一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝的製作方法

2023-09-12 05:20:45 3

一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝，所述鐵模覆砂工藝包括以下步驟：步驟一：造型；步驟二：射砂與合箱；步驟三：球化和孕育；步驟四：震動澆注；步驟五：澆注後處理。本發明所述轉向橋的鐵模覆砂工藝，採用球化和孕育工藝，且採用震動澆注，保證了鑄件的緊實度以及因震動導致枝晶破碎從而使得鑄件晶粒細化，鑄件力學性能和緊實度達到了很高的水平。該工藝保證了轉向橋各項物理性能，轉向橋可在鑄態下使用，無需熱處理，節約了生產成本和時間，縮短生產周期，經濟效益顯著，實施效果好。
【專利說明】一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種轉向橋的生產方法，尤其是一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝方法，屬於鑄造【技術領域】。

【背景技術】
[0002]轉向橋，是指承擔轉向任務的車橋，一般汽車的前橋是轉向橋。四輪轉向汽車的前後橋，都是轉向橋。它利用車橋中的轉向節使兩端的車輪偏轉一定的角度，以實現汽車的轉向。轉向橋除承擔汽車的垂直載荷外，還承受縱向力和側向力及這些力造成的力矩。轉向橋通常位於汽車前部，因此也常稱為前橋。各種車型的轉向橋結構基本相同，主要由前梁，轉向節組成。
[0003]轉向橋是大型機械結構上一個受力和變形比較大的零件，對其力學性能要求非常嚴格，迄今為止類似轉向橋這類大型機械零件都是通過鍛造件焊接起來生產的。
[0004]高強高韌球墨鑄鐵由於具有較高的抗拉強度和較高伸長率在工程機械、汽車零件中應用廣泛。球墨鑄鐵如果在鑄態下就能達到高強度高韌性等優異的綜合力學性能的話，則會大大降低生產成本以及縮短生產周期。許多原來採用鑄鋼材料或者鍛焊結合的零件，現在越來越多地被高強高韌的球鐵件所代替。因此，類似轉向橋這類大型機械零件，如果採用球墨鑄鐵鑄造成型的話，將大大降低成本，縮短生產周期，經濟效益顯著。
[0005]使用球鐵鑄造方法生產轉向橋是一個大膽的突破，因普通砂型鑄造此類鑄件時需要較多較大的冒口補縮鑄件，因此工藝出品率很低，廢品率較高。鐵模覆砂因其獨特的工藝特點，冷卻快，鑄型剛度大，可獲得尺寸精度高，晶粒細小的鑄件。同時可充分利用鑄鐵的石墨化膨脹儘可能多地消除鑄件縮孔縮松以獲得質量優異的鑄件。因此可以採用鐵模覆砂這一工藝生產轉向橋。


【發明內容】

[0006]本發明正是針對現有技術存在的不足，提供一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝。
[0007]為解決上述問題，本發明所採取的技術方案如下:
一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝，所述鐵模覆砂工藝包括以下步驟:
步驟一:造型；
利用上一批澆注打箱後砂箱的餘熱進行造型，砂箱溫度不能高於300°C，否則需要強制降溫，模板通過電加熱至25(T300°C，每個鑄件上開設四個截面形狀為短薄寬且帶有拐角的內澆道，鑄件上不開設冒口 ；
步驟二:射砂與合箱；
將模板與砂箱貼合緊密之後開始進行射砂，射砂壓力為0.8Mpa，鐵型材質採用QT400高韌性球墨鑄鐵，檢查射砂是否完整，用氣槍吹淨型腔內浮砂，使砂箱表面無浮砂；
