铁模覆砂论文集
前文所述的在浇注后20min 左右捣松浇冒口系统周围
型砂, 提前打箱的工艺措施后, 由于显著减小了浇冒
口系统对铸件的收缩阻力, 有效地消除了铸件的热裂
缺陷, 同时, 由于铸件在空气中冷却速度较快, 能迅
速建立起强度, 加之CuNi TiBe 合金具有较高的塑
性, 铸件在快速冷却时也不会产生冷裂纹。
图5 留有末端区的冒口分布位置 三、结 论
(1) 采用干型倾斜6~7°浇注, 开放式浇注系统
(带过滤网和集渣冒口) , 内浇道设置在铸型纵向低发生冲砂和形成较多的二次氧化夹杂, 在铸件上平面上形成大量分散的夹杂, 有的夹杂分布还较深, 不易
加工去除, 往往需要进行焊补, 铸件合格率较低。采
用图2所示的铸型倾斜6~7°浇注方案后, 铜液从铸
型低端引入型腔, 在型腔内平稳上升, 熔渣和二次氧
化夹杂容易上浮进入冒口, 显著减少了铸件夹杂缺
陷, 铸件合格率大幅度提高。若进一步提高铸型倾斜
角度, 则充型速度显著减慢, 浇注时间大大延长, 所
需的浇注静压头及直浇道和冒口的高度都要大大加
高, 将显著降低铸件工艺出品率, 提高铸件的生产成
本。
41打箱时间对铸件质量的影响
试验过程中发现, 若按传统工艺让铸件在型内冷
却, 无论采用哪种浇注系统, 由于铸型中设置的众多
冒口以及浇注系统会对铸件凝固收缩产生极大的阻
力, 导致铸件形成严重的热裂缺陷而大量报废。采取端, 铸件上平面均匀分布设置4个补缩集渣冒口, 冒口不留末端区, 铸件侧面和底部设置外冷铁的铸造工艺, 能有效地消除夹渣、夹杂、气孔、缩松等缺陷, 获得化学成分、力学性能和铸造质量合格的长板状大型铜合金导电结构件电极支承座。(2) 研制的CuNi TiBe 铜合金具有优良的导电性和力学性能, 其在临界温度以下的组织由具有一定饱和度的单相α固溶体及少量化合物相组成, α固溶体具有良好的高温塑性, 可保证铸件快速冷却时不产生冷裂纹, 为采用浇注后提早打箱、快速冷却以防止产生热裂纹的铸件冷却工艺提供了保证。(3) 用CuNi TiBe 铜合金铸造的电极支承座已在国内大型钢铁企业的进口全自动宽板闪光焊机上应用, 成功地取代了进口件。
(编辑:朱文高)
铁型覆砂铸造工艺及其应用
浙江省机电设计研究院(杭州310002) 黄列群 潘东杰
【提要】介绍了铁型覆砂铸造工艺的原理和生产工艺流程, 说明铁型覆砂铸造兼具金属型和壳型铸造的特点, 并简要阐述了铁型覆砂铸造工艺在曲轴类铸件生产中的应用和存在问题。关键词:铁型覆砂工艺 曲轴 铸铁
铁型覆砂铸造是在金属型(铁型) 内腔覆上一薄
层型砂而形成铸型的一种铸造工艺, 兼具有金属型和
壳型铸造的特点。70年代末在浙江永康拖拉机厂将
该工艺用于S195球铁曲轴的铸造生产〔1〕。该工艺的
主要优点是铸件尺寸精度高、加工余量小、造型材料
需要量少、铸件中的应力低、废品率低以及铸件清理
工作量小等。近年来该工艺发展较快, 全国约有近百
家企业应用该工艺进行铸造生产, 生产的铸件品种有
30余种, 年产铸件总量约10万吨。浙江省机电设计
1998年10月27日收到初稿, 1998年11月24日收到修改稿。研究院从1974年开始对该工艺进行了系统的研究。笔者期望有更多铸造工作者开展对该工艺的研究, 把该工艺推向更高水平。 一、铸造工艺11工艺分析首先对铁水浇入铁型覆砂铸型以后, 铸件—覆砂层—铁型不稳定热交换情况分析如下。为了使问题简化, 假设铸件是半无限的, 即铸件无横向热流, 并假
