CN102527947B - 空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，先用自硬树脂砂制作内有芯骨和气孔的内腔坭芯；坭芯表面刷涂醇基石墨涂料，白模与坭芯贴合后用胶泥堵芯头和白模贴合处上端的缝隙后，白模和坭芯的组合体整体浸入水基石英粉涂料中浸涂、烘干后，清除坭芯头和排气口的涂料层再进入造型、浇注。本发明的方法有效解决了空间非对称结构薄壁管类铸件的变形、壁厚不均、以及漏水漏气等问题，获得了尺寸准确、壁厚均匀、材质致密、外观精美、成本低廉的铸件。且工艺简单，容易掌握，废品率低，工人劳动强度低，可靠性高。

Description

空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法

技术领域

 本发明属铸造工艺、特别是一种空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法。

背景技术

     排气管是柴油机上一种内腔复杂、尺寸精度要求高的管类铸件，壁厚5-6mm，重量通常在50-100公斤，常见材质有QT450-10、HT250、RUT380等。其结构一般呈空间曲线走势，特点是非几何对称。工作时承受气压和水压，不能有任何影响致密度的缺陷。排气管又是柴油机的外露部件，必须有良好的外观形象。

   排气管类零件常用的铸造方法有：潮模砂铸造、自硬树脂砂铸造、铁型覆砂铸造、消失模铸造等。这几种铸造方法各有优劣：

     用传统潮模砂铸造排气管，只能曲面分型，造型时工人在铸型中沿着模样的最大尺寸线挖出分型面，起模时要不停敲打震动模样，很容易造成型腔扩大和分型面拉崩砂。舂砂时要人工控制紧实度60-70nb：如过高则起模困难，容易拉崩铸型；如过低则易形成砂眼、零件表面粗糙、内部缩松等而致报废。最重要的是该排气管结构是空间曲线走向，非几何对称，因此坭芯受到的铁水浮力不平衡，很容易造成坭芯转动和上浮，引起壁厚不均，薄处仅1-2mm甚至直接薄穿；为防止坭芯位移，需要加入芯撑（约Ф1.5mm），然而芯撑不熔合又会带来漏气漏水问题。总之，潮模砂工艺铸造排气管对工人技能要求很高，工序繁杂，劳动强度大，总废品率高，导致铸件成本高。因此，用潮模砂铸造空间非对称薄壁管，不是一种理想的方法。

      用自硬树脂砂铸造排气管，操作方式和潮模砂类似，其表面质量优于潮模砂，砂眼废品率比潮模砂低50%，两缩废品率可以降低到5%以下，申请人2010年总废率约18. %。但其缺点是：1：起模更加困难，模具损坏快，一套模具使用200次就要大修或重做；2：不能解决坭芯上浮和转动带来的壁厚均匀性问题，只是效果稍好于潮模砂；3：芯撑不熔合问题没有解决；4：型砂发气量大，铸件容易产生气孔； 5：自硬树脂砂固化时间夏季30min冬季50min，对生产效率和场地利用率影响大；6：造型材料成本增加，但废品率下降，使总材料成本与潮模砂铸造基本持平。因此，自硬树脂砂对于空间非对称结构薄壁管的铸造也不是理想的方法。

     铁型覆砂铸造是一种比较理想的铸造方式，优点是尺寸准确，铸件致密度高，拉伸强度比砂铸可以提高50-100MPa。废品率很低，生产效率高，从工艺角度出发是比较适合铸造排气管零件的。然而工装模具等投资额很大，按照长度700mm的C3000排气接管计算，模具投资需要25万（包含上下模、射砂板等），铁型砂箱每套需要3-4万，通常要制作5套铁型砂箱才可满足生产线节拍。因此工装模具就需要40余万。对于年产500-1000件的小产量排气管来说，如一年回收模具成本，则每公斤铸件分摊约为10元，和铸铁材料成本相当，显然是难以承受的。因此，采用铁型覆砂方式是不合算的。

