鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法
2023-09-23 03:58:15 1
專利名稱：鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄造方法，特別是涉及一種採用水冷卻銅金屬型的鑄鐵件鑄造方法。
背景技術：
目前我國鑄鐵件生產主要是採用砂型鑄造技術。砂型鑄造產生粉塵、廢砂、廢氣等，操作人員在惡劣的環境中工作，不僅勞動強度大，噪聲大，而且影響工人的身體健康，特別是採用砂型鑄造技術生產的鑄鐵件質量較差，機械加工量大，材料利用率低，能源消耗量大，生產效率低。金屬型鑄造技術是一種先進的清潔、精密成形技術。近年來在歐、美、日等國已開始在汽車、家電、機械等行業採用。我國對金屬型鑄造技術缺乏系統研究，目前還處在採用鐵基金屬型，人工操作，生產小型簡單鑄件階段。鐵鋼金屬型，在使用中因其巨大的溫度梯度產生很大的熱應力，從而影響鑄件質量，同時，大大縮短了金屬型的使用壽命，應用受到限制。
發明內容本發明的目的，是提供一種採用水冷銅合金型的鑄鐵件鑄造方法，可大幅度提高鑄件產品質量和生產效率，節約能源，並減少對環境的汙染。
我們瀋陽鑄造研究所，在國內率先研究開發採用銅或銅合金型進行鑄鐵件生產的單位，並取得了有價值的科研成果，幾年來我們進一步優選工藝參數，使採用銅或銅合金型的鑄件鑄造技術更適於生產實際，並產生更加顯著的技術效果。
採用的技術方案是鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，包括鐵液熔煉及處理工部、金屬型鑄造工部和鑄件後處理工部。
鐵液熔煉及處理工部，包括熔煉鐵液、保溫、定量出鐵、球化處理和孕育處理。如將原料(包括生鐵、廢鋼、鐵合金、回爐料)，放入一臺熔煉爐內，完成鐵液化學成份調配及熔化。熔化速度採用0.5T/50-80min(以0.5T中頻熔煉爐為例)，出爐溫度1450-1580℃。出爐的鐵液進入一臺氣壓保溫定量澆注爐，對鐵液實施提溫、保溫和化學成分監控。氣壓保溫定量澆注爐，包括三個部分a、工頻感應加熱部分由工頻電源控制系統、有芯感應器和爐體等部分構成。通過控制電流和電壓，實現鐵液提溫和保溫功能；b、氣壓出鐵部分由計算機氣壓控制系統、氣壓系統和氣動執行機構構成。計算機通過出鐵槽內的鐵液液位控制裝置和保溫澆注爐內的氣壓測控裝置，控制保溫澆注爐內的氣壓，實現保溫澆注爐內自動加壓向出鐵槽輸送鐵液，保持出鐵槽內鐵液液面高度恆定。
c、自動定量出鐵部分由計算機控制自動定量控制系統和氣動拔塞機構構成。實現鐵液自動定量出鐵。
提溫速度100℃/h，保溫及出鐵溫度≤1500℃。鐵液定量精度≤±2.5％。球化處理和孕育處理是在小澆包內進行。球化劑和孕育劑加入方法可採用容積法。球化劑先進入澆包，再加入孕育劑，孕育劑覆蓋在球化劑上，以保證球化效果。定量範圍0-650g，定量精度球化劑≤±3％、孕育劑≤±8％。
出爐鐵液可直接注入小澆包內進行球化和孕育處理。
金屬型鑄造工部，包括金屬型準備及控制、鐵液澆注、鑄件形成及取出。使用的設備包括單工位金屬型鑄造機、中心控制系統、金屬型塗料噴塗機、熱處理爐、液壓切邊機、滾筒式拋丸清理機和超聲波球化測定儀。鑄造成形採用水冷銅或銅合金型。這是本發明的技術要點。在鑄造機採用銅或銅合金型完成鑄鐵件的鑄造過程中，我們經過深入研究，開發實驗，優選其適於規模化生產的技術參數。
