，其他零件使用碳素結(jié)構(gòu)鋼。
[0057]參考圖3、圖4、圖5，本發(fā)明具體包括如下步驟:
[0058]I)制可溶芯41、51，使用現(xiàn)有技術(shù)的鑄造、鍛造、粉末壓制、切削加工等方法制備出形狀和尺寸復(fù)合要求的高強(qiáng)度可溶芯41和51 ；
[0059]使用高強(qiáng)度可溶芯41和51 —次形成整個(gè)氧孔4和冷卻水腔5，所述的高強(qiáng)度可溶芯由氧孔芯41和冷卻水腔芯51兩個(gè)獨(dú)立部分組成，氧孔芯41用來形成氧孔4，通過上部的芯頭42安裝在上模9內(nèi)；冷卻水腔芯51用來形成整個(gè)冷卻水腔5，通過下部的芯頭52安裝在下模10上平面的芯座內(nèi)，氧孔芯41與冷卻水腔芯51之間的間隙形成氧孔4的壁厚；兩者同軸；所述的高強(qiáng)度可溶芯41和51，由粒度為150目工業(yè)用鹽粉末和粘結(jié)劑組成，利用粉末冶金方法制成，在100°C以下的水中可以溶解，在500°C溫度的抗壓強(qiáng)度為6MPa ;所述的高強(qiáng)度可溶芯41、51，水腔芯51外形為一圓臺(tái)體,下部圓周上設(shè)有一圈高度12mm的定位芯頭52，芯的外表面斜度2-5°，芯的頂部位置和安裝面上開設(shè)直徑0l.8mm的排氣孔53，以便銅液13充填時(shí)，氣體能夠順利排出；所述的高強(qiáng)度可溶芯41、51，其中的氧孔芯41上部為一圓盤42，圓盤下部連接有與氧孔數(shù)量相同的圓柱，用來形成氧孔4，圓盤直徑小于75mm,圓盤上留有芯頭42，芯頭高度40mm，芯頭上設(shè)有直徑7mm的水平孔，利用插銷43插入此孔固定氧孔芯41。
[0060]2)芯表面噴涂料。在芯41和51的表面噴涂防熔芯涂料0.4mm,防止銅液13流過時(shí)將其熔化或污染銅液。所述的防熔芯涂料，其化學(xué)組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是:每100重量份娃藻土，外加凹凸棒土 2重量份，CMC0.3重量份,磷酸二氫招15重量份。
[0061]3)預(yù)熱可溶芯41、51。將涂有防熔芯涂料的高強(qiáng)度可溶芯41、51放入保溫爐內(nèi)預(yù)熱至220°C，保溫45分鐘。
[0062]4)安裝氧孔芯41。將氧孔芯41上部的圓盤芯頭42插入上模9相應(yīng)的芯座內(nèi)，將插銷43插入上模9內(nèi)，穿過氧孔芯芯頭42上的水平孔44，使氧孔芯41定位并固定；
[0063]5)保護(hù)澆注銅液13:將溫度為1160°C的銅液13在氣體保護(hù)下澆入下模中央的壓室11內(nèi)至設(shè)定高度。所述的保護(hù)氣體是氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0064]6)安放水腔芯51:將水腔芯51放入下模10的芯座內(nèi)，安放牢固。
[0065]7)合模鎖模:扣上上模9，氧孔芯41套入水腔芯51內(nèi)，形成完整的氧槍噴頭的內(nèi)腔，并對(duì)上模9施加800噸的壓力將上模9和下模10壓緊；
[0066]8)擠壓充型和保壓凝固:在鎖模力達(dá)到設(shè)定值后，隨即用壓頭12將壓室11內(nèi)的銅液13以50mm/s的速度擠入模腔，包裹住高強(qiáng)度可溶芯41和51，并充滿整個(gè)模腔，并增大壓力使銅液13內(nèi)形成60MPa的壓強(qiáng)并保持，直至銅液13完全凝固。
[0067]9)取件脫芯:打開模具上模9和下模10，取出包裹有高強(qiáng)度可溶芯41和51的氧槍噴頭，采用水將芯41和51溶解或擊碎，使芯與噴頭分離，得到本發(fā)明的氧槍噴頭毛坯。其使用壽命達(dá)到了 400爐以上，比鑄造氧槍噴頭提高I倍以上。
[0068]實(shí)施例3-YP406
