CN101264512A - 一种轴承保持架近净形化铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轴承保持架的铸造技术，具体为一种轴承保持架近净形化铸造方法，解决整铸厚实套管毛坯带来的金属利用率低等问题，适用于球铁和有色合金铸造保持架的生产。具体步骤：(1)将模样做成接近零件最终形状和尺寸精度的模具，采用具有造型和排气功能的双层组合为一体的背吸式上砂箱；(2)合箱后在低压铸造机上密封处理后充型浇注，浇注时先开启与真空抽气箱相连的真空抽气阀对铸型型腔抽真空排气，以分级增压工艺法充型凝固，使铸件始终处于由浇道和升液管在较高压力下不断补充金属液的条件下凝固结晶，直至全部凝固而获得近净形化铸件。本发明可使金属利用率从现在的15％－20％提高到85％－90％，可实现国家规定的绿色铸造、清洁生产、可持续发展的目标。
Description
技术领域
本发明涉及轴承保持架的铸造技术，具体为一种轴承保持架近净形化铸造方法。
背景技术
目前，国内轴承制造业所用的大中型(或高速重载)轴承保持架一直沿用先整铸厚实套管毛坯，再经过车床全部车削外形和兜孔(即镗孔)加工成形的落后生产工艺。金属利用率只有15～20％左右，生产1t成品保持架需要耗用5～6t铸件，不仅生产成本高，而且耗能耗材，生产球铁保持架又存在加工过程中散发大量石墨粉尘严重污染环境和危害人身健康。而采用熔模(精密)铸造、压铸、挤压铸造，其工艺较为复杂，成本较高，生产周期长，生产率较低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种轴承保持架近净形化铸造方法，解决整铸厚实套管毛坯带来的金属利用率低等问题。
本发明的技术方案是：
一种轴承保持架近净形化铸造方法，具体步骤如下：
(1)将模样做成接近零件最终形状和尺寸精度的模具，采用具有造型和排气功能的双层组合为一体的背吸式上砂箱，下层箱为造型砂箱，造型砂箱在背面的砂型上扎有排气孔，上层箱为真空抽气箱；
(2)合箱后在低压铸造机上密封处理后充型浇注，浇注时先开启与真空抽气箱相连的真空抽气阀对铸型型腔抽真空排气，然后以分级增压工艺法充型凝固，使铸件始终处于由浇道和升液管不断补充金属液的条件下凝固结晶，直至全部凝固而获得近净形化铸件。
所述的轴承保持架近净形化铸造方法，型腔喷涂含有重量占2-6％氧化铁粉的醇基块干涂料，氧化铁精粉粒度140/200目。
所述步骤(2)中，抽真空压力比充型压力低10％。
所述增压工艺法分级增压：
(1)升液充型时，抽真空压力为P1＝0.0176-0.0265MPa，充型压力P2＝0.0196-0.0294MPa；
(2)当充满型腔后立即关闭上型真空抽气阀，在充型压力P2＝0.0196-0.0294MPa下保持至铸件形成凝固壳，即可进入增压阶段；
(3)增压阶段压力为P3＝0.15-0.47MPa，直至铸件凝固，卸除炉内压力，使升液管和浇道中未凝固的金属液回落到炉中，然后开型取出铸件。
所述模样接近零件最终形状，只留出供车床校正外形和支臂间兜孔加工所需加工余量，校正外形加工余量按CT7-9级标准预留，兜孔加工余量为5-8mm；所述轴承保持架支臂间兜孔外边，于保持架外径内侧支臂间设置厚度为3-5mm、长度与支臂长度平齐的弧形筋板，使兜孔部位做成半透孔。
所述的轴承保持架近净形化铸造方法，铸造工艺布置可以为一箱多件的不同直径保持架模样套装群铸形式，采用水平分型，并在单面模板上安装多件布置的可换模具，铸件间距为铸件壁厚的1.5-2.0倍，分型面设在保持架中档边下沿处；直径超过
400mm的铸件设置2-3个升液管。
所述的轴承保持架近净形化铸造方法，采用CO2水玻璃硬化砂或脂硬化水玻璃砂在漏模机上造型，下型用50/100目擦洗砂，上型的面砂和背砂分别用50/100目和20/40目擦洗砂。
