CN101249547A - 一种齿形零件铸造工艺方法 - Google Patents

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本发明涉及一种齿形零件铸造工艺方法，具体是一种针对齿形零件直接铸造造型的工艺方法，该方法通过采用铁型覆砂工艺得到完整的齿形空腔，直接铸出齿形，达到无切削或极少量切削的工艺方法，该方法成本低，而且简单易行，适合绝大多数企业的使用。

Description

一种齿形零件铸造工艺方法
技术领域
本发明涉及一种齿形零件铸造工艺方法，具体是一种针对齿形零件采用直接铸造造型的方法。
背景技术
在现在的工业生产中，各种齿形零件被广泛的应用，但是由于齿形零件的固有特性，使得其齿形部位在使用过程中极易收到磨损，这样就造成零部件需要及时的更换。目前齿形零件制作，全部通过机械加工工艺方法得到，也就是说采用对零件毛坯进行切削加工的方法，将其加工为所需要的齿形，这样一般对于加工的精度要求高，且生产周期长、次品的产生率高，从而使齿形零件的生产效率低下，产品的质量较差；至于对零件的齿形直接铸造，虽然有一些类似方法，但是仅限于试验，并没有一种真正意义的铸出高精度齿形工艺方法，如某些公司采用高精度陶瓷铸造虽然也能铸出齿形，但是相对于本工艺方法成本太高，不便于机械化生产，同时陶瓷铸造时由于陶瓷的易碎性也导致该模具无法保持连续化的高精度生产，综上所述，现在急需设计一种全新的齿形零件的加工方法，使其适应现代化生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够将齿形零件直接铸造成型的工艺方法，具体采用铁型覆砂工艺得到完整的齿形空腔，之后采用现有的铸造工艺直接铸出齿形，采用这种方法后可以批量制得高精度的齿形零件，达到无切削或极少量切削的生产工艺。
本发明所述齿形零件铸造工艺方法，其工艺步骤如下：
1、设计一套与齿形零件的齿形完全一致模型作为母模；
2、制作与母模相关联配套的铁模外型，铁模外形与母模配套时其间隙为6-9mm；优选间隙为8mm；
3、把母模固定在射砂机上，并且合上铁模外型，一起加热至260～300℃保温30分钟待射砂。
4、把覆膜砂通过射砂机射砂孔射至预先设计好的铁模上，使覆膜砂充满至模型与铁模之间的空腔，1分钟半后起模，自然冷却后，依次得到上、下均覆砂的铁模型腔。
5、对覆膜完的铁模进行内腔表面喷涂一层0.15mm左右的表面涂料。
6、合型固定后浇注合格铁水便得到所需齿形毛坯零件。
采用这种方法制得齿形毛坯零件，由于采用覆膜砂后铸型刚度大，外覆铁模激冷致使冷却速度快，因此在铸造的过程中无需过大浇冒口系统，减少了铸造时铁水的浪费；喷涂表面涂料于覆膜砂层，该表面涂料可以选择醇基锆英粉涂料和水基高铝熟料粉涂料，但在实际应用时对于覆膜砂表面需要快干无水的，所以最好是选用醇基锆英粉涂料，因为这种涂料的涂挂性比较好，且容易烘干；喷涂涂料烘干后，型腔表面光洁从而使浇注出的铸件表面也光洁，制作简单极易形成流水线作业，同时制得的毛坯零件只需要少量的切削加工或直接不需要切削加工即可达到工艺的要求，减少了加工的工序缩短了整个的加工时间。制作与母模相关联的铁模外型，铁模外形与母模配套时其间隙为6-9mm，这样可以保证覆膜砂层的厚度在8mm左右，如果覆膜砂层过薄，在浇注时容易形成零件激冷的渗碳体的白口组织；而覆膜砂层太厚的话就要浪费覆膜砂，增加生产的成本。