[0069]本發(fā)明YP406氧槍噴頭毛坯的一種制造方法，技術(shù)原理是通過使用外形與冷卻水腔相同的高強(qiáng)度可溶芯來形成冷卻水腔5和氧孔4，實(shí)現(xiàn)氧槍噴頭的一次澆注、整體成型；通過對(duì)澆入模腔的銅液13施加一定壓力進(jìn)行高壓凝固來細(xì)化組織，消除鑄造缺陷，得到致密組織，提高使用壽命和安全可靠性。
[0070]氧槍噴頭毛坯形狀與成品形狀相近，冷卻水腔5和氧孔4均已成形，端盤I底部有一個(gè)隨澆注量波動(dòng)而變化的圓臺(tái)14，氧孔4加工余量10_，以適應(yīng)不同的氧孔孔型；端盤I外表面加工余量2mm，分氧盤3頂部加工余量10mm，不設(shè)冒口和澆口。
[0071]采用液態(tài)模鍛方法使噴頭毛坯整體一次成形，不需要焊接；液態(tài)模鍛的成形位置取垂直位，端盤I在下，分氧盤3在上；液態(tài)模鍛的加壓位置為噴頭的端盤I底面，銅液13自端盤I開始，逐步充填分水盤2、分氧盤3的模具腔，充滿整個(gè)模具腔后在IOOMPa壓強(qiáng)作用下凝固和補(bǔ)縮，得到細(xì)密的微觀組織。
[0072]使用立式液態(tài)模鍛機(jī)加壓成形，所述的立式液態(tài)模鍛機(jī)主缸6壓力1500噸，空載速度大于400mm/s,回程速度大于100mm/s,用于合模和開模；下缸7的缸力500噸,下缸7的速度lOOmm/s可調(diào)，用來擠壓銅液13充型和補(bǔ)縮。
[0073]使用金屬制成的模具。所述的模具包括上模9、下模10、壓室11和壓頭12四大部分，分模面15位于噴頭端盤I的坡口上端。所述的上模10在液鍛機(jī)主缸6帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，所述的下模10固定在液鍛機(jī)工作臺(tái)8上，與上模9同軸，其中央設(shè)有壓室11安裝孔；所述的壓室11，是壁厚為IOOmm的圓筒，其內(nèi)徑150_，圓筒內(nèi)安裝壓頭12，外壁相間繞有電熱管111和冷卻水管112，用來調(diào)節(jié)其溫度，用3Cr2W8V鋼制成，安裝在下模10中央安裝孔內(nèi)；所述的壓頭12為圓柱體，直徑方向與壓室11之間的間隙0.15mm，壓頭12上端面距壓室11頂面高度180mm，壓頭12下端面與下缸7活塞桿連接，在下缸7帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，擠壓銅液13或抽回復(fù)位。所有與銅液13接觸的模具零件使用熱作模具鋼，其他零件使用碳素結(jié)構(gòu)鋼。
[0074]具體包括如下步驟:
[0075]I)制可溶芯41、51，使用現(xiàn)有技術(shù)的鑄造、鍛造、粉末壓制、切削加工等方法制備出形狀和尺寸復(fù)合要求的高強(qiáng)度可溶芯41和51 ；
[0076]使用高強(qiáng)度可溶芯41和51 —次形成整個(gè)氧孔4和冷卻水腔5，所述的高強(qiáng)度可溶芯由氧孔芯41和冷卻水腔芯51兩個(gè)獨(dú)立部分組成，氧孔芯41用來形成氧孔4，通過上部的芯頭42安裝在上模9內(nèi)；冷卻水腔芯51用來形成整個(gè)冷卻水腔5，通過下部的芯頭52安裝在下模10上平面的芯座內(nèi)，氧孔芯41與冷卻水腔芯51之間的間隙形成氧孔4的壁厚；兩者同軸；所述的高強(qiáng)度可溶芯41和51，其特征是，由粒度為200目工業(yè)用鹽粉末和粘結(jié)劑組成，利用粉末冶金方法制成，在100°C以下的水中可以溶解，在500°C溫度的抗壓強(qiáng)度為IOMPa;所述的高強(qiáng)度可溶芯41、51，其特征是，水腔芯51外形為一圓臺(tái)體，下部圓周上設(shè)有一圈高度20mm的定位芯頭52，芯的外表面斜度2_5°，芯的頂部位置和安裝面上開設(shè)直徑02mm的排氣孔53，以便銅液13充填時(shí)，氣體能夠順利排出；所述的高強(qiáng)度可溶芯41、51，其特征在于，其中的氧孔芯41上部為一圓盤芯頭42，下部連接有與氧孔數(shù)量相同的圓柱，用來形成氧孔4，圓盤直徑小于75mm，圓盤上留有芯頭42，芯頭42高度50mm，芯頭上設(shè)有直徑IOmm的水平孔,利用插銷43插入此孔固定氧孔芯41。