所述上层箱口平面加工出密封槽，以便压入梯形高压密封胶圈后与造型后的下层箱紧固形成整体密封系统；在上下型合箱时在分型面箱口处铺上一周厚度为1.0-1.5mm、宽度为40-50mm的纸板或胶板作为密封垫压紧；使用型腔内形成与升液充型方向一致的排气系统，上型在背面要扎出直径为
4-6mm，深度距铸件表面15-20mm、孔距为40-50mm的排气孔。
所述铸件材质可以为黄铜ZCuZn40Pb2、ZCuZn40Mn2、ZCuZn40Mn3Fe1、ZCuZn35Al2Mn2Fe1、铝青铜ZCuAL10Fe3Mn2或球墨铸铁QT400-18。
本发明的有益效果是：
1、本发明轴承保持架近净形化铸造方法，近似的铸造出保持架的支臂及其兜孔的雏形，只留出供车床校正外形和支臂间兜孔加工所需少量加工余量的近净形化铸件。以优化铸造成形方法，采用简便实用的铸造技术(而不是熔模精铸，压铸、挤压铸造等复杂工艺)使铸件接近零件的最终形状和尺寸精度，提高生产效率，降低生产成本，可实现规模化工业生产。
2、本发明可完全扭转传统工艺的先整铸厚实套管毛坯，再经过车床全部车削和支臂间兜孔部位全部镗削加工成形的落后工艺。可根本解决原工艺存在的高耗能、高耗材、高石墨粉尘污染(对球铁而言)的“三高”问题。可使金属利用率从现在的15％-20％提高到85％-90％，可实现国家规定的绿色铸造、清洁生产、可持续发展的目标。本发明适用于球铁和有色合金铸造保持架的生产。
3、本发明将模样做成接近零件最终形状和尺寸精度的模板快换模具，采用CO2改性水玻璃硬化砂，在漏模机上造型，型腔喷涂含有2-6％氧化铁粉的醇基块干涂料(氧化铁可起到激冷作用，结晶效果好，可防止缩孔、缩松缺陷等)，形成高刚度和表面光洁度高的铸型，在低压铸造机上充型浇注，以分级增压工艺法充型凝固，待铸件有一定凝固壳(2-3mm)时，加大增压压力，使铸件始终处于由浇道和升液管在较高压力下不断补充金属液的条件下凝固结晶，直至全部凝固而获得尺寸精度为CT7-9级，表面粗糙度为Ra6.3-12.5的少加工余量的近净形化铸件。
4、本发明采用具有造型和排气功能的双层组合为一体的背吸式上砂箱，使型腔内形成与升液充型方向一致的排气系统，大大降低型腔内的反压力，更有利于平稳快速充型结晶而不卷入气体和夹渣。
5、本发明铸造工艺布置为一箱多件的套装群铸形式，浇注系统安排在距铸件较近部位，分型面设在保持架中档边下沿处，直径超过400mm的铸件最好设置2个升液管，有利于快速升液充型，增压补液结晶，也有利于铸件凝固后卸除炉内压力使浇道和升液管中未凝固的金属液落回到炉中。
附图说明
图1-图3为轴承保持架结构示意图。其中，图1为俯视图；图2为图1的A-A剖视图；图3为图2的B-B剖视图。
图4-图5为本发明真空抽气箱结构示意图。其中，图4为主视图；图5为图4的C-C剖视图。
图6为常规低压铸造工艺示意图。
图中，1支臂；2兜孔；3中档边；4筋板；5外壳；6带孔支承架；7固定架；8多孔板；9金属网罩；10密封槽；11导柱；12滑套；13下型；14保温炉；15液态金属；16升液管；17坩埚；18浇口；19密封垫；20型腔；21上型；22顶杆；23顶板；24抽气孔。
具体实施方式
本发明轴承保持架近净形化铸造方法，近似的铸造出保持架的支臂及其兜孔的雏形，只留出供车床校正外形和支臂间兜孔加工所需少量加工余量的近净形化铸件。以优化铸造成形方法，采用简便实用的铸造技术(而不是熔模精铸，压铸、挤压铸造等复杂工艺)使铸件接近零件的最终形状和尺寸精度，提高生产效率，降低生产成本，可实现规模化工业生产。其主要技术要点为：
