[发明专利]用电渣熔铸－熔焊工艺制造大直径内燃机曲轴的方法

说明书

(一)技术领域：

本发明属于重型机械零件制造领域，尤其是一种用电渣熔铸-熔焊工艺制造大直径内燃机曲轴的方法。

(二)背景技术：

曲轴是柴油机最重要的部件，大型船用柴油主机曲轴的价值约占整机价值的10～15％左右，曲轴生产已成为我国提高造机、造船生产能力，制约船舶工业发展的关键问题。传统的曲轴毛坯生产采用球墨铸铁铸造曲轴和全纤维挤压锻造，球墨铸铁生产的曲轴机械性能差，投入使用后使用寿命短；而采用锻造的曲轴，生产功耗大、材料利用率非常低，成本昂贵。

(三)发明内容：

本发明的发明目的在于发明一种用电渣熔铸-熔焊工艺制造大直径内燃机曲轴的方法，它可以克服现有技术中的不足，且易操作，材料利用率高。

本发明的技术方案为：一种用电渣熔铸-熔焊工艺制造大直径内燃机曲轴的方法，其特征在于它包括电渣熔铸工艺和电渣熔焊工艺，它由以下步骤构成：

(1)调整及处理好异型紫铜制水冷结晶器I；

(2)把两根自耗电极I的两端插入结晶器I；

(3)将预先干燥熔化处理好的三元渣系I加入结晶器I；

(4)送电，电流通过自耗电极I接通三元渣系I，渣池通过强大的电流完成电能和热能的转化，调整结晶器出水温度不大于70℃；

(5)自耗电极I在三元渣系I中慢慢熔化形成钢水熔滴，熔滴在重力、磁场力和三元渣系I的沸腾的旋转力的影响下穿过渣池，在此过程中，渣池将金属材料中的有害元素即夹杂物进一步吸收；

(6)净化后的钢水在渣池底部形成熔池，在循环水的强制冷却下凝固，完成钢水的结晶，形成铸件自由端和输出端；

(7)将主轴颈、连杆颈、自由端和输出端分别插入结晶器II的孔中，并固定好；

(8)调整并处理好根据曲轴曲柄臂形状设计的多片式紫铜制水冷异形结晶器II，把两根自耗电极II的两端插入结晶器II；

(9)将预先干燥熔化处理好的三元渣系II加入结晶器II；

(10)送电电流通过自耗电极接通三元渣系II，渣池通过强大的电流形成电能和热能的转化；

(11)自耗电极II在三元渣系II中慢慢熔化形成钢水熔滴，熔滴在重力、磁场力和三元渣系II的沸腾旋转力等作用力的影响下穿过渣池，在此过程中，渣池将金属材料中的有害元素即夹杂物进一步吸收；

(12)净化后的钢水在渣池底部形成熔池，在循环水的强制冷却下凝固，完成钢水的结晶，形成铸件曲柄臂；

(13)重复(7)～(12)步骤，形成新的曲柄臂；

(14)两个曲柄臂构成曲轴的一个拐，同时焊接主轴颈、连杆颈、自由端和输出端，形成曲轴。

上述所说的步骤(2)中的自耗电极I和(8)中的自耗电极II底端离结晶器底5～7cm。

上述所说的步骤(3)中的三元渣系I和(9)中的三元渣系II的成分为CaF₂、AL₂O₃和CaO，其中各成分的含量为：CaF₂为60～70％、AL₂O₃为15～20％和CaO为15～20％；三元渣系I和三元渣系II在结晶器内高度控制在8～10cm的熔渣层。

上述所说的步骤(4)和(10)中的送电的功率范围在3.9～5.2KVA/cm²。

上述所说的步骤(5)和(11)中的渣池的温度控制在1750℃～1800℃。

本发明的优越性在于：①熔铸部位自由，可从任何位置开始，对发生质量问题部位方便解决；②容易控制结晶方向；③设备简单，功耗小，材料利用率高；④熔铸后的金属纯净、组织致密、成份均匀、尺寸精确、表面光泽；⑤金属纯净度高于锻件，机械性能高于锻件曲轴和球墨铸铁件曲轴；⑥电渣熔铸的曲轴成本低。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种用电渣熔铸-熔焊工艺制造大直径内燃机曲轴的方法的熔铸示意图。

图2为本发明所涉用电渣熔铸-熔焊工艺制造大直径内燃机曲轴的方法的电渣熔焊曲轴成形示意图。

图3为图2的A-A剖面图。

其中，1为结晶器I，2为自耗电极I，3为三元渣系I，4为金属溶液I，5为铸件，6为底水箱，7为电渣熔铸曲轴自由端，8为电渣熔铸曲轴输出端，9为角度固定罗盘，10为移动小车，11为水冷电缆，12为自耗电极II，13为结晶器II，14为三元渣系II，15为连杆颈，16为金属溶液II，17为曲柄臂铸件，18为主轴颈。