CN103418745A - 砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸造生产技术领域，特别涉及一种消失模砂型逐件（组）充填排型串铸铸造新方法。按串铸的特点将所需型腔成串布置，采用有粘结剂消失模铸造的制造方法制造铸型串后，依据“逐件（组）充填、流动补缩”的理论成果进行浇补系设计，釆用有粘结剂的消失模铸造的造型方式及特点进行造型作业。采用本发明提供的铸造方法，可以在多品种、大规模铸件生产中，便捷地实现“金属熔炼”短流程工艺，能在铸件生产领域（短流程工艺或传统工艺）大幅度减少能源浪费、提高金属液利用率与减少固体废弃物排放、实现“绿色铸造”、有效改善铸造行业与自然环境之间的“非友好关系”。

Description

砂型消失模逐件(组)充填串铸铸造方法

技术领域

本发明属于铸造生产技术领域，特别涉及一种消失模砂型逐件（组）充填排型串铸铸造新方法。 

背景技术

铸造是一种重要且历史悠久的金属机件（铸件）制备方法。它对人类文明进步、社会发展，发挥了重要的促进作用。 

铸造的基本过程是将液态金属注入到特定的型腔里、让其凝固冷却后获得所需金属机件（机器零件或其坯件、生产生活用具或工艺美术作品等）。要完成这一基本过程，必须同时、同地，具备两个基本条件： 

1、具有符合需要的液态金属，俗称“金属液”。制备“金属液”的环节被叫做“金属熔炼”。 

2、具有符合需要之型腔的“铸型”。制备“铸型”的环节被叫做“造型”。 

由于“金属熔炼”必须消耗大量热能、还同时产生一些炉气与废渣，在砂型铸造中，“造型”伴有粉尘、燥声与其它废弃物，对自然环境形成负面影响。因此，从事铸件生产的这一工业行业，即铸造行业，在全世界范围内，均被视为高耗能、高污染行业。 

然而，由于众所周知的原因，当今人们对金属铸件的需要，已形成强烈的、具有传承性的依赖。故，在可以预见的人类未来历史进程中，在人类活动范畴，铸造行业依然具有不可替代的重要现实地位，而砂型铸造依然是使用最为普遍的类型。因此，在满足人们对金属铸件的需要之同时，如何尽可能降低铸造行业对能源的消 耗（浪费）及减少废弃物的排放，也就是如何实现“绿色铸造”、逐步改善铸造行业与自然环境之间的“非友好关系”，是摆在全世界铸造业者面前的长期、持久的课题！ 

“金属熔炼”短流程工艺的实现，是在铸件生产领域有效减少能源消耗、实现“绿色铸造”、改善铸造行业与自然环境之间的“非友好关系”的重要技术成就之一。其特点是将铸件生产的起始点，提前至金属矿石的冶炼工艺阶段，并将传统铸件生产过程的“熔炼”工艺细分为熔化（金属重熔）与精炼两阶段（尽管事实上大多数情况下，两阶段间并无明显界限）。由于金属矿石冶炼工艺产品的形成过程必然具有液体状态阶段，而熔化（金属重熔）结果也必然是液体状态，这是“冶炼”与“重熔”的共性。利用这一共性，将金属的冶炼工艺流程与铸件生产工艺流程在“熔炼”环节进行有机结合，按照铸件生产工艺的要求，对液体状态的冶炼工艺产品进行精炼，以达成“熔炼”的目的。很明显：“熔炼”短流程工艺与传统“熔炼”工艺相比较，减少了熔化（金属重熔）阶段，节省了为此消耗的热能！以铸铁件生产为例，釆用“熔炼”短流程工艺后，与传统铸铁“熔炼”工艺相比较，可减少熔化（金属重熔）阶段，节省“熔炼”消耗总热能的70%！在铸钢和有色金属铸件生产中，也有类似节能效果。 

由于金属的冶炼工艺通常是长时间连续作业，而传统的冶炼设备的生产效率远高于传统铸件生产过程的“熔炼”工艺设备的效率，因此，从金属“熔炼”这一环节而言，釆用“熔炼”短流程工艺后，与传统“熔炼”工艺相比较，更能实现高效、节能和集约化大规模的铸件生产过程。 

但是，尽管“熔炼”短流程工艺成功应用的实例，在铸钢、铸铁和有色金属铸件生产中并不鲜见，但已有的案例规模很小，推广行动实效甚微！其原因如下： 

1、釆用“熔炼”短流程工艺时的相关工艺技术、装备和质量保证体系等，有待 完善和提高；在此，本申请不予讨论； 

2、釆用“熔炼”短流程工艺时，在砂型铸造中，“造型”环节的现有常用工艺方法、装备，很难在生产节奏方面与之同步，难以获得高效、节能和集约化大规模生产铸件的预期效果。 