[0077]2)芯表面噴涂料。在芯41和51的表面噴涂防熔芯涂料0.5mm,防止銅液13流過時(shí)將其熔化或污染銅液。所述的防熔芯涂料，其化學(xué)組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是:每100重量份娃藻土，外加凹凸棒土 2重量份，CMC0.3重量份,磷酸二氫招15重量份。
[0078]3)預(yù)熱可溶芯41、51。將涂有防熔芯涂料的高強(qiáng)度可溶芯41、51放入保溫爐內(nèi)預(yù)熱至400°C，保溫60分鐘。
[0079]4)安裝氧孔芯41。將氧孔芯41上部的圓盤芯頭42插入上模9相應(yīng)的芯座內(nèi)，將插銷43插入上模9內(nèi)，穿過氧孔芯芯頭42上的水平孔44，使氧孔芯41定位并固定；
[0080]5)保護(hù)澆注銅液13:將溫度為1110°C的銅液13在氣體保護(hù)下澆入下模中央的壓室11內(nèi)至設(shè)定高度。所述的保護(hù)氣體是氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0081]6)安放水腔芯51:將水腔芯51放入下模10的芯座內(nèi)，安放牢固。
[0082]7)合模鎖模:扣上上模9，氧孔芯41套入水腔芯51內(nèi)，形成完整的氧槍噴頭的內(nèi)腔，并對(duì)上模9施加1500噸的壓力將上模9和下模10壓緊；
[0083]8)擠壓充型和保壓凝固:在鎖模力達(dá)到設(shè)定值后，隨即用壓頭12將壓室11內(nèi)的銅液13以100mm/S的速度擠入模腔，包裹住高強(qiáng)度可溶芯41和51，并充滿整個(gè)模腔，并增大壓力使銅液13內(nèi)形成IOOMPa的壓強(qiáng)并保持，直至銅液13完全凝固。
[0084]9)取件脫芯:打開模具上模9和下模10，取出包裹有高強(qiáng)度可溶芯41和51的氧槍噴頭，采用水將芯41和51溶解或擊碎，使芯與噴頭分離，得到本發(fā)明的氧槍噴頭毛坯。其使用壽命達(dá)到了 400爐以上，比鑄造氧槍噴頭提高I倍以上。
[0085]以上實(shí)例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制可溶芯，使用高強(qiáng)度可溶芯一次形成整個(gè)冷卻水腔，包括氧孔芯和冷卻水腔芯，氧孔芯用來形成氧孔，通過上部的芯頭安裝在上模內(nèi)；冷卻水腔芯用來形成整個(gè)冷卻水腔，通過下部的芯頭安裝在下模上平面上，氧孔芯與冷卻水腔芯之間的間隙形成氧孔的壁厚；氧孔芯和冷卻水腔芯同軸； 2)可溶芯的芯表面噴涂料，在可溶芯的表面噴涂防熔芯涂料0.3-0.5mm,防止銅液流過時(shí)將其熔化或污染銅液； 3)預(yù)熱可溶芯，將涂有防熔芯涂料的高強(qiáng)度可溶芯放入保溫爐內(nèi)加熱至150-400°C，保溫30-60分鐘； 4)安裝氧孔芯，將氧孔芯上部的芯頭插入上模相應(yīng)的芯座內(nèi)，將插銷插入上模內(nèi)，穿過氧孔芯芯頭上的水平孔，使氧孔芯定位并固定； 5)保護(hù)澆注銅液，將溫度為1110-1210°C的銅液在氣體保護(hù)下澆入下模中央的壓室內(nèi)至設(shè)定高度，保護(hù)氣體是氮?dú)饣驓鍤猓? 6)安放水腔芯，將水腔芯放入下模的芯座內(nèi)，安放牢固； 7)合模鎖模，扣上上模，氧孔芯插入水腔芯內(nèi)，形成完整的可溶芯，并對(duì)上模施加500-1500噸的壓力將上下模壓緊； 8)加壓充型和保壓凝固，合模壓力達(dá)到要求值后，隨即用壓頭將壓室內(nèi)的銅液以10-100mm/s的速度擠入模腔，包裹住高強(qiáng)度可溶芯，并充滿整個(gè)模腔，增大壓力使銅液內(nèi)形成30-100MPa的壓強(qiáng)并保持，直至銅液完全凝固； 