     消失模铸造有着多方面的优点，近年普及很快。其特点是：壁厚均匀、外观精美、操作简单、材质致密、成本低廉等。然而对于管类零件，用消失模方式生产很容易产生变形问题，而且变形方向随机，不好控制。目前消失模铸造控制变形的手段如：用专用的工装校正好EPS白模，然后用木条粘接固定；或者施加反变形（因结构而定）、改善零件摆放姿态、在零件上增加铸筋等。这些手段对于部分结构是有效的，特别是对于几何对称结构的零件。然而对于呈空间曲线走向的非对称管类零件来说，即便控制好了EPS白模尺寸，但铸件各部位在凝固收缩时所处的温度场和应力场各不相同，因此就会蓄积变形应力，使得铸件的变形变得复杂起来，往往找不到规律。因此，消失模工艺可靠性不高，不适合此类排气管零件的生产。

发明内容

     本发明要解决的技术问题是提供一种经济、可靠的空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，以解决空间非对称结构薄壁管类铸件常见的壁厚不均、变形、漏气漏水等问题，获得高品质铸件。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明方法的工艺步骤如下：

     步骤1：首先选用70/100目自硬树脂砂手工制作排气管内腔坭芯；在坭芯中加入钢筋做为芯骨；在坭芯头用钢针插出150-170mm深度气孔；

     步骤2：在坭芯表面刷涂醇基石墨涂料，分多次刷涂，刷涂后点火烧干，待用；     

     步骤3：修整坭芯，刮平坭芯表面，将排气管EPS白模的左右半模按照内腔形状分别套在坭芯上，试合模，并调整使得白模与坭芯贴合；

     步骤4：取下EPS白模，在其分型面上均匀涂一层专用聚苯乙烯泡沫冷胶，然后将两半白模套上坭芯，合模，使左右两半白模均匀粘合；

     步骤5：用耐火胶泥堵住芯头和白模之间的缝隙；

     步骤6：在坭芯头圆周面和端面上缠绕塑料胶带；

     步骤7：在白模上粘接包括直浇道和内浇道的浇注系统，整个浇注系统不需冒口；

     步骤8：制备水基石英粉涂料，配料按重量比为石英粉:膨润土:粘结剂=80:10:10，水粉重量比为1:1，混匀待用；

     步骤9：将白模和坭芯的组合体整体浸入水基石英粉涂料中，浸涂后放入烘干房烘干；烘干温度为50℃土5℃，烘干时间为3小时；取出再次浸涂上述水基石英粉涂料，再次烘干，如此3遍，烘干后待用；

     步骤10：将模样取出，揭去芯头的石英粉涂料层，撕去塑料胶带，露出坭芯头和排气口，等待造型；

     步骤11：造型：经雨淋加砂口向砂箱内放入20/40目石英砂，高度为300土50mm，之后放入模样；再填充20-40目石英砂至模样周围，最终砂平面高度与直浇道相平后开启砂箱进行三维震动；

     步骤12：在直浇道上放置浇口杯，然后在砂平面上铺一层塑料薄膜，大小完全覆盖整个砂箱；在塑料薄膜上覆盖一层20/40目石英砂；

     步骤13：浇注时对砂箱抽真空，使砂箱内气压为0.04MPa土10%，浇注温度为1430℃土10℃，浇注后保持砂箱内压力为0.02MPa土10%，保压6min后，使砂箱内回到正常大气压；60min后开箱。

     坭芯中的芯骨为Ф8mm钢筋；在坭芯头用Ф6mm钢针插出气孔。

     直浇道和内浇道截面积比为1.67:1，直浇道为Ф32mm。

     醇基石墨涂料比重为1.3-1.5g/ml，涂层厚度为0.3-0.5mm。

     塑料薄膜上的石英砂厚度为50mm土10mm。

砂箱震动的时间为单独开启Z向震动20S，关闭Z向后同时开启X、Y向震动40S；振动频率45Hz。

      本发明具有如下优点：

（1）本发明的方法有效的解决了空间非对称结构薄壁管类铸件的变形、壁厚不均、以及漏水漏气等问题，获得了尺寸准确、壁厚均匀、材质致密、外观精美、成本低廉的铸件。铸件的轴向尺寸偏差小于1mm，各支管端面法兰位置度偏差小于1mm；各处壁厚均匀，壁厚误差小于0.5mm；外观质量精美，毛坯表面粗糙度达到25Ra；致密度高，采用此种方法后漏气漏水率为0.43%，不足传统砂铸的十分之一；