要想获得高效、节能和集约化大规模生产铸件的效果，首先要确保“熔炼”与“造型”在生产节奏上同步。在传统的铸件生产中，“熔炼”与“造型”之间的关系如下图〖1〗（以砂型铸造生产铸铁件为例）所示： 

从图〖1〗所示可以做出如下判断：在铸件生产中，从工艺技术角度来看，浇注环节是造型、熔炼环节之间连接的纽带。也就是说，完成铸造基本过程的步骤是：造型、熔炼结束后，经浇注方能使金属液进入并充满铸型，待其凝固、冷却后，获得铸件。要顺利且连续进行铸件生产，这就需要“熔炼”、“造型”二者在节奏上同步，即，在将要进行的某次浇注作业的相同时间点，造型环节所造铸型需要浇注金属液的化学成份百分含量、浇注温度（温度范围）、金属液的要求重量，应与熔炼环节在此时能够提供给浇注使用的金属液的化学成份百分含量、浇注温度（温度范围）、金属液的供给重量均相一致，并且能在规定时间内，即能在规定的浇注时间完成当次浇注，以便让造型、熔炼两个环节同步进入下一次浇注的准备。否则，当到达下一次浇注时间点时，既可能出现铸型等待金属液的情况，也可能出现金属液等待铸型的情况，二者均可导致能源的浪费、节奏不合、生产效率降低，不利于获得高效、节能和集约化大规模生产铸件的预期效果。前者，降低生产效率；后者，影响金属液的质量，甚致报废金属液！ 

在现实生产中常釆用机械化、自动化作业的造型生产线，如震动压实造型生产线、多触头微震压实造型生产线、静压造型生产线、挤压造型生产线等实现大批量、 大规模铸件的生产。这些造型生产线的共同特点是，在一定条件下，造型效率高，铸型质量均衡，造型过程便于自动化。但，造型节奏为固定时长、砂型最大尺寸被限制、浇注工位被安排在造型工位末端之后、待浇注的铸型从造型工位末端向浇注工位移动的方式为步进式移动等。这些特点的存在，注定了它们中的某一条造型生产线在规定的浇注时间完成浇注量，是很有局限的！因此，为了保持“熔炼”与“造型”在生产中的节奏一致，实践中通过两种路径来实现： 

1、把铸造企业中的某一条造型生产线的造型节奏为依据，专门为该条造型生产线配置适合的熔炼设备系统，构成一个独立的、单一铸件生产工艺体系；随其产品之品种、产量的扩大，増加这种独立的铸件生产工艺体系之数量以满足需要；如，国内某汽车制造厂曾为其产品所需发动机机体、发动机曲轴、后桥等，专门各建了一个单一铸件生产工艺体系； 

2、以铸造企业的目标产品之品种、产量所需要的节奏为依据，设置集中、共用的大型熔炼设备系统，并按照该熔炼设备系统生产金属液的单位产量与节奏状况，配置多种造型方式的多条造型生产线，构成一个较复杂的铸件生产工艺体系；这种铸件生产工艺体系，比较实用于集约化大规模生产铸件的需要。例如，四川眉山地区某铸造企业便以20T/H冲天炉与两台套10T中频电炉进行双联熔炼，配置微震压实造型生产线、静压造型生产线、挤压造型生产线及其它造型线，构成了一个较复杂的铸件生产工艺体系，年产汽车用铸铁件近10万吨。 

上述两种路径无一例外地依赖大量造型装备及大面积厂房，生产组织较复杂。然而，釆用“熔炼”短流程工艺的先决条件，是在冶炼工艺生产现场就近展开铸件生产工艺流程，并将二者结合起来，既不改变冶炼工艺生产现有秩序与节奏，又保证铸件生产工艺流程对金属液的需求的情况下，才能获得高效、节能和集约化大规 模生产铸件的效果。由于金属的冶炼工艺通常是长时间连续作业，且能向铸件生产工艺流程提供金属液的实际能力，远大于传统的冶炼设备具备的能力，因此，要依据冶炼工艺生产现场的节奏进行铸件生产工艺流程的造型作业并完成浇注，无论釆用上述二者中的哪一种路径，都会在场地、设备投入等方面，面临很大的困难。因为，冶炼工艺生产现场往往都处于矿山所在地区，难以寻求集中于冶炼工艺生产现场邻近的铸件生产的大面积生产用地，加之，无论釆用上述二者中哪一种路径配备造型生产线，均需大量资金投入。 