9)取件脫芯，打開模具，取出包裹有高強(qiáng)度可溶芯的氧槍噴頭，將可溶芯溶解或擊碎使可溶芯與噴頭分離，得到氧槍噴頭毛坯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，其特征在于，步驟1)中，高強(qiáng)度可溶芯由粒度為100-200目工業(yè)用鹽粉末和粘結(jié)劑組成，利用粉末冶金方法制成，在100°C以下的水中可以溶解，在500°C溫度的抗壓強(qiáng)度為2-10MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，其特征在于，步驟1)中，水腔芯外形為一圓臺(tái)體，下部圓周上設(shè)有一圈高度3-20mm的定位芯頭,外表面斜度2_5° ,頂部位置和安裝面上開設(shè)直徑01.5-2mm的排氣道，以便銅液充填時(shí)，氣體能夠順利排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，其特征在于，步驟1)中，氧孔芯上部為一圓盤形芯頭，圓盤芯頭下部連接有與氧孔數(shù)量相同的圓柱，用來形成氧孔，圓盤直徑小于75mm，芯頭高度30-50mm，芯頭上設(shè)有直徑5_10mm的水平孔，利用插銷插入水平孔固定氧孔芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，其特征在于，步驟1)中，冷卻水腔和氧孔均已成形的毛坯，端盤底部有一個(gè)隨澆注量波動(dòng)而變化的圓臺(tái)，在去除加工部位留有1-1Omm的加工余量,其中氧孔4加工余量端盤外表面加工余量分氧盤頂部加工余量5-10mm，不設(shè)冒口和澆口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧槍噴頭毛坯的制造方法，其特征在于，步驟2)中，所述的防熔芯涂料化學(xué)組成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比是:每100重量份硅藻土，加入凹凸棒土 2份，CMC0.3份，磷酸二氫鋁15份。
7.一種用于權(quán)利要求1所述的一種氧槍噴頭毛坯的制造方法的模具，其特征在于，所述的模具包括上模、下模、壓室和壓頭四大部分，分模面位于噴頭端盤的焊接坡口上端，上模在液鍛機(jī)主缸帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，下模固定在液鍛機(jī)工作臺(tái)上，與上模同軸，其中央設(shè)有壓室安裝孔；壓室是壁厚為60-100mm的圓筒，其內(nèi)徑100_150mm，圓筒內(nèi)安裝壓頭，外壁相間繞有用來調(diào)節(jié)溫度的矩形電熱管和冷卻水管，用熱作模具鋼3Cr2W8V或H13鋼制成，安裝在下模中央安裝孔內(nèi)；壓頭為圓柱體，直徑方向與壓室之間的間隙0.1-0.15mm，壓頭上端面距壓室頂面高度120-180mm，壓頭下端面與下缸活塞桿連接牢固，在下缸帶動(dòng)下做垂直上下運(yùn)動(dòng)，擠壓銅液或抽回復(fù)位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于氧槍噴頭毛坯制造方法的模具，其特征在于，所有與銅液接觸的模具零件使 用熱作模具鋼制造，其他零件使用碳素結(jié)構(gòu)鋼制造。
【文檔編號(hào)】B22C9/10GK103801671SQ201410028427
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】邢書明, 馬震, 鮑培瑋, 劉西斌, 朱惠紅, 方明宇, 齊永革, 郎風(fēng)水 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué), 石家莊巨力科技有限公司