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设系统中各组元的温度场为直线规律分布的。图1表
示系统一部分的温度分布, 横坐标表示厚度(距离)
δ, 纵坐标表示温度。通过铸件、覆砂层和铁型的比
热流q 是相同的, 根据傅立叶定律, 比热流可表示
为,
δT δδλ(1) q =-1=2=-3x 1x 2x 3
式中 q ———比热流
T ———温度
λ— ——导热系数
δ令K 1=δ1T -13T 3, K 2=δ2T 2/δ3T 3分别表示铸
件与覆砂层以及铁型与覆砂层之间热交换的两个传热
2〕准则〔。显然, 在铁型覆砂铸造中K 1ν1, K 2ν1,
即在铸件—覆砂层—铁型系统中, 大部分温度降在覆
砂层上, 也就是说, 铁型覆砂铸造完全可以改变覆砂
层的厚度和热物理性质控制铸件的冷却强度。
以上工艺分析
结果早已为实践所
证实。当四缸曲轴
(CT Д14) 铁型覆
砂铸造的覆砂层厚
度从4mm 到6mm 、
8mm 、10mm 逐渐变
化时, 曲轴组织中
的渗碳体量不断减
少, 而珠光体和铁
素体量不断增
图1 铸件—覆砂层—铁型的温度分布3〕加〔。铁型覆砂
铸造中, 覆砂层的厚度范围一般为4mm 至32mm 之
间(常取下限) 。因为实验表明, 当覆砂层厚度小于
4mm 时, 铸件的冷却速度与金属型涂刷厚涂料时相
近; 当覆砂层大于32mm 时, 则其冷却强度与普通树
脂砂型铸造相当。
当用铁型覆砂铸造工艺生产各种不同铸件时, 一
般是通过试验或经验类比, 以确定不同的覆砂层厚度
和铁型厚度, 达到控制铸件凝固速
度的目的。例如在490球铁曲轴铁
型覆砂铸造工艺设计中, 取覆砂层
厚为5~8mm , 铁型壁厚度为20~
30mm , 用此工艺生产出了优质的
无冒口球墨铸铁件。说明这种工艺
参数的选择, 即铁型壁厚和覆砂层
(a ) 机械造型 (b ) 手工造型厚度能有效地调节铸件的冷却速
图3 覆砂造型简图度, 使铸件的冷却凝固速度大于砂型铸造, 但又不易
铁型产生白口。图2为球铁在铸型中的冷却曲线。由图2合模覆砂造型固化、起模模样可以看出, 当铁水浇入覆砂铁型中后, 经8分钟铸件
铸件温度可降至930℃左右, 而在普通砂型中, 则需要24
铸型清理开型冷却浇注合箱分钟, 其冷却速度大约是普通砂型的3倍。由于铸件
的结晶和冷却速度加快, 使铸件晶粒细化, 力学性能图4 铁型覆砂铸造生产流程 《铸造》199912
1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.和使用性能显著提高, 能使铸态球铁的牌号由Q T600提高到Q T800。此外, 由于铁型无退让性, 但覆砂层却能适当地减少铁型的收缩阻力; 铁型的刚性又能有效地转变球铁在凝固过程图2 球铁在铸型中的冷却曲线中的石墨化膨胀方11覆砂铁型 21砂型向, 由向外膨胀变为向内膨胀, 从而实现石墨化膨胀自补缩的无冒口铸造; 又由于覆砂层薄, 型腔不易变形, 铸件的精度比砂型铸造大为提高; 覆砂层的存在, 也提高了铁型的使用寿命, 降低了制造成本。21实际生产工艺(1) 覆砂造型 大批量生产中的铁型覆砂铸造, 其覆砂造型方法如图3所示。