CN102873309A - 大型铜合金砂模铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型铜合金砂模铸造工艺，其步骤如下：(一)、进行了氮气除气的铜合金处理，(二)、由冷钢模板构成的砂模建造，(三)、通过流道技术完成的铸件铸造，本发明大型铜合金砂模铸造工艺通过系统化的铜合金处理、砂模建造、铸件铸造等工艺手段，解决了大型铸造中存在的铸件不能成型、气孔、沾沙等多种技术问题。

Description

大型铜合金砂模铸造工艺

技术领域

本发明涉及一种金属合金的铸造加工工艺，尤其涉及大型铜合金砂模铸造工艺。

背景技术

目前关于大型金属合金的铸造一般采用砂模铸造工艺也有花费巨资通过离心铸造。上述两种传统的铸造方法中离心铸造其铸件一般不超3吨，究其原因离心铸造其需要一个金属铸模，这种大型的金属铸模其制造本身就存在巨大的技术困难，而离心铸造需要旋转金属铸模，如果设计铸件单件达到十吨以上，那金属铸模其重量将达到数十吨是完全无法实现旋转加热，不具有可实施性。砂模铸造虽然适用于大型铸件制造，但目前的砂模铸造一般也不能超过5吨，大于5吨的铸模由于其巨大的压力及体积影响，往往容易导致砂箱漏气，正空紧实环境被破坏。较为严重时可导致如下后果：1、塌箱；2、铸件局部不能成型；3、铸件内有大量型砂(白点)；4、局部(或全部)沾沙。随着我国大型石油、矿山机械、大型航空飞机等重要领域的不断发展，对于5吨以上大型铸件的需求以及要求也越来越迫切。作为技术说明抬包是铸造工艺中常用的用于容纳、倾倒金属溶液的容器。

中国发明专利专利号200610052376.2公开了一种大型高温合金铸件的铸造方法。其步骤如下：先在真空炉中把重熔时要增量的元素和要烧损的元素结合高温合金的化学成分进行预配方，得到高温合金的母料；然后到高速熔炼的周波炉上重熔，变成钢水；之后在高温下进行造渣浇注，得大型铸件；对铸件的冒口进行线切割；最后对铸件进行高温固熔处理。该种铸造方法其铸件在40kg到5吨，并不适用于5吨以上的铸件。

发明内容

本发明提供了一种铸造安全、铸件整体致密性好，铸件单件达到5吨以上，尤其适用于直径在5米以上蜗轮铸造的大型铜合金砂模铸造工艺。

一种大型铜合金砂模铸造工艺，其步骤如下：

(一)、铜合金处理，将铜合金在电炉内熔解，而后在保温温度下同时注入经过干燥的氮气对铜合金溶液进行除气，完成除气的铜合金溶液在电炉内二次加热并超过保温温度值；

(二)、砂模建造，首先选择石英砂在混砂机内完成混砂，并进行预热干燥，而后进行造型，将木模放在冷钢模板铺底的托板上进行摆箱构成砂模，而后以木模内外表面为基准将冷钢模板堆砌成铸件腔体，冷钢模板为层叠式堆砌，每堆砌完一层冷钢模板即将完成混砂的石英砂填充满砂模，完成冷钢模板堆砌后，将石英砂分层捣实其后将木成模取出即可，其次在砂模四边角的石英砂内分别挖出连通铸腔的流道，最终构成成型的砂模；

(三)、铸件铸造，将二次加热的铜合金溶液分别注入四个抬包内并由经过干燥的氮气对铜合金溶液进行同时再次除气，而后四个抬包将铜合金溶液分别浇筑注入砂模四边角石英砂内挖出的流道内，由流道将铜合金溶液输送至铸腔内灌满，冷却构成铸件。所述的冷却构成铸件为蜗轮胚体铸件，当然也可以是其他结构的铸件。

上述铸造工艺解决了传统大型铸件铸造过程中存在的多个技术问题具体如下：

1、采用经过干燥的氮气注入铜合金溶液进行除气，通过氮气注入使得铜合金溶液不断翻滚以排除大量铜合金溶液中存在的少量气体，提高铸件的致密性防止在铸件内出现气孔等质量缺陷，屏蔽了传统应用氮气进行防氧化功能，这种适用在小型铸造方法在大型铸造中并不适用。