在制造与齿形零件的齿形完全一致的母模时，其起模沿齿形方向多开模起模型，因齿形本身相对于起模方向就具有一定的斜度，起模时不存在拔模斜度问题，保证了铸件尺寸准确性。一般模具是需要足够的拔模斜度和铸造过渡圆角，在本发明中采用较细的覆膜砂覆膜形成型腔，就无需如此。同时在制作母模的过程中，还需要计算铁水的收缩量及热处理时工艺变形量，在铸造时，铁水的收缩量为0.6％～0.8％，而在热处理时零件要涨大0.35％～0.5％，综合收缩量为0.1％～0.45％，并将这些综合变形量0.1％～0.45％附加到母模上，即母模的尺寸比零件的尺寸缩小0.1％～0.45％。这样最终就能得到所要求的齿形零件的齿形。
制造与母模相关联的铁模外型时，需要根据所选射砂机的尺寸及齿形零件的外形尺寸安排铁模覆砂工艺，铁模外型尺寸应与射砂机相一致，这样才可以保证射砂后所得的铁型型腔达到工艺的要求，并在最大程度上减少覆膜砂的使用量。
工艺中所采用的射砂机为常用的射砂机，其型号要求要与所生产的母模有关，也就是说根据工艺选择大小相一致的设备，但是本发明所用的射砂机中带加热装置，如果没有就必须在母模底座上附加加热装置，用以保证在射砂时的恒定温度达到覆膜工艺要求。为了保证射砂的效果，一般控制母模加热至覆膜砂的流动性最佳时即280℃左右时射砂。由于覆膜砂的主要粘结原材料是酚醛树脂，因此为了其性能达到最好，控制射砂温度为280℃，且保证母模保温时间为30分钟，时间过短母模没有完全预热温度过低，无法使覆膜砂的性能得到最大的发挥，时间过长则会降低覆膜砂的性能，因此将保温时间控制在30分钟。
一般常用铁型覆砂工艺中，覆膜砂一般采用50到100目或70到140目，当其达到这个标准时，最终所得铸件的表面光洁度可达到Ra6.3μm，本发明中所采用的覆膜砂一般采用可通过100到200目的覆膜砂，当采用这种标准的覆膜砂后最终所得铸件的表面光洁度可达到Ra1.6μm，这样就使得毛坯零件不再需要切削加工或只需要少量的切削加工就可以达到工艺的要求。
所述的覆膜砂可以采用市场上现有的覆膜砂，也可采用自制的覆膜砂，其制造时覆膜砂的原料配比以重量份计：擦洗砂为100份，酚醛树脂2份，硬脂酸钙为0.2-0.3份，优选0.24份，乌洛托品为0.2-0.3份，优选0.24份。
覆膜砂的混制工艺：将擦洗砂由砂斗倒入松砂机，进行加热，当控制柜的加热器显示温度为134-138℃时，将擦洗砂从松砂机放入混砂机，并加酚醛树脂搅拌混匀1-1.5分钟；再加一半用量的硬脂酸钙并搅拌混合2分钟；搅拌混合当砂温降至110℃-105℃时，加乌洛脱品与水的混合液，乌洛托品与水混合的重量比为3∶7，混合1分钟后，加入剩余的一半硬脂酸钙；继续搅拌混合，当砂温降至70℃时，由混砂机出砂到振动筛；经振动筛进入冷砂池，冷至室温即可使用。
综上所述，采用本发明提供的方法制造齿形零件，采用了直接铸造的方法，代替了现有可以批量制得高精度的齿形零件，达到无切削或极少量切削的生产工艺，同时简化了生产工序和节约了生产成本，用砂量极少，铸造车间一般可以不再设砂处理工部，减少了设备投资，又改善了铸造车间的劳动条件。
具体实施方式
实施例1
拖拉机后桥从动大齿轮直铸齿形工艺步骤如下：
(1)根据拖拉机后桥从动大齿轮的齿形要求，首先制作与其齿形完全一致模型作为母模；
(2)制作铁模外型，铁模外形要求与覆膜砂的射芯机相配套，型腔内尺寸要求为母模最大尺寸加8mm，所形成铁模外形内腔与齿形母模模型配套时其间隙保证为8mm；