这正是“熔炼”短流程工艺生产铸件这一节能技术在推广中面临的重要难题之一！ 

本申请可以有效解决这一难题!同时，也可为传统的铸造企业在釆取铸造方法时提供一个新的选项。 

发明内容

一、本发明提供一种铸件生产中新的铸造工艺方法：砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法。 

这种铸造方法是以“串铸”技术（<<串铸技术及应用>>机械工业出版社，1997.10第一版，高绍君等编箸）为工艺设计基础，以“消失模铸造（有粘结剂）”的造型方式及特点为造型手段，在结合二者优势的前提下，进行集成创新后的成果。 

本成果的创新点在于：依据“串铸”技术的“逐件（组）充填、流动补缩”设计原理和方法，结合铸造企业的产品构成、生产装备状况、厂房配备情况、商务要求等，进行铸型工艺设计，釆用“消失模铸造（有粘结剂）”的造型方式及特点进行造型作业。前者的主要优势在于：铸件“补缩”条件好、工艺出品率高、能使大多数类型、特别是中小型的铸件的生产，在非机械化、自动化造型条件下，也能开展 成批大量性生产，并且与其它工艺方法相比，厂房占用率大为降低，生产组织大为方便。后者的主要优势在于：造型时，无“起模”过程，而其它所有造型方法均因必须具备“起模”过程而面临的困难，但其在本发明中已荡然无存。因此，它为铸型工艺设计时，确定“浇注”及“引注”位置提供了更多的选择性，没有了分型面，铸型也无外型与砂芯之分，铸件的加工余量小且可做到随形状设定加工余量，铸型的合理性及整体性极强，在铸型的搬、运过程中不易损坏，在同等条件下可减少用砂量，铸型重量减轻。当二者结合形成为本申请砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法时，它便形成了如下突出优点： 

1、由于依据“串铸”技术的工艺设计原理和方法进行铸型工艺设计，一串铸型为一个浇注单位，使得成批大量需求的单一件号铸件生产，能在非机械化、非自动化造型流水线的条件下得以顺利完成，且依据“逐件（组）充填、流动补缩”的原理（<<串铸技术及应用>>机械工业出版社，1997.10第一版，高绍君等编箸）进行工艺设计，铸件的“补缩”要求容易得到保证，工艺出品率（金属液利用率）得到提高、节约一定的能源。同时，可为铸造企业极大地节省造型流水线的资金投入，同时也节约了造型流水线的运行能源、维护保养费用，降低造型成本。铸造企业的生产成本会因造型成本的降低、工艺出品率（金属液利用率）的提高而降低； 

2、由于釆用“消失模铸造（有粘结剂）”的造型方式及特点进行造型作业，造型时无“起模”过程，有利于各种工艺手段的使用。因此，本发明申请方法的实施将不再受到铸件重量大小、结构尺寸的局限。同时，只要铸件牌号相同的铸件，无论是否为相同件号，均可组成同一串铸型，该方法的实施也将不再受到铸件的批量大小局限，同时，投入大量自动造型生产线已不再是必须！ 

3、由于上述两个优势，使得砂型消失模逐件（组）充填串铸’铸造方法在铸 型工艺及与熔炼工艺的节奏方面均容易实现和谐，它既可以与传统方式的熔炼装备构成铸件生产工艺流程，也可与“熔炼”短流程工艺的熔炼装备组成铸件生产工艺流程，故，它具有极强的适应范围，同时均能达成高效、节能和集约化大规模生产铸件的预期效果。 

4、申请人特别指出：本申请砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法特别适合与“熔炼”短流程工艺构成铸件生产工艺流程。理由如下： 

砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法的实施，对大型厂房及大面积辅助用地的依赖性远低于当今已有的各种砂型铸造造型方法。铸造企业拟采用“熔炼”短流程工艺构成铸件生产工艺流程时，在“冶炼”、“浇注”邻近区域无须建造传统的大型厂房和太大面积的造型使用场。并且，由于本申请具有铸型的合理性及整体性极强，在铸型的搬、运过程中不易损坏的特点，故，还可以将铸造企业的全部造型任务，按计划生产铸件的相关特点进行分类，采取“模块化”生产组织形式，进行易地造型，按浇注的需要将铸型运送至“浇注”现场接受浇注，待金属液浇注完成且凝固后，整体转运至“落砂清理”现场。这样，在“冶炼”、“浇注”邻近区域仅需额外配备“浇注”场地即可，既可以减轻集约化大规模生产铸件对成片土地、大型厂房的依赖，也有利于改善企业生产现场的环境状况、实现固体废弃物的集中处理。 