2、通过堆砌冷钢模板构成的铸腔，形成实际的一个金属铸模，创造性的在砂模铸造中构成金属铸模，克服了传统砂模沾沙、白点、不能成型、抗压能力差等技术缺陷。

3、采用四个砂模四边角的流道技术同时灌注铸腔，以减少铸件的铸造成型时间，防止在大型铸件中常常出现的局部过早凝固而引起的铸件不能成型问题，确保了铸件的成型率。

所述的铜合金处理时保温温度为1100-1200度，二次加热温度到达值为1400-1500度；所述的经过干燥的氮气通过两个以上管道深入电炉内的铜合金溶液内部充分除气，实现铜合金溶液的快速、均匀除气。

所述的砂模四边角的石英砂内分别挖出连通铸腔的流道，流道均分为相互独立的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道构成了砂模的双流道结构，第一流道和第二流道均为由两个支管路构成的V形结构，两个支管路的交点为抬包向铸腔浇筑的进料口，抬包内的铜合金溶液沿支管路的出料口进入铸腔内，第一流道的两个支管路的两个出料口均位于铸腔底部，第二流道的两个支管路的两个出料口均位于铸腔中部；所述的双流道结构的砂模其铸件浇筑过程为：四个抬包将铜合金溶液分别注入砂模四边角的第一流道内，随着铜合金溶液到达铸腔中部，四个抬包将移动到第二流道进料口铜合金溶液通过第二流道灌满铸腔，形成铸件。通过双流道工艺两种流道不同位置的出料口极佳的克服了一直以来大型铸件由于压力问题遇到的无法成型的技术问题。作为优选的技术方案四个抬包分别为两个大抬包和两个小抬包，两个大抬包设计容量7吨实际灌装铜合金溶液5吨，两个小抬包设计容量3吨实际灌装铜合金溶液2，25，两个大抬包和两个小抬包呈对角设置，该种设计充分考虑了生产企业实际的设备困难，在没有四个大抬包的情况下，通过对角设置的大抬包和小抬包解决了大型抬包短缺的问题。

所述的第一流道在铜合金溶液流入浇筑时通过排气管排气，进一步降低铜合金溶液中的气体含量防止铸件出现气孔。

所述的铸件铸造过程中，在铜合金溶液灌满铸腔时，通过内置顶部大底部小锥管的加料箱，由加料箱继续向铸腔内不断灌注铜合金溶液。作为优选加料箱为4个或8个或12个或16个，其中选择12个加料箱时有4个加料箱为固定式安装于砂模四边的每边中间，其他8个加料箱为移动式均布于铸腔外周，通过12个加料箱共同向铸模添加铜合金溶液，在向铸模补失的同时添加铸件的成型压力，进一步提高铸件的致密性。

所述的铜合金处理中铜合金由同一个电炉分两次熔解，第一次熔解出炉的铜合金溶液加热到1400-1500度之间，分别注入一大一小两个抬包内而后覆盖一层保温剂(凯蒂(信阳)新型材料有限公司制造保温剂)，而后第二次熔解出炉的铜合金溶液加热温度与前两个抬包内的铜合金溶液测量温度相同后注入剩余两个抬包。由于该种大型的铸件一次所需的铜合金溶液就要15到20吨，目前单一电炉的融化量有限，往往需要两炉融化，而同时拥有两个这种大型电炉并不现实，也不适用于企业的实际使用，由此采用经济效益较好的单炉分两次熔炼铜合金，并通过调节第二次熔炉和第一次熔炉的温度差，达到两炉铜合金溶液获得相同的灌注温度，解决了单炉无法获得大吨位铸件所需的铜合金溶液。

所述的砂模建造中，首先在冷钢模板铺底的托板下底面铺设一层碳层，而后对成型的砂模进行硬化除气，首先在铸腔两侧的石英砂中深插入密布的排气绳，而后采用高温喷枪喷射表面的石英砂，对砂模内的石英砂进行再次除气，并最终点燃碳层燃烧24小时，以确保石英砂的干燥，防止石英砂中的水气进入铸件内而影响铸件质量。