 （2）工艺总废品率仅为2.41%，出品率可以达到83.35%以上；

 （3）工艺简单，容易掌握，工人劳动强度低，可靠性高；

  （4）材料成本低廉，目前为9.57元/Kg，相比潮模砂、自硬树脂砂铸造材料成本降低23.17%；另外，生产效率由以前的班产20余条增加到现在的班产50余条(还同时生产其他产品)，效率提高150%。

附图说明

图1是一种空间非对称结构排气管毛坯图；

 图2是潮模砂铸造方式模样分模图；

 图3是本发明的EPS白模模样和坭芯粘接组合示意图；

 图4是图3的左视图再旋转90度的视图；

图5是图3的C-C剖面图；

图6是图5的F部局部放大图；

图7是本发明的造型工艺图；

 图中：1--潮模砂模样分型面  2--潮模砂下半模样  3--潮模砂上半模样  4--主坭芯头  5—一号支管芯头  6—二号支管芯头  7—三号支管芯头  8--EPS白模模样  9--EPS白模右半模样  10--EPS白模左半模样  11--耐火胶泥  12--EPS白模合模、粘接线  13--树脂砂坭芯剖面  14--坭芯表面的醇基石墨涂料涂层  15--EPS白模表面的石英粉涂料涂层  16--20/40目干石英砂  17--陶瓷浇口杯  18--0.2mm塑料薄膜  19--造型用的模样  20--砂箱 。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明：

     步骤1： 坭芯准备：将Ф8mm钢筋放入排气管内腔坭芯芯盒中，然后加入70/100目自硬树脂砂，舂紧实，此工作要在4min内结束，防止树脂砂硬化；舂砂后在坭芯头正中央用Ф6mm钢针插出150-170mm深度气孔；

     步骤2：刷涂料：制备好200目鳞片状石墨醇基涂料（可在市场上购买），加入工业酒精将涂料比重调整到1.3-1.5g/ml之间；分2到3遍刷涂，以坭芯表面涂层厚度在0.3-0.5mm之间为准。刷涂完放置3min后点火烧干，自然冷却后待用；    

     步骤3： 修整坭芯：用锯片或者锉刀刮平坭芯表面的涂料堆积和“泪痕”等。将排气管EPS白模的左右半模分别套在坭芯上，试合模，并调整使得白模与坭芯贴合；

     步骤4： 合模：取下EPS白模，在其分型面上均匀涂一层市售专用泡沫冷胶，然后将两半EPS白模分别套上坭芯，合模，使得左右两半白模粘接起来；

     步骤5： 用耐火胶泥堵住芯头和白模之间的缝隙，作用是防止后续浸涂石英粉涂料时涂料进入缝隙；

     步骤6： 在坭芯头圆周面和端面上缠绕一圈塑料胶带，作用是造型前可以快速的剥落坭芯头上的石英涂料层，利于坭芯排气；

     步骤7：在白模上粘接浇注系统，包括直浇道和内浇道，两者截面积比为1.67:1，直浇道为Ф32mm，整个浇注系统不需要冒口；

     步骤8：制备水基石英粉涂料，配料为石英粉（200目）、K基膨润土、以纤维素为主的粘结剂（桂林5号），粉料重量比为80:10:10，水粉重量比为1:1。用波轮混料机混制4小时；

步骤9： 将白模和坭芯的组合体整体浸入水基石英粉涂料中，然后放入烘干房。烘干温度为50℃土5℃，烘干时间为3小时。之后第二遍浸涂上述水基石英粉涂料，第二次烘干，如此3遍，烘干后得到模样待用；

     步骤10： 将摸样取出，用锯片等挑去芯头的石英粉涂料层，撕去塑料胶带，露出坭芯头和排气口，等待造型；

     步骤11：由雨淋加砂口向砂箱内放入20-40目石英砂，高度为300-400mm，之后放入模样；再填充20-40目石英砂填充模样周围，砂平面高度与直浇道相平后开启砂箱三维震动。震动时间为单独开启Z向20S，关闭Z向后同时开启X、Y向震动40S；振动频率45Hz；

步骤12：在直浇道上放置浇口杯，然后在砂平面铺一层塑料薄膜，大小完全覆盖整个砂箱后单边余出200mm，该薄膜厚度通常为0.2mm。在塑料薄膜上覆盖一层20-40目石英砂，厚度为50mm土10mm，作用是防止浇注时铁水烫破塑料薄膜；