此外，当采用本申请砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法进行铸件生产时，当今已有的各种砂型铸造造型手段及铸型材料，在适宜条件下均可使用，其选择依据和方法无异。 

二、本发明申请的创新思路及创新点： 

1、串铸技术： 

“串铸”是铸造工艺中的一个独立分支。在全世界，各种形式的“串铸”工艺在实践中，经验性应用早已有之，但对串铸技术进行专门、系统研究的专家、学者为数不多。“四川工业学院(现为西华大学)特种合金研究所”高绍君教授带领的专家团队是其之一。他们于上世纪八十年代初至九十年代末，近二十年时间里，对“串铸技术”进行了系统、深入的研究，并形成了“逐件(组)充填、流动补缩”的理论成果，同时进行了大量的推广应用，形成了“逐件(组)充填水平串铸”、“逐件(组)充填排型串铸”（<<串铸技术及应用>>机械工业出版社，1997.10第一版，高绍君等编箸）等新形式的串铸工艺，有效地帮助当时的一些中小型铸造企业在无需投入大规模成套造型装备的条件下，实现了多品种、成批量的中小型铸件的规模化生产，并且铸件的品质保证能力强、生产成本低、效率高。 

1.1、“逐件(组)充填水平串铸”： 

“逐件充填水平串铸”，就是在水平分型两箱造型方法中，金属液由同一浇包经过具特殊结构的共用“浇补系统”，单向或双向从头至尾一件挨一件地依次自各型腔顶面或顶侧面浇入一串型腔。金属液在浇注时，首先浇注第一个控制器及所对应的型腔，在它将其充满前，绝不允许金属液进入下一件的型腔。当第一个控制器及所对应的型腔充满后，金属液通过第一个控制器进入第二个控制器并充填所对应的型腔，此时，第一个控制器里的金属液便是来自浇包的金属液，它的温度通常较铸型中己有金属液的温度高，它便对此前已充填完毕的第一个铸件进行补缩，如此有序地完成第三、第四……，直至最后一件。由于完成铸件补缩的金属液，始终都是来自“浇包”的、在流动过程中的高温金属液，这便是“流动补缩”，这种铸造方法就叫：“逐件充填水平串铸”，如图2所示。 

这种方法的铸型及造型特点是，铸件“型腔”全部位于下箱，沿砂箱长度方向， 直线型排列成一串或多串“型腔”，其“浇补系统”位于上箱。每一铸件型腔正顶面或顶侧面均设置一个控制器（或冒口），两控制器之间预埋一个“过桥芯”，“过桥芯”内有一沿充填方向朝下倾斜的通道，它便是连接两控制器的横浇道。直浇道设于型腔端部或中央，上箱内用一段横浇道与第一件的控制器在分型面上相连。铸型材料及造型方法与传统砂型铸造相同。 

“逐组充填水平串铸”，在充填、补缩原理、铸型材料及造型方法等方面与“逐件充填水平串铸”相同，只是在浇注位置的确定、型腔布置、浇注手段选择等方面更加灵活。如图3所示。 

1.2、“逐件(组)充填排型串铸”： 

在排型串铸中，金属液通过公用“横浇道”被逐一输送到位于每个型腔顶面的垂直内浇之上的控制器中，严格按照同一时间内只充填一个铸件型腔的规律，依次充填第一、第二、第三，……，直到最后一个型腔被充填结束，这便是“逐件充填排型串铸”，如图4所示： 

图5为成都地区某工厂于上世纪八十年代某至九十年代初，采用“逐件充填排型串铸”生产R175柴油机曲轴的铸造工艺示意图。 

在“逐件充填排型串铸”基础上，在一串铸型中，各副铸型里不是布置一个铸件的型腔，而是合理地安排两个或多个铸件的型腔，由同一个控制器向该组“型腔”提供金属液，一组接一组充填整串铸型，这便是“逐组充填排型串铸”，如图6所示： 

事实上，依据“逐件(组)充填、流动补缩”的理论成果还形成有串铸工艺方法的其它形式。这种方法在上世纪九十年代初起，曾在球磨机耐磨件（衬板等）、内燃机零配件（如曲轴、飞轮等）、空压机配件（缸盖等）的铸件生产中得以应用。它既能够与传统“串铸技术”那样，在无需大规模投入造型装备、对造型手段、场地选 择性不强且十分节省造型场地的面积的条件下，能够高效组织成批大量需求的中小铸件的生产；同时，由于要实现“逐件(组)充填、流动补缩”，它的“浇补系统”中包含的控制器，具有很强的撇渣、排气能力，因此，铸件产生渣气孔缺陷的概率大为降低！在生产实践中，它体现在劳动生产率提高、保证铸件品质、提高金属液利用率、节约生产场地与消耗等多方面的明显效果。但是，由于当时的造型技术手段尚未得到重要突破，在这种方法的应用中，只能使用传统的造型技术方法，即，填砂紧实后，模具必须从型砂中取出。这就极大的限制了它们的应用范围。 