1)如图1-3所示，将保持架模样做成接近最终零件形状和尺寸精度的模样，水平分型，分型面设在保持架中档边3下沿处，并在单面模板上安装(多件布置)快换模具，为保证保持架支臂1强度和刚度(有的支臂长度达150-200mm，两支臂1间是各自分离的兜孔2，装配支承滚动体用)，在兜孔部位做半透孔，靠兜孔的外边(保持架外径内侧支臂间)留出厚度为3-5mm，长度与支臂长度平齐的弧形筋板4，既可防止热处理时受热变形，又有利于防止机加工时变形，此筋板可在加工最后兜孔时加工掉(镗孔时两个支臂端部都用压板压紧固定后镗孔)。
2)采用价格低的环保型CO2改性水玻璃硬化砂(或脂硬化水玻璃砂)，在漏模机上分别造上下型，下型用50/100目擦洗砂，上型的面砂和背砂分别用50/100目和20/40目擦洗砂，上型在背面要扎出直径为
4-6mm，深度距铸件表面15-20mm、孔距为40-50mm的排气孔。型腔用涂料喷涂机均匀喷涂含有重量占2-6％氧化铁精粉(140/200目，其中通过200目的氧化铁精粉重量占9-12％)的醇基快干涂料，点燃烘干。涂料配方为：石墨粉28-30％，碱性酚醛树脂6-8％，氧化铁粉2-6％，工业酒精56-60％。此种涂料密度高，不起皮，烧结性能好，在高温下有好的变形性，能有效防止型、芯表面浸渗金属液，提高铸件表面光洁度，同时因氧化铁粉有较强的激冷作用(相当于冷铁)，促使金属液快速冷却凝固，尤其为管状铸件在低压铸造机上浇注创造了顺序凝固的有利条件。本发明采用溃散性能优良、瞬时强度高、硬化快的改性水玻璃，如：沈阳铸造研究所生产的909型改性水玻璃等。
如图6所示，常规低压铸造机包括导柱11、滑套12、下型13、保温炉14、液态金属15、升液管16、坩埚17、浇口18、密封垫19、型腔20、上型21、顶杆22、顶板23等。其中，采用气垫控制排气，适合于金属型铸造。本发明采用背吸式上砂箱结构，可适用于砂型铸造。
3)上砂箱结构设计为具有造型和排气功能的双层组合为一体的背吸式砂箱，下层箱为造型砂箱，上层箱为真空抽气箱。如图4-5所示，背吸式砂箱的上层箱包括外壳5、带孔支承架6、固定架7、多孔板8、金属网罩9、密封槽10等，外壳5内侧设置带孔支承架6，带孔支承架6底部连接多孔板8，多孔板8底部设置金属网罩9，金属网罩可防止砂子抽到真空泵中。箱口平面车出深度为5mm，宽度为6.5mm的密封槽10，以便压入梯形高压密封胶圈后，通过固定架7与造型后的下层箱(箱口车平)用螺栓紧固形成整体密封系统。在上下型合箱时在分型面箱口处铺上一周厚度为1.0-1.5mm，宽度为40-50mm的水浸稍软的纸板(或胶板)作为密封垫压紧，以防止箱口漏气影响排气效果。合箱后移到常规的低压铸造机上密封处理后准备浇注(机架下边装有熔炼保温电炉)，浇注时先开启抽气孔24处的真空抽气阀对铸型型腔抽真空排气，抽真空压力可视铸型大小，铸件数量，透气程度等因素，选择比充型压力(P2＝0.0196-0.0294MPa)低10％左右，即P1＝P2×90％＝0.0176-0.0265MPa，由于型腔内部原有的和新产生的气体气压大大减小(即型腔内阻止充型的反压力降低)，这时即可采取分级增压工艺法进行平稳压送金属液充型而不卷入气体，当充满型腔后立即关闭上型真空抽气阀，保持充型压力15-20秒左右，使铸件形成凝固壳，即可进入增压阶段，增压压力为P3＝0.15-0.47MPa，保压时间在3-5分钟左右，直至铸件凝固，卸除炉内压力，使升液管和浇道中未凝固的金属液回落到炉中，并冷却一段时间开型取出铸件。
4)铸型工艺布置及浇注系统：由于铸件都是直径
250-1500mm，辐高为60-200mm的数百个品种的套管形铸件，可按一箱多件套装群铸形式布置，视铸件重量和直径大小，可布置2-4件，铸件间距为铸件壁厚的1.5-2.0倍。浇注系统为底注开放式或半开放式浇注系统，金属液由升液管(直径大的铸件可安排2-3个升液管)经直浇道，再接多个均布的内浇道或外侧缝隙式浇道与铸件相连通。
Claims (9)