將砂芯輕放至砂箱砂殼內，要求砂芯完整無磕碰且下放之後與砂殼貼合緊密，無擺動，下放完成後用氣槍吹淨型腔中浮砂；將下箱運至合箱處，在下箱澆注系統處放置過濾網，控制合箱機弔取上箱勻速下落合箱，合箱過程中銷、孔對正，合箱後用箱卡固定，在澆口處放置澆口杯，用封箱膏進行密封，然後轉運至澆注臺待澆注；
步驟三:球化和孕育；
爐料配比為80%的生鐵、10%的回爐料以及10%的鋼屑，在中頻感應電爐中熔煉至155(Tl580°C，在感應電爐內進行球化和首次孕育；
在澆包底部加入粒度為5mnTl5mm的含矽的稀土鎂球化劑FeSiMg5REl，球化劑的總重量為鐵液總重量的1.1°/Γ1.4%，在球化劑上面蓋上薄鐵板，再在鐵板上放入佔鐵液總重量
0.89Γ1.0%的75SiFe孕育劑，75SiFe孕育劑粒度為5?15mm，將鐵液從電爐內倒入澆包進行球化和首次孕育，在澆包內加入珍珠巖覆蓋劑進行除渣，同時進行保溫；
二次孕育採用含鉍的矽鋇高效孕育劑，孕育劑的化學成分為(重量百分比):Si:63%?68% ；Ca:0.8%?2.2% ；A1:1.0%?2.0% ；Ba:4.0%?6.0% ；Β?:0.06%?0.08% ;餘量為 Fe ;澆注時進行隨流孕育，即二次孕育，使用量為佔鐵液總重量的0.49ΓΟ.6%，粒度為0.5mnT4_ ；二次孕育隨後續步驟四一起進行；
步驟四:震動澆注；
澆注前採用測溫槍測量澆包內鐵水溫度，當溫度降至1400°C時開始澆注，將造好型的型箱置于震動臺上，邊澆注邊震動，澆注時進行隨流第二次孕育；採用偏慢澆注但不能斷流，澆注時間為4(T45S，澆注末箱溫度控制在不低於1360°C，震動幅度及頻率不應過大，震動幅度為0.5?2cm，震動頻率為1(Γ20Ηζ，震動時間為2?4分鐘；
步驟五:澆注後處理；
澆注完成，震動結束後除去澆口杯，在澆注完畢15分鐘後，待鑄件的溫度達到6800C?750°C時，用落砂機落砂後開箱，把鑄件整齊擺放進行自然空冷，直至室溫即可。
[0008]作為上述技術方案的改進，所述轉向橋鑄造造型從裡到外依次包括:砂芯、鑄件及覆砂層，轉向橋上熱節的砂厚為3mm、下熱節砂厚為5mm、鑄件除去上熱節最上面的砂厚為4mm,最下面的砂厚為8mm,覆砂層的厚度由下至上呈線性減小。
[0009]作為上述技術方案的改進，所述步驟一中的內澆道的高度為9mm，其長度為47mm，寬度為35mm。
[0010]本發明與現有技術相比較，本發明的實施效果如下:
本發明所述轉向橋的鐵模覆砂工藝，採用球化和孕育，且採用震動澆注，保證了鑄件的緊實度以及因震動導致枝晶破碎從而使得鑄件晶粒細化，鑄件力學性能和緊實度達到了很高的水平。該工藝保證了轉向橋各項物理性能，轉向橋可在鑄態下使用，節約了生產成本和時間，縮短生產周期，經濟效益顯著，實施效果好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明所述轉向橋鑄造成型截面示意圖；
圖2為本發明所述轉向橋鐵模覆砂造型主視圖；
圖3為其俯視圖；
圖4為圖2中內澆道結構示意圖；
圖5為圖4中內澆道主視圖；
圖6為圖5的俯視圖； 圖7為圖5的右視圖。

【具體實施方式】
[0012]下面將結合具體的實施例來說明本發明的內容。