覆砂造型是从铁型背面的一组射砂孔, 经铁型和模样合模后形成的间隙(缝隙宽度等于覆砂层厚度) 射入流动性较好的型砂, 再经固化, 起模后即形成铁型覆砂的铸型(即覆砂铁型) 。整个造型过程是在专用的覆砂造型机或由射芯5〕机改装的覆砂造型机上完成的〔, 如图3a 所示。一般在生产批量较小时, 也可用手工覆砂, 工艺如图3b 所示。(2) 覆砂造型生产线 目前我国铁型覆砂铸造的一般生产流程如图4所示, 生产线是由若干覆砂造型机、转向机、翻箱机、合箱机、开箱机、铁型清理机以及输送辊道组成的。由一台覆砂造型机组成的铁型覆砂铸造线, 可年产195曲轴20万件。配制不同数量的造型机可以满足不同生产纲领的需要。铁型覆砂铸造工装的设计内容主要包括射砂装置、铁型、型板、温控底座及辅助工装等, 覆砂一般采用酚醛树脂砂。下芯・39・
二、铁型覆砂铸造工艺的应用简况
目前, 用铁型覆砂铸造工艺生产的铸件可分为以
下几类:①各种类型的球铁曲轴, 包括发动机、空压
机和机车曲轴以及凸轮轴、平衡轴, 重量从几kg 至
数吨。从工艺难度和发展过程排序, 我国70年代解
决了单缸曲轴的铁型覆砂铸造工艺和生产问题〔1〕,
80年代解决了四缸曲轴的铁型覆砂铸造工艺和生产
问题, 90年代解决了六缸曲轴和三缸曲轴的铁型覆
砂铸造工艺和生产问题〔5,6〕。②各种类型的阀体类铸
件。③各种缸套〔7〕。④耐磨齿盘类铸件〔5〕。⑤其它
一些生产批量大、质量要求高的出口铸件。其中曲轴
类是用该工艺生产的主要铸件, 其产量约占全部铁型
覆砂铸件的80%左右。铁型覆砂铸造用于四缸曲轴
生产时的典型技术数据是:①铸件平均精度为CT6
μm ~Ra1215μm ; ②铸~7级, 表面粗糙度为Ra613
态材质性能可达到Q T800的性能指标; ③铸造工艺
出品率达90%以上。具有代表性的铁型覆砂铸造生
产企业有上海汽车铸造总厂球铁厂、沈阳第一曲轴
厂、浙江永康拖拉机厂、上虞动力机厂、本溪天缘曲
轴厂、望都曲轴连杆厂、泰安振华机械厂、潞城曲轴
厂、百矿集团、常州柴油机厂、宜兴机械总厂、保定
电影机械厂等。由于铁型覆砂铸造的工装造价较高, 且修改比较困难, 因此该工艺工装的设计、制造要求一次成功。而目前一些生产企业由于工艺工装设计不当, 致使铸件废品率居高不下的情况时有发生。近年来, 我院完成了铁型覆砂铸造球铁件凝固过程计算机模拟课题, 能够进行多种工艺方案的对比优化。但由于准确的热物性参数难以获得以及模拟中采取了一些简化处理, 目前要达到真正意义上的优化设计还有一定的距离。21工装的通用性问题铁型覆砂铸造要求每种铸件都用专门的铁型和模样进行生产, 因此用砂量很少, 生产成本很低。但是对于铸件品种很多的铸造车间, 则铁型的管理和保存都很麻烦, 且工装成本也较高。如果能解决好铁型的专用和通用的问题, 则该工艺将能更广泛地推广应用。目前铁型覆砂铸造的机械化和自动化水平尚不高, 生产线水平低, 尤其是缸套的铁型覆砂铸造更为突出, 这些都有待于进一步地研究和解决。参 考 文 献1 浙江省机电设计研究院等. 铁型覆砂铸造S195球铁曲轴小结. 浙江机械, 1977(22) 2 李庆春等. 铸件成形理论基础. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 19803 吴武文等.
4 薛存球等.
5 潘东杰等.
6 何芝梅等.
