图5 留有末端区的冒口分布位置 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 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CuNiTiBe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 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 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CuNiTiBe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 固溶体及少量化合物相组成 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CuNiTiBe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 1998年10月27日收到初稿 1998年11月24日收到修改稿 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 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 83 铸造 199912 a 机械造型 b 手工造型 图3 覆砂造型简图 合箱浇注冷却 铸件 开型铸型清理 下 芯 固化 起模覆砂造型合模 模样 铁型 图4 铁型覆砂铸造生产流程 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 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 q T1 x1 1 2T2 x2 2 3T3 x3 3 1 式中 q 比热流 T 温度 导热系数 令K1 1T 1 3T3 K2 2T2 3T3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 准则 2 显然 在铁型覆砂铸造中K1 1 K2 1 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 图1 铸件 覆砂层 铁型的温度分布 以上工艺分析 结果早已为实践所 证实 当四缸曲轴 CT 14 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 加 3 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 厚度能有效地调节铸件的冷却速 度 使铸件的冷却凝固速度大于砂型铸造 但又不易 产生白口 图2为球铁在铸型中的冷却曲线 由图2 可以看出 当铁水浇入覆砂铁型中后 经8分钟铸件 温度可降至930 左右 而在普通砂型中 则需要24 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 和使用性能显著提高 图2 球铁在铸型中的冷却曲线 11 覆砂铁型 21 砂型 能使铸态球铁的牌 号由QT600提高 到QT800 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 中的石墨化膨胀方 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 机改装的覆砂造型机上完成的 5 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 93 铸造 199912 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 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 各种类型的阀体类铸 件 各种缸套 7 耐磨齿盘类铸件 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 铸件平均精度为CT6 7级 表面粗糙度为Ra613 m Ra1215 m 铸 态材质性能可达到QT800的性能指标 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 三 存在问题 11 优化工艺设计问题 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 1980 3 吴武文等 485曲轴铁型覆砂铸造工艺研究 现代铸铁 1992 3 4 薛存球等 铁型覆砂铸造N385球铁曲轴 铸造 1996 5 5 潘东杰等 铁型覆砂铸造六缸曲轴 铸造技术 1998 4 6 何芝梅等 铁型覆砂铸造球铁磨盘 铸造 1996 3 7 吴元福等 铁型覆砂造型技术的研究 铸造设备研究 1996 6 编辑 田秀全 1998年8月31日收到初稿 1998年12月25日收到修改稿 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