中心控制系統採用OMRONC60P-COR-AE型可編程控制器(CPU)。按工藝要求編製程序，接收銅合金型溫度傳感器、鐵液重量傳感器和金屬型鑄造機傳輸過來的數據，按預定程序進行數據處理並控制相關執行機構動作。實現合型、鐵液澆注、開型操作及鑄件頂出。開、合型動力由液壓站提供，通過調整液壓油工作壓力和流量，改變銅合金型的鎖型力、鑄件頂出力和開、合型速度。鎖型力0-40000kg，合型速度0-200mm/s、開型速度0-250mm/s，鑄件頂出0-250mm/s。
金屬型材料選用紫銅或銅合金製作鐵鑄件鑄造用金屬型。該紫銅或銅合金型由定型和動型組合構成，在定型和動型體內開設有多條冷卻水通道，以便對紫銅或銅合金型進行快速水冷。銅合金包括銅鉻合金(Cu-Cr)、銅鉻鋯合金(Cu-Cr-Zr)、銅鉻鋯鋁合金(Cu-Cr-Zr-Al)及銅鎳矽合金(Cu-Ni-Si)。銅金屬型採用底注、開放式澆注、澆道比(F直∶F橫∶F內)取1.0∶1.3-1.9∶1.65-3.0。
在澆注前要用金屬型塗料噴塗機，對紫銅或銅合金型表面噴塗，形成均勻、牢固的塗料層。其中型腔只噴工作塗料。安放泡沫陶瓷過濾器後合型等待澆注。該金屬型溫度通過水冷控制在100-280℃，在生產球墨鑄鐵件時，每包(次)處理鐵液5-40kg，球化劑主要成分3.0-8.0％Mg，1.0-5.0％RE，球化劑加入量0.9-2.2％，孕育劑可選用矽鐵(SiFe)、鋇矽鐵等，加入量為0.41-1.6％。銅金屬型生產灰鑄鐵件時，每包(次)處理鐵液量5-40kg，孕育劑可選用矽鐵(SiFe)、鋇矽鐵等，加入量為0.41-1.6％。將已經加入球化劑和孕育劑處理後的合格鐵液經小澆包澆注到銅或銅合金屬型內，澆注溫度控制在1340-1450℃，澆注時間為4-30S。
鑄件的後處理工部，包括鑄件熱處理、精整和在線無損檢測。鑄件在900-1020℃離型，清除澆冒口後，可在800-980℃進入熱處理爐，利用鑄件餘熱進行熱處理。保溫15-60分鐘，出爐空冷。鑄件由傳送機構輸送。切除鑄件飛邊、毛刺、消除鑄件表面氧化皮。最後通過超聲波球化率測定儀，快速測定鑄件的球化率、球化等級和鑄造缺陷，實現鑄造質量的實時在線檢測。
本發明具有如下優點1、鑄件力學性能，內在質量均較砂型鑄造件有明顯提高，而且質量穩定；實現了近淨形鑄造，鑄件尺寸精度達到CT4-5級，較砂型鑄造件提高了5-6級；表面粗糙度達Ra6.3，較砂型鑄造件提高了3級，而且非常穩定。
2、工藝流程設計正確、工藝布置合理。
3、生產工藝、技術及主要設備配套性好，實用性強。
4、實現了清潔生產，綠色鑄造，由於不用型砂，沒有廢砂、粉塵、廢氣等，工業廢棄物較砂型鑄造生產線減少約80％。高質量、近淨形的鑄件幾乎不用打磨，工業噪音大幅度減少。真正實現了清潔生產、綠色鑄造。
5、生產效率高，佔地面積小，機械化生產，不但生產效率高，而且，徹底消除了砂庫、混砂機及砂處理設備，也不再需要大面積的造型作業區和鑄件清理區，輔助生產面積大幅度減小。僅一臺單工位金屬型鑄造機，單班生產，年產鑄件即可達到15-30萬件。
圖1是紫銅或銅合金型的一種實施例的結構示意圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是圖2的A-A視圖。
圖4是鑄鐵件銅金屬型鑄造工藝中熔化鐵液、保溫、球化及孕育處理、澆注過程示意圖。