1. 一种轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将模样做成接近零件最终形状和尺寸精度的模具，采用具有造型和排气功能的双层组合为一体的背吸式上砂箱，下层箱为造型砂箱，造型砂箱在背面的砂型上扎有排气孔，上层箱为真空抽气箱；
(2)合箱后在低压铸造机上密封处理后充型浇注，浇注时先开启与真空抽气箱相连的真空抽气阀对铸型型腔抽真空排气，然后以分级增压工艺法充型凝固，使铸件始终处于由浇道和升液管不断补充金属液的条件下凝固结晶，直至全部凝固而获得近净形化铸件。
2. 按照权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：型腔喷涂含有重量占2-6％氧化铁粉的醇基块干涂料，氧化铁精粉粒度140/200目。
3. 按照权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：所述步骤(2)中，抽真空压力比充型压力低10％。
4. 按照权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于，所述增压工艺法分级增压：
(1)升液充型时，抽真空压力为P1＝0.0176-0.0265MPa，充型压力P2＝0.0196-0.0294MPa；
(2)当充满型腔后立即关闭上型真空抽气阀，在充型压力P2＝0.0196-0.0294MPa下保持至铸件形成凝固壳，即可进入增压阶段；
(3)增压阶段压力为P3＝0.15-0.47MPa，直至铸件凝固，卸除炉内压力，使升液管和浇道中未凝固的金属液回落到炉中，然后开型取出铸件。
5. 按照权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：所述模样接近零件最终形状，只留出供车床校正外形和支臂间兜孔加工所需加工余量，校正外形加工余量按CT7-9级标准预留，兜孔加工余量为5-8mm；所述轴承保持架支臂间兜孔外边，于保持架外径内侧支臂间设置厚度为3-5mm、长度与支臂长度平齐的弧形筋板，使兜孔部位做成半透孔。
6. 根据权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：铸造工艺布置为一箱多件的不同直径保持架模样套装群铸形式，采用水平分型，并在单面模板上安装多件布置的可换模具，铸件间距为铸件壁厚的1.5-2.0倍，分型面设在保持架中档边下沿处；直径超过
的铸件设置2-3个升液管。
7. 按照权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：采用CO2水玻璃硬化砂或脂硬化水玻璃砂在漏模机上造型，下型用50/100目擦洗砂，上型的面砂和背砂分别用50/100目和20/40目擦洗砂。
8. 根据权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：所述上层箱口平面加工出密封槽，以便压入梯形高压密封胶圈后与造型后的下层箱紧固形成整体密封系统；在上下型合箱时在分型面箱口处铺上一周厚度为1.0-1.5mm、宽度为40-50mm的纸板或胶板作为密封垫压紧；使用型腔内形成与升液充型方向一致的排气系统，上型在背面要扎出直径为
-6mm，深度距铸件表面15-20mm、孔距为40-50mm的排气孔。
9. 根据权利要求1所述的轴承保持架近净形化铸造方法，其特征在于：所述铸件材质为黄铜ZCuZn40Pb2、ZCuZn40Mn2、ZCuZn40Mn3Fe1、ZCuZn35Al2Mn2Fe1、铝青铜ZCuAL10Fe3Mn2或球墨铸铁QT400-18。
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