(3)把母模固定在射砂机工作台上，并且合上铁模外型，一起加热至270℃保温30分钟待射砂；
(4)把覆膜砂通过射砂机射砂孔射至预先设计好的铁模上，使覆膜砂充满至模型与铁模之间的空腔，1分钟半后起模自然冷却后，依次得到上、下覆砂的铁型型腔，即经过覆砂的可合型浇注的型腔；
(5)对覆膜完的铁模进行内腔表面喷涂一层0.15mm的醇基锆英粉涂料，它的使用状态的密度为1.70g/cm3。
(6)合型固定后浇注合格铁水便得到拖拉机后桥从动大齿轮。
本实施例所采用的覆膜砂为从市场上购得的酚醛树脂覆膜砂。
实施例2
三轮农用汽车后桥从动大齿轮直铸齿形工艺步骤如下：
(1)根据三轮农用汽后桥从动大齿轮的齿形要求，首先制作与其齿形完全一致模型作为母模；
(2)制作铁模外型，铁模外形要求与覆膜砂的射芯机相配套，型腔内尺寸要求为母模最大尺寸加8mm，形成铁模外形内腔与齿形母模模型配套时其间隙保证为8mm；
(3)把母模固定在射砂机工作台上，并且合上铁模外型，一起加热至300℃保温30分钟待射砂；
(4)把覆膜砂通过射砂机射砂孔射至预先设计好的铁模上，使覆膜砂充满至模型与铁模之间的空腔，1分钟半后起模自然冷却后，依次得到上、下覆砂的铁型型腔，即经过覆砂的可合型浇注的型腔；
(5)对覆膜完的铁模进行内腔表面喷涂一层0.16mm的醇基锆英粉涂料；
(6)合型固定后浇注合格铁水便得到三轮农用汽车后桥从动大齿轮。
本实施例所采用的覆膜砂为从市场上购得的酚醛树脂覆膜砂。
实施例3
三轮农用汽车后桥从动大齿轮直铸齿形工艺步骤如下：
(1)根据三轮农用汽后桥从动大齿轮的齿形要求，首先制作与其齿形完全一致模型作为母模；
(2)制作铁模外型，铁模外形要求与覆膜砂的射芯机相配套，型腔内尺寸要求为母模最大尺寸加6mm，形成铁模外形内腔与齿形母模模型配套时其间隙保证为6mm；
(3)把母模固定在射砂机工作台上，并且合上铁模外型，一起加热至280℃保温30分钟待射砂；
(4)把覆膜砂通过射砂机射砂孔射至预先设计好的铁模上，使覆膜砂充满至模型与铁模之间的空腔，1分钟半后起模自然冷却后，依次得到上、下覆砂的铁型型腔，即经过覆砂的可合型浇注的型腔；
(5)对覆膜完的铁模进行内腔表面喷涂一层0.15mm的水基高铝熟料粉涂料；
(6)合型固定后浇注合格铁水便得到三轮农用汽车后桥从动大齿轮。
本实施例所采用的覆膜砂为自制，具体的工艺如下：
原料配比以重量份计：擦洗砂为100份，酚醛树脂2份，硬脂酸钙为0.24份，乌洛托品为0.24份。
覆膜砂的混制工艺：将擦洗砂由砂斗倒入松砂机，进行加热，当控制柜的加热器显示温度为135℃时，将擦洗砂从松砂机放入混砂机，并加酚醛树脂搅拌混匀1.5分钟；再加入一半用量的硬脂酸钙并搅拌混合2分钟；搅拌混合，当砂温降至110℃-105℃时，加乌洛脱品与水的混合液，乌洛托品与水混合的重量比为3∶7，混合1分钟后，加入剩余的一半硬脂酸钙；继续搅拌混合，当砂温降7 0℃时，由混砂机出砂到振动筛；经振动筛进入冷砂池，冷至室温即可使用。
实施例4
拖拉机后桥从动大齿轮直铸齿形工艺步骤如下：
(1)根据拖拉机后桥从动大齿轮的齿形要求，首先制作与其齿形完全一致模型作为母模；
(2)制作铁模外型，铁模外形要求与覆膜砂的射芯机相配套，型腔内尺寸要求为母模最大尺寸加9mm，所形成铁模外形内腔与齿形母模模型配套时其间隙保证为9mm；
(3)把母模固定在射砂机工作台上，并且合上铁模外型，一起加热至280℃保温30分钟待射砂；