附圖符號說明1為溫控熱電偶，2為冷卻水通道，3為螺栓，4為墊圈，5為澆口杯，6為螺栓，7為復位杆，8為推桿，9為推板，10為推桿板，11為動型，12為定型，13為定位導柱套，14為導柱，15為動型支架，16為螺栓，17為墊圈，18為螺母，19為螺栓，20為鐵液澆注通道，21為泡沫陶瓷過濾器。
具體實施方式
實施例一鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，包括熔化鐵液及處理工部、金屬型鑄造工部和鑄件後處理工部。所使用的設備包括一臺0.5T中頻熔化爐、一臺0.5T氣壓保溫定量澆注爐、一臺單工位金屬型鑄造機、一套中心控制系統、一臺金屬型塗料機、一臺熱處理爐、一臺液壓切邊機、一臺滾筒式拋丸清理機和一套超聲波球化率測定儀。
鐵液熔化採用KGPS-500型中頻感應爐，採用中性整體爐襯。熔化速度0.5T/50-80min，出爐溫度1450-1580℃，出爐鐵液進入一臺PPF1-100型氣壓保溫定量澆注爐內，對進入爐內的鐵液實施提溫、保溫和定量出鐵，將6kg鐵液注入小澆包或將出爐鐵液直接注入小澆包。在小澆包內加入球化劑，球化劑主要成份為3.0-8.0％Mg，1.0-5.0％/RE，球化劑加入量為0.9％。然後加入孕育劑，孕育劑採用SiFe或鋇矽鐵，加入量為0.5％。經過球化和孕育處理的鐵液注入JZ4X6型金屬型鑄造機的水冷銅金屬型內。水冷銅金屬型及其使用為本發明的技術要點。
參見圖1、2和3。銅金屬型，包括定型12和動型11。定型12和動型11由紫銅材料製成。在定型12和動型11內開設有冷卻水通道2。在鐵液澆注通道20下部裝設有泡沫陶瓷過濾器21。澆道比(F直∶F橫∶F內)取1.0∶1.3∶1.7。在動型11底部固設有導柱14，在定型底部設有定位導柱套13，導柱14插入定位導柱套13內，實現準確定位。在向金屬型中澆注鐵液前，採用空氣噴塗法對型腔表面噴塗塗料層，設備採用PT-IV塗料噴塗機。在金屬銅型上(定型或動型)裝設有金屬型溫控熱電偶1。該紫銅型安裝在JZ4X6型金屬型鑄造機上。經過球化和孕育處理的鐵液澆注於紫銅型的型腔內。澆注鐵液時，鐵液經鐵液澆注通道20，並經泡沫陶瓷過濾器21過濾後，分別進入各個型腔。在澆注過程中紫銅金屬型的冷卻水通道2通過冷卻水冷卻，並通過金屬型溫控熱電偶測溫，由CPU控制系統控制冷卻水流量，使紫銅金屬型溫度控制在171℃。紫銅型鎖定力為7500kg。
鑄件在950-1020℃，清除冒口後，進入熱處理爐，選用SJKL-180-9型連續熱處理爐。鑄件在880-950℃入爐，在920±10℃保溫15-20分鐘，出爐空冷。鑄件由步進式傳送機構輸送，選用SY-100型液壓切邊機切除鑄件飛邊、毛刺。再用Φ3110型拋丸清理機消除鑄件表面的氣化皮。最後選用ND·TESTER2型超聲波球化率測定儀，快速測定鑄件球化率、球化等級和鑄造缺陷。
實施例二實施例二與實施例一基本相同，其不同之處主要是水冷金屬型採用銅鉻合金(Cu-Cr)或銅鉻鋯鋁合金(Cu-Cr-Zr-Al)，澆道比為(F直∶F橫∶F內)取1.0∶1.7∶2.3。銅鉻合金或銅鉻鋯鋁金屬型使用時溫度控制在215℃。球化劑加入量為1.3％，孕育劑加入量為0.8％。
