СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОЙ ЗАГОТОВКИ БОЧКИ МУКОМОЛЬНОГО ВАЛЬЦА
METHOD FOR MANUFACTURING A TWO-LAYER WORKPIECE OF A DRUM OF A MILLING ROLL

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к центробежному литью, позволяющему наиболее эффективно изготавливать двухслойные цилиндрические заготовки, к которым относится бочка мукомольного вальца, используемая после запрессовки стальных полуосей с двух боковых ее торцов и нарезки рифлей или нанесения микрошероховатости на ее внешней поверхности для размола зерен пшеницы или ржи в станках типа А1-БЗН, наиболее распространенных на мукомольных комбинатах РФ.
Бочка мукомольного вальца, используемая на упомянутых станках, размером ∅250×1000 мм и являющаяся ее рабочим органом, испытывает в процессе эксплуатации повышенные ударно-истирающие нагрузки при сравнительно высоких окружных скоростях, достигающих 10 м/с, поэтому от ее качества зависит производительность, энергоемкость и стабильность всего технологического оборудования по производству муки, а так же сортность выпускаемой продукции. [1]
Технические требования, предъявляемые к качеству бочки мукомольного вальца, состоят в обеспечении дифференцированной по ее сечению структуры с наружным рабочим слоем толщиной 15-25 мм из отбеленного чугуна твердостью 510-550 НВ для вальцов с рифленой поверхностью и твердостью 470-500 НВ для вальцов с микрошероховатой поверхностью, и внутренним слоем из более пластичного по свойствам металла с твердостью 180-230 НВ.
При этом особое внимание уделяется прочному соединению двух разнородных по химическому составу металлов в плоскости их соединения, контролируемого визуально по вырезанному темплету из концевой зоны бочки вальца.
Известен способ производства мукомольного вальца, при котором внутренняя поверхность бочки выполнена по всему диаметру с кольцевыми углублениями для повышения площади соприкосновения с охлаждающей жидкостью, радиус которых составляет 8-12% от радиуса вальца. [2]
Недостатком указанного способа является усложнение конструкции бочки мукомольного вальца и повышенная трудоемкость его изготовления.
Известен способ изготовления мукомольного вальца, при котором толщина рабочего и внутреннего слоев бочки находится в соотношении (1,31-1,79):(0,86-1,14), а их твердость - в соотношении (3,7-3,8):(1,38-1,62), при этом между бочкой и полуосями располагается цилиндр. [3]
Указанный способ оптимизирует теплоотвод к внутренней поверхности бочки вальца, однако рекомендации по использованию материалов ее рабочего и внутреннего слоев с высокой разницей по их твердости способствуют повышению напряженного состояния в граничной области их соприкосновения и, как следствие, приводят к отслаиванию двух разнородных металлов, что является его серьезным недостатком.
Известен способ производства мукомольного вальца с двухслойной бочкой, состоящей из рабочего слоя, выполненного из легированного белого чугуна, и внутреннего - из нелегированного чугуна с соотношением толщины рабочего слоя к внутреннему 1:(1,4). [4]
Несмотря на удовлетворительные свойства предлагаемых материалов рабочего и внутреннего слоев бочки мукомольного вальца и их оптимальное соотношение по его сечению, в предлагаемом способе отсутствуют сведения об условиях прочности соединения двух разнородных по химическому составу материалов бочки, что является недостатком упомянутого способа.