本发明大型铜合金砂模铸造工艺通过系统化的铜合金处理、砂模建造、铸件铸造等工艺手段，解决了大型铸造中存在的铸件不能成型、气孔、沾沙等多种技术问题。

附图说明

如图1所示为本发明大型铜合金砂模铸造工艺中砂模的立体结构示意图。

具体实施方式

实施例1、如图1所示一种大型铜合金砂模铸造工艺，其步骤如下：

(一)、铜合金处理，将铜合金在电炉内熔解，而后在保温温度1100-1200度下同时注入经过干燥的氮气对铜合金溶液进行除气，完成除气的铜合金溶液在电炉内二次加热至1400-1500度；在电炉熔解完成铜合金后经过干燥的氮气通过两个以上管道深入电炉内的铜合金溶液内部充分除气。

(二)、砂模建造，首先选择石英砂在混砂机内完成混砂，并进行预热干燥，而后进行造型，将木模放在冷钢模板铺底的托板上进行摆箱构成砂模1，而后以木模内外表面为基准将冷钢模板6堆砌成铸件腔体，冷钢模板6为层叠式堆砌，每堆砌完一层冷钢模板6即将完成混砂的石英砂填充满砂模1，完成冷钢模板堆砌后，将石英砂分层捣实其后将木成模取出即可，其次在砂模1四边角的石英砂内分别挖出连通铸腔的流道，最终构成成型的砂模1；(

(三)、铸件铸造，将二次加热的铜合金溶液分别注入四个抬包内并由经过干燥的氮气对铜合金溶液进行同时再次除气，而后四个抬包将铜合金溶液分别浇筑注入砂模四边角石英砂内挖出的流道内，由流道将铜合金溶液输送至铸腔内灌满，冷却构成铸件。

实施例2、在其他与实施例1相同的前提下其区别，在砂模1四边角的石英砂内分别挖出连通铸腔的流道，流道均分为相互独立的第一流道2和第二流道3，第一流道2和第二流道3构成了砂模1的双流道结构，第一流道2和第二流道3均为由两个支管路构成的V形结构，两个支管路的交点为抬包向铸腔浇筑的进料口，抬包内的铜合金溶液沿支管路的出料口进入铸腔内，第一流道2的两个支管路的两个出料口均位于铸腔底部，第二流道3的两个支管路的两个出料口均位于铸腔中部；双流道结构的砂模1其铸件浇筑过程为：四个抬包将铜合金溶液分别注入砂模1四边角的第一流道2内，随着铜合金溶液到达铸腔中部，四个抬包将移动到第二流道进料口铜合金溶液通过第二流道3灌满铸腔，形成铸件。在铸件铸造过程中，在铜合金溶液灌满铸腔时，通过内置顶部大底部小的锥管5的加料箱4，由加料箱4继续向铸腔内不断灌注铜合金溶液。加料箱为4个或8个或12个或16个，其中选择12个加料箱时有4个加料箱为固定式安装于砂模四边的每边中间，其他8个加料箱为移动式均布于铸腔外周。4个或8个或16个的加料箱4其排列方式以均布铸腔外周为宜。

实施例3、在其他与实施例1相同的前提下其区别在四个抬包分别为两个大抬包和两个小抬包，两个大抬包设计容量7吨实际灌装铜合金溶液5吨，两个小抬包设计容量3吨实际灌装铜合金溶液2，25，两个大抬包和两个小抬包呈对角设置。

实施例4、在其他与实施例3相同的前提下其区别在铜合金处理中铜合金由同一个电炉分两次熔解，第一次熔解出炉的铜合金溶液加热到1400-1500度之间，分别注入一大一小两个抬包内而后覆盖一层保温剂(凯蒂(信阳)新型材料有限公司制造保温剂)，而后第二次熔解出炉的铜合金溶液加热温度与前两个抬包内的铜合金溶液测量温度相同后注入剩余两个抬包。

实施例5-7、在其他与实施例1相同的前提下其区别在铜合金溶液的保温温度分别为1100度、1150度、1200度；完成除气的铜合金溶液在电炉内二次加热温度分别为1400度、1450度、1500度。