實施例三實施例三與實施例一基本相同，其不同之處主要有水冷金屬型選用銅鎳矽合金(Cu-Cr-Zr)，澆道比為(F直∶F橫∶F內)取1.0∶1.7∶2.6。使用時溫度控制在260℃。球化劑加入量為1.8％，孕育劑加入量為1.2％。
權利要求
1.鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，包括鐵液熔煉及處理工部、金屬型鑄造工部和鑄件後處理工部；鐵液熔煉及處理工部，包括熔煉鐵液、定量出鐵、球化處理和孕育處理；金屬型鑄造工部，包括金屬型準備及控制、鐵液澆注、鑄件形成及取出；鑄件形成及取出採用單工位金屬型鑄造機，其特徵在於A、所述的鐵液球化處理和孕育處理是球化劑主要成分為3.0-8.0％Mg、1.0-5.0％RE，球化劑加入量為鐵液重量的0.9-2.2％，孕育劑包括矽鐵、鋇矽鐵，加入量為鐵液重量的0.41-1.6％；B、金屬型為紫銅型或銅合金型；銅合金型可為銅鉻合金或銅鉻鋯合金、銅鉻鋯鋁合金型、銅鎳矽合金型，澆注比為F直∶F橫∶F內為1.0∶1.3-1.9∶1.65-3.0；上述銅或銅合金型的動型(11)、定型(12)上分別開設有多個冷卻水通道(2)，動型(11)與定型(12)在合型時通過互相配合的導柱(14)和定位導柱套(13)定位；在向上述銅或銅合金型內澆注經球化和孕育處理後的鐵液時，金屬型體通過水冷溫度控制在100-280℃。
2.根據權利要求1所述的鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，其特徵在於所述的球化劑加入量為0.9％，孕育劑加入量為0.5％；紫銅型的澆道比F直∶F橫∶F內為1.0∶1.3∶1.7；紫銅型溫度控制在171℃。
3.根據權利要求1所述的鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，其特徵在於所述的球化劑加入量為1.3％，孕育劑加入量為0.8％；銅鉻合金型或銅鉻鋯鋁合金型的澆道比F直∶F橫∶F內為1.0∶1.7∶2.3；水冷金屬型溫度控制在215℃。
4.根據權利要求1所述的鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，其特徵在於所述的球化劑加入量為1.8％，孕育劑加入量為1.2％；銅鎳矽合金型的澆道比F直∶F橫∶F內為1.0∶1.7∶2.6；使用時水冷金屬型溫度控制在260℃。
全文摘要
鑄鐵件水冷銅金屬型鑄造方法，包括鐵液熔煉及處理工部、金屬型鑄造工部和鑄件後處理工部。其技術要點是金屬型為帶冷卻水通道的紫銅型或銅合金型。澆道比為1.0∶1.3－1.9∶1.65－3.0；使用時型體溫度控制在100－280℃。鐵液熔煉及處理工部中的球化劑主要成分是3.0－8.0％Mg、1.0－5.0％RE，加入量為鐵液重量的0.9－2.2％，孕育劑包括矽鐵、鋇矽鐵，加入量為鐵液重量的0.41－1.6％。本發明鑄件力學性能好，質量穩定；工藝流程設計正確、工藝布置合理。生產工藝、技術及主要設備配套性好，實用性強。真正實現了清潔鑄造。生產效率高，佔地面積小，機械化生產，不但生產效率高，僅一臺單工位金屬型鑄造機，單班生產，年產鑄件即可達到15－30萬件。
文檔編號C22C33/04GK1608770SQ20041005046
公開日2005年4月27日 申請日期2004年9月20日 優先權日2004年9月20日
發明者齊笑冰, 劉子安, 唐驥, 孫遜 申請人:瀋陽鑄造研究所