Известен способ центробежной отливки чугунных биметаллических заготовок с осевой полостью, при котором заливка внутреннего слоя металла осуществляется при температуре, превышающей температуру ликвидус на 80-100°С, при этом температура металла внутренней поверхности наружного слоя должна соответствовать температуре ликвидус, а вращение формы осуществляется с частотой, соответствующей значениям гравитационного коэффициента 90-110 на поверхности контакта внутреннего и наружного слоев. [5]
Несмотря на положительные результаты по качественным характеристикам полученных бочек мукомольных вальцов по указанному способу, его недостатком является использование в качестве разделительного покрытия на внутренней поверхности вращаемой изложницы кварцевого песка, способствующего появлению пригара на поверхности бочки вальца и повышению припусков на механическую обработку его внешней поверхности, а также ухудшению отбела рабочего слоя и снижению требуемых характеристик по его твердости.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения двухслойных бочек мукомольных вальцов является технология о центробежном литье биметаллических бочек мукомольных вальцов, опубликованная в журнале «Литейное производство» №11, 2003 г. [6], в которой приводятся сведения по частоте вращения формы, температуре заливки металла и продолжительности интервала между заливками двух металлов во вращаемую форму, а так же общая продолжительность вращения формы, залитой металлом. Несмотря на положительные результаты, связанные с получением двухслойных бочек мукомольных вальцов, в приведенной статье отсутствуют сведения о формировании рабочего слоя вальца, частоте вращения формы при заливке второго металла, что сказывается на снижении прочности соединения двух разнородных по химическому составу слоев металла и является существенным недостатком предлагаемой технологии, при этом использование в качестве разделительного покрытия между формой и отливкой пульвербакелитного слоя способствует ухудшению санитарно-гигиенических условий труда.
Задачей заявленного изобретения является исключение недостатков упомянутых выше способов изготовления бочек мукомольных вальцов с обеспечением необходимой структуры отбеленного рабочего слоя, уровня твердости металла наружного и внутреннего слоев бочки вальца и прочного соединения двух разнородных по химическому составу металлов.
3
Указанный технический результат обеспечивается тем, что с учетом припусков на механическую обработку поверхности бочки мукомольного вальца и вырезки контрольного темплета толщиной 10 мм от концевой зоны бочки вальца с учетом ширины реза, размеры упомянутой двухслойной бочки составляют ∅255×1050 мм, при этом заливка металла наружного рабочего слоя заготовки бочки вальца толщиной  мм осуществляется из хромоникелевого чугуна во вращаемую с частотой 650 об/мин изложницу, выполненную из стали 25 с толщиной стенки 100 мм и покрытую на внутренней поверхности противопригарной цирконовой краской толщиной слоя 1,5 мм, после окончания которой включается спрейерное водяное охлаждения внешней поверхности изложницы с расходом 2 м/ч, и на зеркало жидкого металла наносится защитный от окисления флюс толщиной слоя 2 мм, а заливка металла внутреннего слоя из нелегированного чугуна толщиной слоя 55 мм производится в ту же изложницу, вращаемую с частотой 780 об/мин, в момент достижения фронта затвердевания рабочего слоя, последовательно продвигающегося со скоростью 9 мм/мин от наружной поверхности отливки к ее внутренней поверхности, при этом твердость металла рабочего слоя обеспечивается на уровне 510-550 НВ для бочек вальцов с рифленой поверхностью и 470-500 НВ для бочек вальцов с микрошероховатой поверхностью, а твердость внутреннего слоя составляет 180-230 НВ.
Предложенный способ осуществляется следующим образом. Подготовка формы для заливки бочки мукомольных вальцов состояла в осмотре изложницы, ее крышек, крепежных элементов, при этом не допускалось наличия дефектов на внутренней, внешней и торцевых плоскостях. Крышки изложницы после футеровки просушивали газовой горелкой и окрашивали графитовой краской. Плавка металла рабочего и внутреннего слоев бочки вальца производилась в индукционных печах в соответствии с цеховой технологической инструкцией. Температура металла рабочего слоя в печи перед выпуском составляла 1490-1500°С. Количество заливаемого металла определялось с учетом металла на скачивание шлака. Выпуск металла производили в разливочный ковш при температуре 1450±10°С.
Перед подачей металла на выпуск температура внутри ковша составляла 500±20°С.
Ковш с металлом рабочего слоя направляли на стенд для скачивания шлака, затем замеряли температуру металла в ковше, после чего скачивали шлак. Металл заливали в технологическую пробу для оценки ее излома, который должен быть светлым.