[0013]如圖1所示，為本發明所述轉向橋鑄造成型截面示意圖，其從裡到外依次包括:砂芯10、鑄件20及覆砂層30，由砂芯10和覆砂層30的形狀共同保證鑄件20澆注成型。根據轉向橋的形狀特點，首先分析轉向橋的輪廓及壁厚特點，初步確定鑄件20中的熱節位置，根據判斷來調整鑄造模具與砂箱緊貼後的間隙，進而確定覆砂層30的厚度。如圖1所示，轉向橋上熱節的砂厚為3mm、下熱節砂厚為5mm、鑄件20除去上熱節最上面的砂厚為4mm,最下面的砂厚為8mm，覆砂層30的厚度由下至上呈線性減小。
[0014]針對轉向橋形狀及鑄造成型截面分析，本發明所述的轉向橋鐵模覆砂工藝如下:
步驟一:造型；
利用上一批澆注打箱後砂箱的餘熱進行造型，但是砂箱溫度不能高於300°C，否則需要強制降溫。模板通過電加熱至25(T300°C。每個鑄件上開設四個截面形狀為短薄寬且帶有拐角的內澆道，鑄件上不開設冒口 ；
如圖2所示為本發明所述轉向橋鐵模覆砂造型主視圖，圖3為其俯視圖。在轉向橋鐵模覆砂造型中，鑄件20上不開設冒口，在造型內設置有主澆道40，在主澆道40上下兩側分別設置有四個截面短薄寬的內澆道50，且內澆道50帶有拐角，如圖4所示，澆築時，鐵液從主澆道40通過帶有拐角的短薄寬的內澆道50，再進入鑄件20 —側，即沿圖中箭頭方向。
[0015]採用四個內澆道50可以實現多股細流澆注，使得先進入型腔的鐵液能夠早點穩定下來，便於後期的凝固和結晶。因為內澆道50較短且呈扁寬狀，且在中間開設了拐角，這有利於在鑄件20凝固後期結晶開始時，內澆道50率先凝固，從而能夠極大地利用石墨化自補縮，減少縮孔縮松的數量，結合鐵模覆砂鑄型剛度大的優點可以實現無冒口鑄造，大大提高了工藝出品率。
[0016]步驟二:射砂與合箱；
將模板與砂箱貼合緊密之後開始進行射砂，射砂壓力為0.8Mpa，鐵型材質採用QT400高韌性球墨鑄鐵。檢查射砂是否完整，用氣槍吹淨型腔內浮砂，使砂箱表面無浮砂。
[0017]將砂芯輕放至砂箱砂殼內，要求砂芯完整無磕碰且下放之後與砂殼貼合緊密，無擺動，下放完成後用氣槍吹淨型腔中浮砂；將下箱運至合箱處，在下箱澆注系統處放置過濾網，控制合箱機弔取上箱勻速下落合箱，合箱過程中銷、孔對正，合箱後用箱卡固定，在澆口處放置澆口杯，用封箱膏進行密封，然後轉運至澆注臺待澆注。
[0018]步驟三:球化與孕育；
爐料配比為80%的生鐵、10%的回爐料以及10%的鋼屑，在中頻感應電爐中熔煉至155(Tl580°C，在感應電爐內進行球化和首次孕育；
在澆包底部加入粒度為5mnTl5mm的含矽的稀土鎂球化劑FeSiMg5REl，球化劑的總重量為鐵液總重量的1.1°/Γ1.4%，在球化劑上面蓋上薄鐵板，再在鐵板上放入佔鐵液總重量
0.89Γ1.0%的75SiFe孕育劑，75SiFe孕育劑粒度為5?15mm，將鐵液從電爐內倒入澆包進行球化和首次孕育，在澆包內加入珍珠巖覆蓋劑進行除渣，同時進行保溫；
二次孕育採用含鉍的矽鋇高效孕育劑，高效孕育劑的化學成分為(重量百分比)=Si:63%?68% ；Ca:0.8%?2.2% ；A1:1.0%?2.0% ；Ba:4.0%?6.0% ；B1:0.06%?0.08% ;餘量為 Fe ;澆注時進行隨流孕育，即二次孕育，使用量為佔鐵液總重量的0.49ΓΟ.6%，粒度為0.5mnT4_ ；二次孕育隨後續步驟四一起進行；
步驟四:震動澆注；
澆注前採用測溫槍測量澆包內鐵水溫度，當溫度降至1400°C時開始澆注。將造好型的型箱置于震動臺上，邊澆注邊震動，澆注時進行隨流第二次孕育；採用偏慢澆注但不能斷流，每箱澆注過程在35?40秒完成，澆注末箱溫度控制在不低於1360°C。震動幅度及頻率不應過大，震動幅度為0.5?2cm，震動頻率為1(Γ20Ηζ，震動時間為2?4分鐘。