7 吴元福等. 485曲轴铁型覆砂铸造工艺研究. 现代铸铁, 1992(3) 铁型覆砂铸造N385球铁曲轴. 铸造, 1996(5) 铁型覆砂铸造六缸曲轴. 铸造技术, 1998(4) 铁型覆砂铸造球铁磨盘. 铸造, 1996(3) 铁型覆砂造型技术的研究. 铸造设备研究, 1996(6) 三、存在问题
11优化工艺设计问题(编辑:田秀全)
原砂粒度对树脂砂强度影响的理论分析
武汉水利电力大学(宜昌443002) 游 敏 郑小玲
【提要】通过对原砂粒度与树脂砂断裂强度的理论计算分析表明, 对于假想为理想球体的单一粒度石英砂, 当粘结剂加入量一定时, 虽然从形式上看粒度的变化与型砂强度无关, 但是因树脂膜厚度的变化会引起粘结桥真实强度的变化, 致使实际上原砂粒度与型砂强度有关; 而当树脂种类、原砂种类及粒度一定时, 影响树脂砂强度的主要因素是树脂膜厚度及内应力。关键词:原砂粒度 型砂强度 树脂膜厚度
在铸造生产中, 原砂的粒度对树脂砂的强度有较
大的影响, 它直接关系到配砂时所需树脂加入量的大
小。粒度细化可以使单位体积型砂中的粘结桥数量增
加, 有利提高强度; 同时又因原砂比表面积增加而使
粘结膜厚度下降, 导致粘结桥有效粘结面积降低, 又
会使强度下降, 其间的关系扑溯迷离。笔者拟对此问
1998年8月31日收到初稿, 1998年12月25日收到修改稿。题进行分析探讨, 寻找原砂粒度与树脂砂强度之间的内在本质联系。 一、理论计算模型的建立当假设树脂砂试样的破坏为静拉力作用下粘结膜的内聚破坏, 砂粒均为同一直径D 的圆球, 粘结剂
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铁型覆砂铸造及其应用
1引言
铁型覆砂铸造是在金属型(称为铁型)内腔覆上一薄层型砂而形成铸型的一种铸造工艺。由于覆砂层比较薄(4~8mm ),因此采用比较贵的高质量造型材料,在经济上也是合理的,其结果是使铸件质量大大改善和废品显著减少;由于铁型覆砂铸型刚度很好,从而显著地提高了铸件的尺寸精度和致密性。
德国、前苏联等国于60年代前后开始把铁型覆砂铸造应用于铸造生产,主要用于生产球铁曲轴、刹车毂、刹车盘、缸套、炸弹壳、坦克履带和电机底座等30余种铸件。我国对铁型覆砂铸造的应用性研究起始于70年代初,至1979年,浙江省机电设计研究院和永康拖拉机厂等单位合作,首次将该工艺用于S195曲轴毛坯的批量铸造生产,同时,完成了对该工艺所生产的球铁曲轴性能的考核评价,在疲劳强度(疲劳极限应力σ-1的比较)、断裂强度(门槛值ΔKth的比较以及断裂韧性K1C 的比较)和使用寿命(10000h 台架耐久试验对比)等方面,与砂型铸造曲轴进行了大量的试验对比,皆优于砂型铸造。在其后的10余年里,该工艺不断在应用中提高完善,至90年代初, 已有7家企业应用了该工艺,尤其是单缸曲轴和四缸曲轴的铁型覆砂铸造工艺取得了很大的成功。这段时期的代表企业是永康拖拉机厂、上虞动力机厂、望都曲轴连杆厂、皖北曲轴厂、金华内燃机配件厂、常州柴油机厂等。1991年国家计委将铁型覆砂铸造批准为国家“八五”重点新技术推广项目,并把浙江省机电设计研究院作为该项目的技术依托单位,这对于我国铁型覆砂铸造技术的发展起了巨大的推动作用。我院承担了该推广项目后,在其后的5~6年时间里基本上解决了铁型覆砂铸造用于批量生产的一系列问题。
主要是:
①设计和定型了覆砂造型机,解决了长期以来由射芯机改装代用的问题;
②定型规范了标准的铁型覆砂铸造生产线,使原来比较简单的铁型覆砂铸造生产线得到了改进,在上海球铁厂等企业应用;
