CN101875096A - 防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法。大型铜套的离心铸造，容易产生冷隔缺陷。由于铸造中铸件参数和离心铸造工艺参数较为复杂，这些参数之间存在着相互制约的关系，本发明将铸件参数、工艺参数等看成一个有机的整体，更强调诸多参数之间的匹配关系，通过优化诸多参数之间的匹配，采取一系列工艺措施，根据铸件浇注最初2～5秒钟内的相应铺型厚度确定初始浇注速度，设置具有以下功能的浇注系统——带支撑架的均布式长浇口管和拔塞式囤包，适当提高浇注温度，根据铸件材质确定铸型工作温度等。能大大降低冷隔发生的概率及减轻冷隔影响的程度，提高了产品的品质。本发明对防止中型铜套类离心铸件产生冷隔缺陷也同样适用。

Description

防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法。

背景技术

在实际生产中，常会遇到需要浇注一些大型铜套，在生产过程中，常用离心铸造的方法，生产中一般根据铜套重量来决定合金液浇注速度，浇注装置一般使用端注式浇口(如牛角浇口、管式浇口等)，根据用于铸铁件的浇注系统最小截面计算公式

计算最小截面，直接使用手册(《特种铸造手册》编写组特种铸造手册[M].北京：机械工业出版社，1978.本申请简称“手册”)中给出的铸型工作温度、浇注温度。由于大中型铜套类离心铸件其表面积大，容易产生冷隔缺陷，对铝青铜尤为突出。该类缺陷有时所产生的夹层深度较深，面积较大，很难通过补焊进行修复，由于大中型铜套的价值较高，故产品报废的损失很大。

发明内容

为了克服现有铸造方法的不足，本发明提供一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法。本发明将铸件参数、工艺参数等看成一个有机的整体，强调诸多参数之间的匹配关系，通过优化诸多参数之间的匹配，能大大降低冷隔发生的概率及减轻冷隔影响的程度，提高产品的品质。

一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法，其特征在于：

(1)根据铸件铺型厚度确定初始浇注速度，即根据开始浇注时的最初2～5秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且达到一定的铺型厚度，如在浇注最初3秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且铺型厚度达到5mm厚度，或在浇注最初4秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且铺型厚度达到6.7mm厚度等，余类推，来确定初始浇注速度。

浇注速度是影响铸件表面质量最重要的因素。若浇注速度太慢，尤其是在初始流量不够大时，铜水不能很快地铺满铸型表面而产生冷隔。由于铸件表面积不同，只按现有技术根据铜套重量来决定合金液浇注速度是不够的。在采用均布式的长浇口管的条件下，如在浇注刚开始的最初3秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且铺型厚度达到5mm时，可以较为有效地预防冷隔缺陷的产生。

(2)在铸造装置上设置具有以下功能的浇注系统——带支撑架的均布式的长浇口管和拔塞式囤包。

为了预防大型铜套类铸件产生冷隔的铸造缺陷，对浇注系统的要求为：一是合金液从浇道流出后能迅速并均匀地布满铸型；二是提高金属液初始流量，在单位时间内达到一定的铺型厚度；三是随着合金液的浇入，浇注速度也随之降低。采用均布式的长浇口管和拔塞式囤包相结合的技术，可以达到这些目的，防止裂纹及冷隔的产生，同时还可减轻氧化夹杂的产生。为了防止长浇口管在浇注过程中被高温铜合金液烘烤变形产生下垂，为此设计了浇口管支撑架。根据铺型厚度，从奥赞水力学公式可以计算出最小拔塞浇口截面积。

(3)适当提高浇注温度，即在炉前检验铜合金液含气量合格及准确测温的前提下，将浇注温度控制在比手册上浇注温度上限高10-30℃；

对于铜合金离心铸造，若浇注温度过低，可能引起冷隔等缺陷，而提高浇注温度则容易导致熔炼过程中铜液吸气，故要严格控制铜液的含气量。由于大型衬套的表面积较大，在炉前检验保证铜液含气量合格及准确测温的前提下，可适当提高浇注温度。参考现有技术规定的范围，浇注温度可取其上限或略高于上限。在炉前铜液含气量检验方面，对于铝青铜、铝黄铜及锰黄铜，采用真空含气量检验技术，若试样上表面呈凹陷、中部撕裂形成孔洞，则含气检测合格。对于锡青铜及其它黄铜，可按大气下的炉前含气量检验法进行。

(4)根据铸件材质确定铸型工作温度。

作为本发明的进一步优化，所述均布式的长浇口管采用缝隙式或雨淋式长浇口管。

缝隙管的缝隙宽度可根据流量进行计算，一般为5mm～8mm；雨淋式浇口管圆孔直径和数量可根据流量进行计算。

作为本发明的进一步优化，在根据铸件材质确定铸型工作温度时，对于铝青铜和黄铜，铸型工作温度可取手册规定的范围的上限或略高于上限。

对于铝青铜和黄铜，要求铸型的工作温度较高，若铸型工作温度太低，高温铜液产生较大的温度梯度，并且受铸型激冷的作用会立刻凝固，容易使铸件产生冷隔缺陷。参考手册规定的范围，铸型工作温度可取其上限或略高于上限，在准确测量铸型温度的前提下，适当提高铸型工作温度。

