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消失模铸造容易忽略的五个重要细节

来源: 聚展网2023-08-22 23:40:39 691分类: 铸造资讯

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高居平,铸造工程师,现在任职于广东金泰铸造有限公司,从事铸造业30年有余,先后在陕西、山西、新疆、河北、安徽、江苏、广东等地,多家公司就职,经验不足,教训不少。


先后采用粘土砂、树脂砂、壳型、覆膜砂、消失模等铸造方法,为汽车、机电、矿山、机床等行业,生产灰铸铁、球墨铸铁、抗磨铸铁,铸钢等不同材质,多种牌号的铸件。


所熟悉的铸件类型及结构特征,


1,汽车配件:陕汽、柳汽、法士特、康明斯等企业的轮边减速 器壳、轮毂、桥减壳、变速箱壳、离合器壳、飞轮壳、支架等。


2,电机铸件:西门子、湘电、俄罗斯等80-355的普通和防爆系列电机壳、端盖。


3, 其它铸件:矿山机械的锤头、磨球;冶金用的阳极钢爪;机床类床身、工作台;通用机械设备中所需的铸件。


广东德庆金泰铸造有限公司,位于广东省德庆县工业园,创办于2004年,总投资5000万元,生产占地面积40000平方米,以铸造和机械加工为一体化的民营企业。


铸造装备有粘土砂水平高压造型生产线,树脂砂冷芯造型生产线、消失模生产线三条,两台3吨中频炉进行熔炼;机械加工配置加工中心、数控立、卧加工车床,及钻、攻、刨、铣、磨等机械加工设备200多台。


铸造和机械加工生产能力分别为10000吨/年左右,其中主要向国内外电机制造业提供80-355系列电机壳、端盖8000吨,其次向矿山、机床、汽车等行业提供各类铸件2000吨左右。


材质包括各种牌号的灰铸铁、球磨铸铁、铸钢、抗磨、铝合金、铜合金等铸件。


采用炉前快速成分热分析仪、全套金属材料成分化学分析仪,金相显微镜、拉力试验机、硬度计、超声波等理化监测手段,健全的质量保证体系,确保交付的产品,满足顾客材质要求。


采用了目前铸造业最先进高压造型、壳芯和消失模造型工艺,铸件的几何尺寸精度高,表面光洁,棱角清晰,加工余量小;生产流水线作业,设备自动化程度高,质量稳定,生产成本在相对较低。高质量低价位产品,赢得广大用户一致好评。


公司始终坚持“质量第一,顾客至上,重守合同、共赢共享”经营理念,愿与新老用户共创新的明天。


本次沙龙分享内容,


一、消失模铸造容易忽略的五个重要细节


1,压头高度; 

1)为了保证铸件最高最远部分,获得轮廓清晰、结构完整的铸件,铸件最高点到浇口杯杯液面的高度,应满足:hM≥Ltanα

式中:   hM--最小剩余压头高度(mm)
              L--金属液的流程,铸件最远点直浇道中心线的水平距离(mm)
             α--压力浇(°)
 
足够的压头高度,型腔内金属液上升时才有足够的压力,保证金属液充型速度。

2)泡沫模样在浇注过程进行汽化,产生大量气体,气体一方面通过抽负压吸走,其次通过上升并有足够压力的金属液挤出型腔。

3)铸件上部所产生的冷隔、气孔、积碳等缺陷,在浇道面积、浇注温度和浇注方法都合适的条件下,一般都是压头高度不够所致。
 
2,负压大小; 

1)常见负压表安装在主管道上面,只能间接的判定箱内负压高低,但不能代表箱内真实负压值。

2)由于铸件结构差异,有些铸件内腔部位,狭窄通道,在浇注过程,由于泄压,或负压量不足,在该部位会产生负压偏低,造成砂型强度不足,铸型变形、破裂,铸件会产生铁包砂、涨箱、塌箱等缺陷。这些区域即负压盲区。

3)浇注中途,由于操作不当,箱面封气的塑料膜大面积烧坏,因密封不严产生大量泄压,使箱内负压严重不足,甚至浇注时产生反喷,铸件产生冷隔、浇不足和碳缺陷。一箱多簌,一包多箱浇注的极为明显。

具体措施:

A.  加装临时负压管;预填树脂砂;砂芯取代。

B.  盖砂厚度满足;浇口杯周围预处理,比如石棉布、树脂砂等;减少或关闭前面浇过的砂箱负压;开启第二台备用真空泵。

3,预防杂质;   

浇注过程,由型腔以外如熔渣、砂粒、灰粉等杂质 ,随铁水流浸 入型腔,铸件就会产生砂眼、渣孔等缺陷。

1)铁水包耐火材料耐火度、强度、致密度不高,浇注过程随高温铁水浸蚀熔解,二次形成熔渣上浮;松散颗粒状骨料掉落或被铁水冲刷。

2)旧包挂渣未清除干净;包衬修补的材料致密度、耐火度不高,与原包衬间粘结不牢。  

3)除渣剂和聚渣剂效果差,铁水表面有散落、分离的杂质存在。

4)鸭嘴包浇注时,挡渣棉悬空,失去当渣作用。

5)浇注时未对准,铁水冲击砂面,砂子飞溅到浇口杯中。

6)孕育剂中有粉尘、砂粒、脏污等杂质存在。

具体措施:

A.用耐高温浇注料打包,用专用修补料进行局部修补。

B.用效果好除渣聚渣剂。

C.浇口杯高出砂面50mm以上,相邻待浇的浇口杯用防护罩盖住。不熟练的浇注工,浇口杯周围用石棉布等进行防护。

D.对操作工技能和素养进行教育和培训。

E.放置过滤网、优先采用底注、浇注系统具有闭渣功能等。

F.孕育剂定点采购,妥善保管。

4,浇注温度;     

根据金属液的特性和铸件的结构特征,确定最低浇注温度,保证铸件结构完整,棱角清晰,薄壁处不产生冷隔缺陷为原则。

一包铁水浇注多箱、一箱又多件时,后期铁水降温影响极其重要。

1)采用保温包,一般钢壳和耐火材料层之间,加隔热层;

2)铁水包液面覆盖保温剂,聚渣和保温复合覆盖剂;

3)在不影响材质,铸型涂料层耐火度满足,不产生其他铸造缺陷前提下,可适当提高浇注温度的上限。如电机壳:出炉温度1630~1650℃,浇注温度1470-1580℃;

4)最后剩余少量的铁水,温度偏低时,应回炉处理,或接着出铁浇注;

5)多件串浇;

6)改为小包多次出铁;

7)缩短浇注过程时间影响,浇口杯排列一致,浇注工和天车工熟练和最佳配合等。

5,浇注环境。

在铸造生产过程中,流传着"三分造型、七分浇注"的说法,足见浇注在铸造生产中的重要性。

浇注工的操作技能非常关键,但不可能都成为“卖油翁”,创造良好浇注环境,一般都能容易做到。

1)包嘴距浇口杯上平面垂直高度≤300mm,包嘴距浇口杯中心线水平距离 ≤300mm;

2)采用鸭嘴包,包嘴不宜过长。【减少铁水离开包嘴抛物线的初速度,缩短水平距离;

3)工艺设计和装箱时,浇口杯位置尽量靠近砂箱浇注一侧,最多为两排放置;

4)箱式浇口杯或附加漏斗倒流杯;

5)自动浇注机。 铁水包靠近砂箱,包嘴距浇口杯水平和垂直方向都很近,就容易 找准位置,中途使用天车的小车和升降调整,铁水包比较很平稳,不易发生断流或时大时小现象;

6)茶壶包,不能靠近砂箱;浇注工距离较远,不易找准。砂箱多排放置,浇注中间铸型时,铁水包嘴距浇口杯过高,水平距离很远,很难控制。

二、球铁阀体工艺设计与分析
 
1,铸件结构结构特征及特性;

1)特性:阀体,材质QT450-10,单重50Kg,轮廓尺寸320×650×60mm;

2)结构特征:厚壁处60mm,薄壁处10mm,内腔为圆形气道;

3)特殊要求:气道周围壁无漏气缺陷,其它加工面,无砂眼、气孔、缩松等缺陷存在。

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2,两种浇注系统设计方案的对比与分析;

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方案一,

1) 垂直放置,一簌两件,两层侧注,底部主要充型、上部补缩为主;

2)气道为覆膜砂芯、外涂消失模水基涂料,涂层厚度1mm;

3)冒口颈选择短、扁薄,尺寸为厚12×宽50。位置:离开热节但靠近热节;

4)冒口尺寸:70×80×高150mm;

5)浇注温度:1470~1510℃。

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方案二,

1) 垂直放置,一簌两件,两层侧注,底部主要充型、上部补缩为主;

2) 气道为覆膜砂芯、外涂消失模水基涂料,涂层厚度1mm;

3) 冒口颈厚大,尺寸为:厚15×宽50。位置:放在上部几何热节处;

4) 冒口尺寸:80×80×高160;

5) 浇注温度:1470~1510℃。

3,试验结果;

方案一,内外废品率80%;

部分铸件冒口颈根部周围有10%缩孔存在; 

铸件精加工后,多数铸件下部有缩孔和缩松缺陷存在。
 
方案二,内外废品率20%;

部分铸件上部冒口颈根部周围有10%缩孔存在;

铸件加工后,无缩孔和缩松缺陷,但有少量夹渣存在。

4,模拟分析;

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方案一,冒口颈根部和下部都有缩孔风险;模拟结果与铸件实际缺陷相符。

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 方案二,冒口颈根部有缩孔风险,模拟结果与铸件实际缺陷相符。

5,工艺改进及工艺分析。

1)工艺改进:

冒口根部有缩孔,说明冒口热容量偏小。在方案二的基础上,将冒口和冒口颈适当加大。

原尺寸:冒口80×80×高160      冒口颈15×50;

改进后:冒口80×90×高170      冒口颈20×60;

验证结果:缩孔、缩松全部缺陷消除,内外废品率≤5%。

2)工艺分析:

将两个大平面,置于侧面,两件组簌串浇。垂直投影面积最小,大平面处于立面,有利于减少瞬间发气量;且大部分重要加工面处于侧面。 

两层侧注,开放式浇注系统。上部横浇道向上倾斜,下部内浇道面积大于直浇道,使铁水优先从底部注入,有利于铁水平稳上升, 泡沫逐层汽化,内浇道很快被封闭,空气和渣子无法进入到型腔,避免碳缺陷和夹渣产生。

当铁水上升到上部冒口根部高度时,大部分高温铁水优先通过冒口再进入型腔,是冒口过热近似热冒口,不是完全热冒口,因为型腔通过底部内浇道还要上升少量冷铁水,因此冒口体积比热冒口还要大,使其最后凝固。

上部直浇道连接冒口的浇道,必须与冒口颈平齐,若高出,冒口下部都是冷铁水,冒口补缩效率严重降低,并且铸件上部会出现冷隔和碳缺陷,已被实践证明。

采用封闭式浇注系统,铁水上升到一定高度左右,铁水同时从上下入水口进入型腔,这时冒口就成为热冒口,连接冒口横浇道位置高低影响不大。

开放式浇注系统无弊渣功能,上下入水口必须设置过滤网。

气道芯子,被铁水包围,环境恶略,因此芯子必须有很高强度、耐火度、溃散度,采用覆膜砂芯,表面涂消失模涂料,涂层厚1~1.5mm。

P.S.补缩冒口讨论,

1)冒口颈处于实际热节位置,厚度和面积不能太小【模数不能太小】,连接冒口内浇道扁薄而长。冒口大。

2)冒口颈离开实际热节位置,但靠近热节,扁、薄、短。冒口偏小。

铸件壁厚相差较大,选用1);铸件壁厚相差较小,选用2)。 


方案三【未试验】

1)上部注入,铁水通过冒口进入型腔,真正热冒口;

2)直浇道与冒口的浇道,高于冒口颈;

3) 优点:容易补缩,充型容易;

4)缺点:铁水充型不平稳,易产生碳缺陷。

三、铸造技术工作者应的六个问题

1)完全掌握产品结构特征、技术要求和特殊特性,

【最小壁厚、气道、安全、高压、渗漏,使用环境】

2)调研该产品或同类产品,目前正在在铸造和使用过程容易出现的问题,

【许多看似简单,隐藏危机】

3)选择最佳铸造方法,

【消失模工艺有许多安全件、渗漏、高压等都不是最佳方案】

4)批量供货的新产品,邀请有经验专家组论证、评审、指导是必要的,

【人生下来,就开始需要帮助】

5)铸件结构类型繁杂、变化无常,数量又少时,前期铸造模拟非常必要,

【减少试验次数,有的放矢】

6)试问:一个技术人员,在不同企业,产品、工艺都相同,但因何质量差异很大?

【人机料法环】

四、典型事例

1)汽车球铁轮边减速器壳,最佳铸造方法是铁模覆砂。工艺出品率85%,综合废品率≤5%。质量稳定、生产效率高;消失模工艺是失败的。

【曾经美国进行铸造模拟是可行的。由于铸件结构和技术要求确定,除冒口补缩、局部冷铁措施外,整体铸型冷却速度非常关键。】

2)汽车各球铁支架,消失模工艺不可取。铸件内部任何铸造缺陷,都能造成使用过程发生断裂,1%的内部碳缺陷出现,事后索赔和罚款,让你前功尽弃,倾家荡产。小件数量大,100%探伤做不到。

汽车平衡轴支架,材质QT800-5,消失模工艺不可取。就是铸件没有任何缺陷,因铸型的冷却速度慢,导致石墨粗大,后续热处理也无能为力。

3)铝罐尺寸,壁厚30mm,外径500mm,高度1000mm。核废料容器,铸件内部无任何缺陷。日本曾以高于市场10倍的价格让号称铸造强国中国来做,全国铸造权威组团评审后,结论三字“干不了”。

【整个熔炼、浇注必须处于真空环境下,质量才有可能保证】

4)某国内大型消失模铸造企业,消失模生产球铁件,花费大量资金,请便遍全国铸造权威组团指导,结果是失败了,现在改为粘土砂,静压线生产。

5)紧固螺母很简单,要求永不松动,以前全世界仅日本能够制造。有些看似简单,其实很复杂。

6)灰铸铁,电机壳、床身、工作台,变速箱壳体、离合器壳等箱体类零部件,消失模工艺是最佳工艺。

7)消失模先烧后浇,以及空壳造型,对于有特殊要求的安全件、渗漏,耐高压等不锈钢以及双相钢类铸件生产,带来光明。

五、结束语

今天在此所述内容,是自己对问题和事的观点和认识,仅供进入铸造行业新手做为参考。

由于本人技术能力有限,一致从事生产应用技术,知识范围和视野有限,有些论述观点可能存在错误之处;所述铸造中技术难题,也许同行已近解决;诚请同行高手批评指正,以防误导。


参考资料:

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