③铁型覆砂铸造应用扩大到铸造工艺难度较大的一些铸件,例如六缸曲轴和三缸曲轴等; ④将覆膜砂引入铁型覆砂铸造生产中,大大提高了覆砂造型质量;
⑤铁型覆砂铸造工艺设计进一步规范,设计水平也大大提高,并开发了铁型覆砂铸造过程的计算机模拟软件和引入了铁型覆砂铸造工艺的计算机辅助设计软件。 作者:浙江省机电设计研究院 黄列群
目前,全国已有近百家企业应用了铁型覆砂铸造工艺生产球铁曲轴、凸轮轴、平衡轴、耐压阀体、缸套,耐磨齿盘等30余种铸件,估计年产铸件在10×104t左右。比较典型的企业有上海汽车铸造总厂球铁厂、沈阳第一曲轴厂、广西百矿集团、宜兴机械总厂、山东九羊集团、浙江曙光曲轴厂、本溪天缘曲轴厂、保定电影机械厂、山西潞城曲轴厂、河北辛集曲轴厂等。但是由于这些企业引入该工艺的方式不同:有委托我院进行设计或承建的,也有自行仿造开发的。因此他们对铁型覆砂铸造工艺的掌握程度相差甚远。仅以铁型覆砂铸造废品率为例,不少掌握得比较好的企业可稳定在3%左右,取得了非常好的经济效益。但也有少数企业的铁型覆砂铸造废品率却高达20%左右,这大大地抵消了该工艺来该产生的的经济效益。究其原因,发现是由于这些企业还没有完全掌握该工艺的设计和生产要领,以及疏于生产管理所致。
铁型覆砂铸造工艺设计及实际生产主要解决:
①铁型壁厚和覆砂层厚度及二者的配合,以满足不同壁厚和不同材质铸件对凝固和冷却的不同要求;
②便捷和经济的覆砂成型方法,以满足不同铸件对表面质量和尺寸精度的要求; ③工艺参数。如浇注系统、射砂系统、排气系统等的确定;
④批量生产的实现。例如生产线及覆砂主机和辅机的设计定型;
⑤工艺规程的制定,例如浇注、冷却和开箱等规程,以及铸件成分的调整等。
2铁型覆砂铸造的热交换特点
液态金属浇入铁型覆砂铸型以后,“铸件——覆砂层——铁型”是一个不稳定的热交换系统。为了使问题简化,假设铸件是半元限的;并假设系统中各组元的温度场按直线规律分布的。图1表示系统的一部分,显然,同样的比热流q 通过了系统中各个组元:
图1铸件—覆砂层—铁型的温度分布
令分别表示铸件与覆砂 层、铁型与覆砂层之间热交换强度的两个传热准则。k1是铸件热阻与覆砂层热阻之比;k2是铁型的热阻与覆砂层热阻之比。将k1和k2结合起来考虑,随着覆砂层厚度的变化,有以下三种实际上可能发生的“铸件——覆砂层——铁型”间不同的传热情况:
①当k ≤1,k2≤1时,覆砂层在正常的厚度之内,铸件的冷却速度随着覆砂层厚度的减少而增大。
②当覆砂层的厚度超过某一厚度以后,铁型对铸件冷却已不产生影响,这时就相当于普通的砂型铸造或树脂砂铸造。由于覆砂层的导热系数比铁型的导热系数小得多,所以铸件冷却缓慢。
③当k ≧1,k2≧1时,覆砂层厚度太薄,这时就相当于金属型铸造了。
以上热交换特点已为实验所证实,当曲轴(CTЦ-14)铁型覆砂铸造的覆砂层厚度从4~32mm 逐渐变化时,曲轴组织中的渗碳体量不断减少,珠光体量和铁素体量不断增加。而当覆砂层厚度小于4mm 时,铸件的冷却强度与金属型(厚涂料)相近;覆砂层大于32mm 时,则其冷却强度相当于普通树脂砂铸造了。
当铁型覆砂铸造用于各种不同铸件的生产时,就是通过试验或经验类比,以确定不同的覆砂层厚度和铁型厚度来控制铸件的凝固速度。例如在490Q 球铁曲轴铁型覆砂铸造工艺设计中,取覆砂层厚度为5~8mm ,铁型壁厚为20~30mm ,生产出了优质的无冒口铸态球铁,其主要原因:
①覆砂层有效地调节了铸件的冷却速度,一方面使铸件不易出现白口,另一方面又使冷却速度大于砂型铸造。如图2所示,当铁水浇入铁型覆砂铸型后,经8min 铸件温度降到930℃左右,而砂型要降到同样温度,就需要24min ,冷却速度提高了3倍左右,其结果使铸件的机械性能显著提高。
②铁型无退让性,但很薄的覆砂层却能适当减少铸型的收缩阻力;而铁型所具有的刚性,
又有效地利用了球铁在凝固过程中的石墨化膨胀,实现了无冒口铸造;由于覆砂层薄,型
腔不易变形,铸件精度比砂型大为提高。
1-铁型覆砂2-砂型
图2球铁浇注后的冷却曲线
3铁型覆砂铸件的冷却速度
影响铁型覆砂铸件冷却速度的因素有铸件壁厚、铸件材质、浇注温度、覆砂层厚度、覆砂层的材料、铁型厚度、铁型材质和铸型温度等因素。在此,仅讨论铸件壁厚(bc )、覆砂层厚度(bm )及铁型厚度(bi)的影响。
3.1 bc、bm 和bi 对铸件冷却的影响
图3是在下列实验条件下做出的不同铸件壁厚(分别是10mm 、20mm 、40mm 、80mm )、不同覆砂层厚度(分别是4mm 和32mm )以及不同铁型壁厚(分别是32mm 和8mm )对铁型覆砂铸件冷却速度的影响情况:铸件化学成分3.52%C、2.46%Si、0.80%Mn、0.18%P、0.031%S,覆砂层化学成分为:石英砂90%,粘土8%,煤粉2%,水分3%。
图3铸件壁厚、覆砂层厚度、铁型壁厚对冷却速度的影响
从图3可见:①铸件壁厚、覆砂层厚度和铁型壁厚共同影响铸件的冷却速度。因此,在实际生产中,应根据不同的铸件壁厚来选择合适的铁型厚度和覆砂层厚度,以得到所需的冷却速度。②不同厚度的铸件可以通过选择合适的覆砂层厚度和铁型壁厚得到相同的冷却速度,例如图3中的Ⅰ区表示厚度为10mm 和20mm 、Ⅱ区表示20mm 和40mm 、Ⅲ区表示40mm 和80mm 铸件冷却范围之间的重叠。③虽然可以改变bm 和bi 使不同厚度的铸件获得相同的冷却速度,但并非任何厚度的铸件都可获相同的冷却速度,在本实验条件下,厚度为10mm 和厚度为40mm 的铸件就不能获得完全一样的冷却速度(曲线没有重叠部分)。
3.2覆砂厚度(bm )和铁型壁厚(bi )的选择
bm 和bi 一般都是根据经验或实验确定,这里介绍一种图表法。图4是用以确定铁型覆砂铸造应用范围的曲线图表,适用于铸件厚度(bc )从10~80mm ,开箱温度600℃的条件。纵座标为冷却时间。图右边曲线的横座标上标有覆砂层厚度,它可以从已知的铸件冷却到600℃所需要的时间以及各种铸件厚度而查定,而且在所求的铸件壁厚中(10、20、40、80mm )已知一个,那么覆砂层厚度及铁型厚度的确定是很方便的。从左半部曲线的横座标上找到相应的bc(比如bc=20mm)画一条水平线,如果这两条线相交在画有剖面线的曲线范围里,那么表明这种铸件适宜采用铁型覆砂铸造。把这条水平线向右延伸,它便伸入bc=20mm的区域里,在这个区域里引一根垂直线向下就可得到所需要的覆砂层厚度。但应使这根垂线尽可能地向右边画,以便得到最小的覆砂层厚度及铁型厚度。如果所需确定的覆砂层厚度不在这个范围以内,则可按照类似方法从邻近的曲线范围中去找。
图4铁型厚度、覆砂层厚度、铸件壁厚和铸件冷却速度关系曲线图
如果铸件的壁厚各处不均匀,则先看一下这个铸件能否采用铁型覆砂铸造,然后按照各个壁厚来确定其覆砂层厚度及铁型厚度。例如,一个铸件具有15mm 、30mm 和45mm 三种不同的壁厚,同上在图4的左半部按照这三个壁厚数值引三根垂线,然后使其与一根水平线相交,它们的交点应尽可能处在铁型覆砂范围里。把这根水平线向右半部引伸,在那里可以获得各个壁厚所需要的覆砂层厚度,利用水平线可以得到铸件冷却到600℃所需的时间。对厚度为15mm 的部分,其垂线选在bc 为20~10mm 之间;对厚度为30mm 的部分其垂线选在20~40mm 之间;而对于壁厚为45mm 的部分,只要查bm 等于4mm 的地方就可以了。覆砂层厚度确定以后,可从图5确定铁型的厚度。