作为本发明的进一步优化，在根据铸件材质确定铸型工作温度时，对于锡青铜，可将铸型工作温度控制在手册规定的中间区域。

对于锡青铜，要求铸型的工作温度较低，若铸型工作温度太高，容易使铸件产生穿透性喇叭形气孔缺陷，在准确测量铸型温度的前提下，可将铸型工作温度控制在手册规定的中间区域。

采用本发明的有益效果是，大大降低冷隔(重皮)产生的概率及减轻冷隔(重皮)影响的程度，提升了产品品质，降低了废返损失，可以缩短制造周期，节约人力成本，提高经济效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明一个实施例所使用的离心铸造示意图

图中：(1)铸型底板；(2)铸型；(3)铸件；(4)铸型盖板；(5)金属液；(6)石墨塞棒；(7)拔塞式囤包；(8)拔塞浇口；(9)长缝隙浇口管；(10)合金液流；(11)离心机滚轮；(12)浇口管支撑架。

具体实施方式

某1750m³/h挖泥船上的大型铝青铜衬套，牌号为ZCuAl10Fe3，铸件尺寸为(φ822×94)φ721/φ616×1615，铸件壁厚为52.5mm，铸件质量为1530kg。采用离心铸造生产，合金液压头高度H＝72cm；合金液密度ρ＝7.45kg/cm³；最初浇注时间t＝3s；流量消耗系数μ＝0.5。

根据铸型尺寸及铺型厚度δ_铺型＝5mm计算，需浇入的合金液为{(822²-812²)×94+(721²-711²)×1521}×π÷4×10^-6×7.6＝139.2kg，在3秒钟内浇入，即初始浇注速度为46.4kg/s。

对于铝青铜ZCuAl10Fe3而言，要求当离心机工作时用大股流、低压头合金液快速充满铸型表面后逐渐放慢合金液股流，提高浇注压头不断流地缓慢浇注至最后。为了预防大直径衬套产生冷隔的铸造缺陷，采用专门设计的长缝隙浇口管9和拔塞式囤包7联合使用的技术，可以使合金液迅速且均匀地布满铸型表面，避免铸型产生局部过热区域，以防止裂纹及冷隔的产生。从奥赞公式可以计算出最小拔塞浇口截面积

$d^2=\frac{4G}{\mathrm{\π\ρt\μ}\sqrt{2\mathrm{gH}}}=\frac{4\×139.2}{\mathrm{\π}\×7.45\×{10}^{-3}\×3\×0.5\sqrt{2\×980\×72}}=42.21{\mathrm{cm}}^2$

d＝6.498cm  故取拔塞浇口最小直径为65mm。

浇注大型衬套所用的长缝隙浇口管9由于悬臂很长，远端容易下垂，在浇注过程中受高温铜合金液的烘烤会加剧浇口管9的变形，为此我们在长缝隙浇口管9的远端外焊接了加长杆，穿出铸型底板1后搁放在支架12上。浇口管9的缝隙宽度为7mm。

对于本产品，铸件壁厚≥30mm，根据手册上提供的技术参数，铝青铜ZCuAl10Fe3的浇注温度一般为1120℃～1150℃。进行了炉前真空含气量检验，试样上表面呈凹陷、中部撕裂形成孔洞，含气检测合格，考虑到该大型衬套的表面积较大，故在1160℃时进行浇注。

对铝青铜而言，根据手册上提供的技术参数，铸型工作温度在120℃～200℃为宜。考虑到该大型衬套的表面积较大，且铝青铜衬套不像锡青铜衬套那样在铸型工作温度提高后容易产生穿透性喇叭形气孔缺陷，故对本大型铝青铜衬套铸型的工作温度可以适当提高，采用红外辐射测温仪对铸型进行多次测温，与熔炼过程相配合，在铸型温度为230℃时进行浇注。

该产品浇注脱模后，无冷隔缺陷，加工后品质良好。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法，其特征在于：

(1)根据铸件铺型厚度确定初始浇注速度，即根据开始浇注时的最初2～5秒钟内合金液能均匀地进行铺型，且达到相应的铺型厚度，来确定初始浇注速度；

(2)在铸造装置上设置具有以下功能的浇注系统——带支撑架(12)的均布式的长浇口管(9)和拔塞式囤包(7)；

(3)适当提高浇注温度，即在炉前检验铜合金液含气量合格及准确测温的前提下，将浇注温度控制在比手册上浇注温度上限高10℃～30℃；

(4)根据铸件材质确定铸型工作温度。

2.根据权利要求1所述的一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法，其特征在于，所述均布式的长浇口管(9)采用缝隙式或雨淋式长浇口管(9)。

3.根据权利要求1所述的一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法，其特征在于，所述根据铸件材质确定铸型工作温度，对于铝青铜和黄铜，铸型工作温度取手册规定的范围的上限或略高于上限。

4.根据权利要求1所述的一种防止大、中型铜套类铸件离心铸造中产生冷隔缺陷的方法，其特征在于，所述根据铸件材质确定铸型工作温度，对于锡青铜，将铸型工作温度控制在手册规定的温度范围的中间区域。

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