[0019]步驟五:澆注後處理；
澆注完成，震動結束後除去澆口杯。在澆注完畢15分鐘後，待鑄件的溫度達到6800C?750°C時，用落砂機落砂後開箱，把鑄件整齊擺放進行自然空冷，直至室溫即可。
[0020]在上述步驟一中，內澆道50為短薄寬形狀且帶有拐角，本發明根據轉向橋實際尺寸，給出一種實施例的內澆道50的實際尺寸圖，如圖5?圖7所示，從這些圖中不難看出，內澆道50高度僅僅為9mm，而其長度達到47mm而寬度達到35mm，因此，可以稱之為「短薄寬」的形狀，且帶有拐角。
[0021]本發明所述轉向橋，進行兩次球化處理，且第二次採用型內球化，球化元素的吸收率非常之高，能達到90%左右，還克服了球化衰退的問題，能夠保證最低f 2級的球化效果，球化率達95%左右，確保在轉向橋抗拉強度較高的情況下伸長率也較高。
[0022]本發明所述轉向橋，採用兩次孕育，且第二次採用鋇矽鐵鉍的高效孕育劑，且粒度很小，同時加熱到200°C左右。粒度小可以使得孕育更加均勻，加熱到200°C可以充分發揮孕育劑的孕育性能，添加的微量鉍元素結合球化劑中的稀土能夠有效增加石墨球數，石墨球大小能夠達到6?7級。
[0023]本發明所述轉向橋，鑄件冷卻到700°C左右時開箱快冷，有促進生成珠光體的作用，同時快冷能夠細化珠光體或者鐵素體，進一步增加了鑄件的強度和韌性。金屬基體中有可能還會生成少量的貝氏體。
[0024]本發明所述轉向橋，對鑄件進行邊澆注邊震動。鐵模覆砂砂層薄用砂少，可以採用樹脂砂，高溫強度大，與外層的鐵型連接牢固，故完全可以採取振動鑄造而不用擔心砂子的坍塌和掉砂。因本發明為無冒口鑄造，且鑄件體積較大，故在局部熱節處仍然會有不少縮孔縮松集中，且常規方法難以消除，採用振動澆注方法配合慢澆可以使充型充分，且能粉碎結晶枝晶，不至於形成最後的凝固小熔池，從而可以大大地減少縮孔縮松的產生。同時還可提高鑄件的緻密度，獲得晶粒細小的組織，極大地提高了鑄件的力學性能。同時還可降低廢品率。因根據模擬結果可知鑄件完全凝固所需時間大約為3分鐘，故振動時間定為2?4分鐘。
[0025]本發明將鐵模覆砂鑄造工藝應用於轉向橋的生產，能夠利用其鑄型剛度大的特點，確保鐵液的石墨化膨脹儘可能多地用來消除鑄件的縮孔縮松。同時通過控制鑄件不同位置處的砂層厚度，鑄件下部砂厚，上部砂薄，因先進入型腔的鐵液溫度低但冷卻也慢，而後進入型腔的鐵液溫度高但冷卻也快，這樣會促使鑄件進行同時凝固，使得鑄件各處的硬度均勻。採用截面形狀特殊且數量較多的內澆道，配合慢澆，有利於鑄件液態凝固時的液態補縮，同時在後期石墨化膨脹時，內澆道能夠完全封閉從而利用石墨化膨脹來抵消縮孔縮松，以實現無冒口澆注，大大提高了工藝出品率。
[0026]同時利用鐵模覆砂中砂型高溫強度大的特點，進行了創新性的震動式澆注方法(即邊澆注邊震動)，幾乎能夠全部消除鑄件因大而薄且無冒口補縮所造成的縮孔縮松，保證了鑄件的緊實度以及因震動導致枝晶破碎從而使得鑄件晶粒細化，鑄件力學性能和緊實度達到了極高的水平。迄今為止這類零件大多是通過鍛造件焊接起來生產的，使用球鐵鑄造方法生產是一個大膽的突破。同時實現了以鐵代鋼、以鑄造代替了鍛造和焊接複合生產，大大降低了生產周期和生產成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。