(4)把覆膜砂通过射砂机射砂孔射至预先设计好的铁模上，使覆膜砂充满至模型与铁模之间的空腔，1分钟半后起模自然冷却后，依次得到上、下覆砂的铁型型腔，即经过覆砂的可合型浇注的型腔；
(5)对覆膜完的铁模进行内腔表面喷涂一层0.15mm的醇基锆英粉涂料，它的使用状态的密度为1.70g/cm3。
(6)合型固定后浇注合格铁水便得到拖拉机后桥从动大齿轮。
本实施例所采用的覆膜砂为自制，具体的工艺如下：
原料配比以重量份计：擦洗砂为100份，酚醛树脂2份，硬脂酸钙为0.24份，乌洛托品为0.24份。
覆膜砂的混制工艺：将擦洗砂由砂斗倒入松砂机，进行加热，当控制柜的加热器显示温度为135℃时，将擦洗砂从松砂机放入混砂机，并加酚醛树脂搅拌混匀1.5分钟；再加入一半用量的硬脂酸钙并搅拌混合2分钟；搅拌混合，当砂温降至110℃-105℃时，加乌洛脱品与水的混合液，乌洛托品与水混合的重量比为3∶7，混合1分钟后，加入剩余的一半硬脂酸钙；继续搅拌混合，当砂温降70℃时，由混砂机出砂到振动筛；经振动筛进入冷砂池，冷至室温即可使用。

Claims (8)

1. 一种齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：其工艺步骤如下：
(1)设计一套与齿形零件的齿形完全一致模型作为母模；
(2)制作与母模相关联的铁模外型，铁模外形与母模配套时其间隙为6～9mm；
(3)把母模固定在射砂机上，并且合上铁模外型，一起加热至260～300℃保温30分钟待射砂；
(4)把覆膜砂通过射砂机射砂孔射至预先设计好的铁模上，使覆膜砂充满至模型与铁模之间的空腔，1分钟半后起模，自然冷却后，依次得到上、下覆砂的铁型型腔，即经过覆砂的可合型浇注的型腔；
(5)对覆膜完的铁模进行内腔表面喷涂一层0.15mm的表面涂料；
(6)合型固定后浇注合格铁水便得到所需齿形毛坯零件。
2. 根据权利要求1所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：所述工艺步骤(2)为：制作与母模相关联的铁模外型，铁模外形与母模配套时其间隙为8mm。
3. 根据权利要求1或2所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：在制造母模时，其起模沿齿形方向多开模起模型。
4. 根据权利要求1或2所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：所述的射砂机中带加热装置。
5. 根据权利要求1或2所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：所述的覆膜砂可通过100到200目筛。
6. 根据权利要求1所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：所述步骤(4)中射砂时，射砂机内的温度为280℃。
7. 根据权利要求1或2所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：所述表面涂料为醇基锆英粉涂料或水基高铝熟料粉涂料。
8. 根据权利要求1所述的齿形零件铸造工艺方法，其特征在于：母模设计要求与铁水性能及热处理工艺兼顾，母模的尺寸比零件的尺寸缩小0.1％～0.45％。
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