Установили переднюю крышку изложницы, расположенную на роликах центробежной машины, и закрепили ее болтовыми соединениями, после чего в процессе ее вращения с частотой 500 об/мин нагревали со стороны внешней поверхности с помощью газовых горелок, расположенных вдоль изложницы по всей ее длине.
При достижении температуры на внутренней поверхности изложницы 200-220°С, контролируемой контактной термопарой, нагрев прекращали и переходили к операции по нанесению противопригарной цирконовой краски на внутренней ее поверхности.
Подачу противопригарной цирконовой краски на внутреннюю поверхность изложницы осуществляли с помощью покрасочного устройства с распылительной головкой, совершающего возвратно-поступательные движения вдоль внутренней поверхности вращаемой изложницы с частотой 500 об/мин, при этом понадобилось совершить шесть проходов упомянутого устройства для образования на внутренней поверхности изложницы слоя краски толщиной 1,5 мм, после чего установили заднюю крышку изложницы и закрепили ее болтовыми соединениями.
Заливку металла рабочего слоя толщиной 18 мм производили во вращаемую изложницу с частотой 650 об/мин через воронку заливочного устройства при температуре 1340-1350°С. Количество металла для заливки рабочего слоя измеряли при помощи тензометрических весов, закрепленных на крюки крана. Сразу после заливки металла рабочего слоя включили водяное охлаждение внешней поверхности изложницы спрейерным способом. С последними порциями заливки металла рабочего слоя в воронку заливочного устройства ввели легкоплавкий флюс толщиной слоя 2 мм для защиты поверхности металла рабочего слоя от окисления, а через 2 минуты, исходя из установленной скорости продвижения фронта затвердевания рабочего слоя 9 мм/мин произвели заливку металла внутреннего слоя при температуре 1340±10°С в изложницу с частотой вращения 780 об/мин. Через 18 минут отключили водяное охлаждение формы и выключили привод машины. После заливки металла заливочное устройство отводили краном и устанавливали на стенд.
Разборку формы произвели после ее извлечения из центробежной машины и переноса ее в кессон для охлаждения в вертикальном положении. Разборку формы производили при достижении температуры на поверхности изложницы 50-70°С (замер производили контактной термопарой), при этом изложницу с помощью крана поднимали и, наклонив, извлекали из нее заготовку бочки вальца. После вырезки темплета толщиной 10 мм от противоположного заливке края бочки вальца замеряли твердость металла, которая соответствовала техническим требованиям, а именно 530 НВ для бочек вальцов с рифленой поверхностью и 490 НВ для бочек вальцов с микрошероховатой поверхностью на расстоянии 5 мм от поверхности бочки вальца, а твердость внутреннего слоя соответствовала уровню 200 НВ. Микроструктура рабочего слоя бочки вальца и глубина его отбела соответствовали техническим требованиям, при этом соединение двух разнородных металлов отличалось высокой прочностью.
Использование противопригарной цирконовой краски на внутренней поверхности вращаемой изложницы позволило сократить припуск на механическую обработку внешней поверхности бочки мукомольного вальца в 2,5 раза и снизить трудоемкость ее изготовления в два раза по сравнению с прототипом.
Источники информации
1. В.А. Бутковский, Л.С. Галкина, Г.Е. Птушкина. Современная техника и технология производства муки. М., издательство «ДеЛи принт», 2006 г. - 319 с.
2. АС СССР №884714 А1 от 30.11.1981 г. Мукомольный валец.
3. АС СССР №1021459 А1 от 07.06.1983 г. Мукомольный валец.
4. Патент РФ №2249482 С1 от 01.12.2003 г. Мукомольный валец.
5. Патент РФ №2343040 С1 от 10.01.2009 г. Способ центробежной отливки чугунных биметаллических заготовок с осевой полостью.
6. Р.Х. Гималетдинов, А.Г. Мирзоян. «Центробежное литье биметаллических бочек мукомольных вальцов», Литейное производство №11, 2013 г., стр. 34-36.