图5不同壁厚与覆砂层厚度及冷却时间的关系
4生产实现
4.1覆砂造型
大批量生产的铁型覆砂铸造,其覆砂造型如图6所示。即从铁型背面的一组射砂孔经铁型和模型合模后形成的间隙(覆砂层厚度)中射入流动性较好的型砂,经固化起模后形成铁型覆砂铸型。整个造型过程在专用的覆砂造型机或由射芯机改装的覆砂造型机上完成。
1. 射砂头2. 覆砂层3. 铁型4. 型板
图6覆砂造型1
实际生产中有时还有如图7所示的覆砂造型方式。一般用于生产批量比较小的情况,覆砂过程由人工完成。
1. 型板2. 覆砂层3. 铁型4. 吹嘴5. 吹砂头
图7覆砂造型2
吹制覆砂层的压缩空气压力的选择可参考图8。从图中可见,当覆砂层不厚于4~5mm 时,把射砂压力从2个大气压增加到6个大气压,覆砂层的密度增高了;当覆砂层较厚时,压力增加,效果较小。当覆砂层厚度为4~6mm 时,其密度最大。
图8不同空气压力下覆砂层厚度与密度的关系图
4.2铸件成分调整
铁型覆砂铸造由于冷却速度比较快,因此铸件的化学成分(主要是C 和Si )要做适当的调整。图9方框中的成分是铁型覆砂铸造用于生产球铁件时的成分范围。当C 少于3.5%,Si 少于2.3%,则因为有助于铁水凝固膨胀的有效石墨少而产生缩孔;而当C 高于3.9%,Si 高于2.9%则产生石墨漂浮和疏松。此外, 实验指出,与碳当量CE(C+1/3Si)相比,Si 的效果要大,并且(C+1/2Si)<4.9%时发生缩孔,在5.2%以上时发生石墨漂浮和疏松。一般建议(C+1/2Si)在5.0%~5.1%范围所得效果最好。
图9铁型覆砂铸造球铁曲轴用C 、Si 含量范围
4.3工艺流程及生产线
目前,在生产中应用的铁型覆砂铸造生产线的工艺流程,如图10示。其中覆砂造型由覆砂造型机完成,这种造型机有单工位和双工位两种,90年代以前单工位使用较多,90年代以后双工位使用更多。其它工序由各种辅机完成,辅机有气动和手动两种。铁型在辊道上输送,输送辊道也有人工和机动两种,以适应不同机械化程度的要求。目前铁型覆砂铸造生产线用于生产球铁曲轴时,典型的技术数据是:①铸件平均精度CT7级左右,表面粗糙度6.3~12.5μm;②铸态QT800;③铸造工艺出品率90%以上。
图10铁型覆砂铸造生产流程
5存在问题
5.1优化工艺设计
由于铁型覆砂铸造的工装造价较高,且修改比较困难。因此该工艺的设计要求一次成功。而目前一些生产企业由于工艺工装设计不当,而造成铸件废品率居高不下的情况时有发生。近年我院完成了铁型覆砂铸造球铁件凝固过程计算机数值模拟课题,能进行多种工艺方案的优化对比。但由于准确的热物性参数难以获得以及一些简化处理,目前要达到真正意义的优化设计还有一定距离。
5.2工装的通用性
铁型覆砂铸造由于每种铸件都需要不同的铁型和模型,因此用砂量很少,生产成本很低。但对于铸件品种很多的铸造车间,则铁型的管理、保存就很麻烦。如果解决好了铁型的专用和通用问题,则该工艺的应用将会更加普遍。
5.3生产线水平仍不高
目前铁型覆砂铸造的机械化和自动化水平尚不高。尤其是缸套的铁型覆砂铸造,国外有多工位转盘式铁型覆砂造型机,效率很高。
国家“八五”重点新技术推广项目,课题组其他成员为潘东杰、吴武文、吴元福、薛存球、范广业等10人(end)