步骤13： 浇注时对砂箱抽真空，使得砂箱内气压为0.04MPa土10%；浇注温度为1430℃土10℃，浇注后保持砂箱内压力为0.02MPa土10%，保压6min后，使其到正常大气压。在60min后开箱。

实施例

1：生产C3000船机排气管

零件设计壁厚6土1mm，轴向尺寸640土2mm，支管端面法兰加工余量3mm。产品经解剖实测壁厚为5.88-6.28mm范围，轴向尺寸639.5-641.6mm，支管端面法兰平整度相差小于1mm，漏水漏气率为0.33%，零件综合废品率2.28%。

2：生产ZC3000排气接管

零件设计壁厚6土1mm，轴向尺寸760土2mm，两端轴线偏差要求土1mm；产品经解剖实测壁厚为5.98-6.40mm范围，轴向尺寸760.2-761.5mm，两端轴线偏差为-0.36到+0.84mm，漏水漏气率为0.25%，零件综合废品率1.88%。

Claims (6)

1.一种空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，其特征是其工艺步骤如下：

步骤1：首先选用70/100目自硬树脂砂手工制作排气管内腔坭芯；在坭芯中加入钢筋作为芯骨；在坭芯头用钢针插出150-170mm深度气孔；

步骤2：在坭芯表面刷涂醇基石墨涂料，分多次刷涂，刷涂后点火烧干，待用；     

步骤3：修整坭芯，刮平坭芯表面，将排气管EPS白模的左右半模按照内腔形状分别套在坭芯上，试合模，并调整使得白模与坭芯贴合；

步骤4：取下EPS白模，在其分型面上均匀涂一层聚苯乙烯泡沫冷胶，然后将两半白模套上坭芯，合模，使左右两半白模均匀粘合；

步骤5：用耐火胶泥堵住芯头和白模之间的缝隙；

步骤6：在坭芯头圆周面和端面上缠绕塑料胶带；

 步骤7：在白模上粘接包括直浇道和内浇道的浇注系统，整个浇注系统不需冒口；

 步骤8：制备水基石英粉涂料，配料按重量比为石英粉︰膨润土︰粘结剂=80:10:10，水粉重量比为1:1，混匀待用；

步骤9：将白模和坭芯的组合体整体浸入水基石英粉涂料中，浸涂后放入烘干房烘干；烘干温度为50℃土5℃，烘干时间为3小时；取出再次浸涂上述水基石英粉涂料，再次烘干，如此3遍，烘干后待用；

 步骤10：将模样取出，揭去芯头的石英粉涂料层，撕去塑料胶带，露出坭芯头和排气口，等待造型；

 步骤11： 造型：经雨淋加砂口向砂箱内放入石英砂，高度为300土50mm，之后放入模样；再填充石英砂至模样周围，最终砂平面高度与直浇道相平后开启砂箱三维震动；

 步骤12：在直浇道上放置浇口杯，然后在砂平面上铺一层塑料薄膜，大小完全覆盖整个砂箱；在塑料薄膜上覆盖一层石英砂；

 步骤13：浇注时对砂箱抽真空，使砂箱内气压为0.04MPa土10%，浇注温度为1430℃土10℃，浇注后保持砂箱内压力为0.02MPa土10%，保压6min后，使砂箱内回到正常大气压；60min后开箱。

2.如权利要求1所述的空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，其特征是步骤1的坭芯中的芯骨为Ф8mm钢筋；在坭芯头用Ф6mm钢针插出气孔。

3.如权利要求1所述的空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，其特征是步骤2的醇基石墨涂料比重为1.3-1.5g/ml，涂层厚度为0.3-0.5mm。

4.如权利要求1所述的空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，其特征是步骤7的直浇道和内浇道截面积比为1.67:1，直浇道为Ф32mm。

5.如权利要求1所述的空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，其特征是步骤11的砂箱震动的时间为单独开启Z向震动20S，关闭Z向后同时开启X、Y向震动40S；振动频率45Hz。

6.如权利要求1所述的空间非对称结构薄壁管类铸件的铸造方法，其特征是步骤12的塑料薄膜上的石英砂厚度为50mm土10mm。

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