[0027]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝，其特徵是，所述鐵模覆砂工藝包括以下步驟: 步驟一:造型； 利用上一批澆注打箱後砂箱的餘熱進行造型，砂箱溫度不能高於300°C，否則需要強制降溫，模板通過電加熱至25(T300°C，每個鑄件上開設四個截面形狀為短薄寬且帶有拐角的內澆道，鑄件上不開設冒口 ； 步驟二:射砂與合箱； 將模板與砂箱貼合緊密之後開始進行射砂，射砂壓力為0.8Mpa，鐵型材質採用QT400高韌性球墨鑄鐵，檢查射砂是否完整，用氣槍吹淨型腔內浮砂，使砂箱表面無浮砂； 將砂芯輕放至砂箱砂殼內，要求砂芯完整無磕碰且下放之後與砂殼貼合緊密，無擺動，下放完成後用氣槍吹淨型腔中浮砂；將下箱運至合箱處，在下箱澆注系統處放置過濾網，控制合箱機弔取上箱勻速下落合箱，合箱過程中銷、孔對正，合箱後用箱卡固定，在澆口處放置澆口杯，用封箱膏進行密封，然後轉運至澆注臺待澆注； 步驟三:球化和孕育； 爐料配比為80%的生鐵、10%的回爐料以及10%的鋼屑，在中頻感應電爐中熔煉至155(Tl580°C，在感應電爐內進行球化和首次孕育； 在澆包底部加入粒度為5mnTl5mm的含矽的稀土鎂球化劑FeSiMg5REl，球化劑的總重量為鐵液總重量的1.1°/Γ1.4%，在球化劑上面蓋上薄鐵板，再在鐵板上放入佔鐵液總重量0.89Γ1.0%的75SiFe孕育劑，75SiFe孕育劑粒度為5?15mm，將鐵液從電爐內倒入澆包進行球化和首次孕育，在澆包內加入珍珠巖覆蓋劑進行除渣，同時進行保溫； 二次孕育採用含鉍的矽鋇高效孕育劑，高效孕育劑的化學成分為(重量百分比)=Si:63%?68% ；Ca:0.8%?2.2% ；A1:1.0%?2.0% ；Ba:4.0%?6.0% ；Β?:0.06%?0.08% ;餘量為 Fe ;澆注時進行隨流孕育，即二次孕育，使用量為佔鐵液總重量的0.49ΓΟ.6%，粒度為0.5mnT4_ ；二次孕育隨後續步驟四一起進行； 步驟四:震動澆注； 澆注前採用測溫槍測量澆包內鐵水溫度，當溫度降至1400°C時開始澆注，將造好型的型箱置于震動臺上，邊澆注邊震動，澆注時進行隨流第二次孕育；採用偏慢澆注但不能斷流，澆注時間為4(T45S，澆注末箱溫度控制在不低於1360°C，震動幅度及頻率不應過大，震動幅度為0.5?2cm，震動頻率為1(Γ20Ηζ，震動時間為2?4分鐘； 步驟五:澆注後處理； 澆注完成，震動結束後除去澆口杯，在澆注完畢15分鐘後，待鑄件的溫度達到6800C?750°C時，用落砂機落砂後開箱，把鑄件整齊擺放進行自然空冷，直至室溫即可。
2.根據權利要求1所述的一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝，其特徵是，所述轉向橋鑄造造型從裡到外依次包括:砂芯(10)、鑄件(20)及覆砂層(30)，轉向橋上熱節的砂厚為3mm、下熱節砂厚為5mm、鑄件(20)除去上熱節最上面的砂厚為4mm,最下面的砂厚為8mm,覆砂層(30)的厚度由下至上呈線性減小。
3.根據權利要求2所述的一種生產轉向橋的鐵模覆砂工藝，其特徵是，所述步驟一中的內澆道的高度為9mm，其長度為47mm，寬度為35mm。
【文檔編號】B22D27/08GK104226923SQ201410485175
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】蘇勇, 庫光全, 馮得平 申請人:青陽縣天平機械製造有限公司