Claims (10)

1.一种大型铜合金砂模铸造工艺，其步骤如下：

(一)、铜合金处理，将铜合金在电炉内熔解，而后在保温温度下同时注入经过干燥的氮气对铜合金溶液进行除气，完成除气的铜合金溶液在电炉内二次加热并超过保温温度值；

(二)、砂模建造，首先选择石英砂在混砂机内完成混砂，并进行预热干燥，而后进行造型，将木模放在冷钢模板铺底的托板上进行摆箱构成砂模，而后以木模内外表面为基准将冷钢模板堆砌成铸件腔体，冷钢模板为层叠式堆砌，每堆砌完一层冷钢模板即将完成混砂的石英砂填充满砂模，完成冷钢模板堆砌后，将石英砂分层捣实其后将木成模取出即可，其次在砂模四边角的石英砂内分别挖出连通铸腔的流道，最终构成成型的砂模；

(三)、铸件铸造，将二次加热的铜合金溶液分别注入四个抬包内并由经过干燥的氮气对铜合金溶液进行同时再次除气，而后四个抬包将铜合金溶液分别浇筑注入砂模四边角石英砂内挖出的流道内，由流道将铜合金溶液输送至铸腔内灌满，冷却构成铸件。

2.如权利要求1所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的铜合金处理时保温温度为1100-1200度，二次加热温度到达值为1400-1500度；所述的经过干燥的氮气通过两个以上管道深入电炉内的铜合金溶液内部充分除气。

3.如权利要求1所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的砂模四边角的石英砂内分别挖出连通铸腔的流道，流道均分为相互独立的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道构成了砂模的双流道结构，第一流道和第二流道均为由两个支管路构成的V形结构，两个支管路的交点为抬包向铸腔浇筑的进料口，抬包内的铜合金溶液沿支管路的出料口进入铸腔内，第一流道的两个支管路的两个出料口均位于铸腔底部，第二流道的两个支管路的两个出料口均位于铸腔中部；所述的双流道结构的砂模其铸件浇筑过程为：四个抬包将铜合金溶液分别注入砂模四边角的第一流道内，随着铜合金溶液到达铸腔中部，四个抬包将移动到第二流道进料口铜合金溶液通过第二流道灌满铸腔，形成铸件。

4.如权利要求3所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的第一流道在铜合金溶液流入浇筑时通过排气管排气。

5.如权利要求1所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的铸件铸造过程中，在铜合金溶液灌满铸腔时，通过内置顶部大底部小的锥管的加料箱，由加料箱继续向铸腔内不断灌注铜合金溶液。

6.如权利要求1所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的砂模建造中，首先在冷钢模板铺底的托板下底面铺设一层碳层，而后对成型的砂模进行硬化除气，首先在铸腔两侧的石英砂中深插入密布的排气绳，而后采用高温喷枪喷射表面的石英砂，对砂模内的石英砂进行再次除气，并最终点燃碳层燃烧24小时，以确保石英砂的干燥。

7.如权利要求1所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的四个抬包分别为两个大抬包和两个小抬包，两个大抬包设计容量7吨实际灌装铜合金溶液5吨，两个小抬包设计容量3吨实际灌装铜合金溶液2，25，两个大抬包和两个小抬包呈对角设置。

8.如权利要求7所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的铜合金处理中铜合金由同一个电炉分两次熔解，第一次熔解出炉的铜合金溶液加热到1400-1500度之间，分别注入一大一小两个抬包内而后覆盖一层保温剂(凯蒂(信阳)新型材料有限公司制造保温剂)，而后第二次熔解出炉的铜合金溶液加热温度与前两个抬包内的铜合金溶液测量温度相同后注入剩余两个抬包。

9.如权利要求3或5所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的加料箱为4个或8个或12个或16个，其中选择12个加料箱时有4个加料箱为固定式安装于砂模四边的每边中间，其他8个加料箱为移动式均布于铸腔外周。

10.如权利要求1所述的大型铜合金砂模铸造工艺，其特征在于：所述的冷却构成铸件为蜗轮胚体铸件。