2、实型铸造(消失模铸造)： 

消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有无与伦比的优势，因此被国内外铸造业誉为“2l世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。 

消失模铸造根据其铸型材料分为：自硬砂消失模铸造和无粘结剂干砂消失模铸造。 

消失模铸造分类 

（吕振林，周永欣，徐春杰等编著，《铸造工艺及应用》，国防工业出版社， 2011.01，第219页） 

消失模铸造浇注系统结构简单，一般采用直筒形直绕道，形状可以是圆形或方形，最好采用中空的EP5模样或特制的陶瓷管。在浇注过程中浇注系统要便于热解产物的逸出，且便于搬运和较好支撑模样束。内浇道的位置尽量选择在非重要加工面上。 

按金属液进入型腔的位置，浇注系统可分为顶注、底注和侧注。顶注式浇注系统充型速度快，有利于定向凝固和补缩，适用于高度不大的铸件；底注式浇注系统充型平稳，适合于壁厚高大型铸件；侧注式充型介于两者之间，适用于中等或高度不大的铸件。 

消失模铸造中冒口有补缩和排渣的作用。一般采用“球形”暗冒口，也可采用明冒口，其设计可遵循传统的砂型铸造冒口的设计原则和方法。 

本申请，便是将上述两方法优势的有机结合后形成的结果。它是一种新的铸造方法： 

即，砂型消失模逐件或逐组充填串铸铸造方法这种方法，按串铸的特点将所需型腔成串布置，采用（有粘结剂）消失模铸造的制造方法制造铸型串后，依据“逐件（组）充填、流动补缩”的理论成果进行浇补系设计，釆用有粘结剂的消失模铸造的造型方式及特点进行造型作业。 

本发明提供的方法造型时无“起模”过程，有利于各种工艺手段的使用。因此，本发明申请方法的实施将不再受到铸件重量大小、结构尺寸的局限。同时，只要铸件牌号相同的铸件，无论是否为相同件号，均可组成同一串铸型，该方法的实施也将不再受到铸件的批量大小局限，同时，投入大量自动造型生产线已不再是必须！ 

它特别适合与“熔炼”短流程工艺构成铸件生产工艺流程，也可以认为，到目 前为止，这是能助推“熔炼”短流程工艺最容易、最节约的铸造新方法。 

三、本申请砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法的实施方案： 

图7为本申请方法实施的流程示意图： 

3.1、铸型串的设计： 

3.1.1、铸型串布置，即，“型腔数量”及“型腔”种类的确定： 

这里的“型腔数量”是指在每一个铸型串中，将要包含的单个铸件型腔的总和，也就是每一个“铸型串”在接受完成浇注以后，形成铸件的总数。采用传统的串铸技术方法，受制于“铸型串”制造手段中不可或缺的“起模、下芯”环节，铸型串中的型腔被要求是单一铸件型腔的依次重复，其数量以符合生产现场的条件为宜。在本申请方法中，“铸型串”制造采用（有粘结剂）消失模铸造的制造方法，其造型过程省略了“起模、下芯”环节，避免了所有传统砂型铸造因必须“起模、下芯”而受到的制约，因此，铸型串中的型腔可以是单一铸件型腔的依次重复，也可以是非单一铸件型腔的依次重复，其数量以符合生产现场的条件为宜。但需要浇入全部型腔的液态金属之化学组份及其百分含量应一致。如果需不同大小及壁厚不一致的铸件的“型腔”共同组成同一型串时，应将单个型腔液态金属需要量较大的种类置于更靠近如图〖2〗至图〖5〗所示的浇口盆； 

3.1.2、铸造工艺方案的确定： 

其主要任务是确定分型面及浇注位置。浇注位置是指在每一个铸型接受浇注时，铸件型腔的空间位置。它们的确定前提是确保金属液平稳充满“型腔”并使铸型温度场的分布或控制，有利于进行“补缩”的位置空间。在这一点上，所有砂型铸造方法都是一致的。但是，采用传统的串铸技术方法，与所有铸造方法一样，造型时不可避免有“起模”过程，确定分型面及浇注位置时，往往受制于“型串”制造手 段中不可或缺的“起模、下芯”环节，不得不以牺牲铸型温度场的分布或控制的合理性，削弱对铸件“补缩”的应有位置空间，而牵就造型手段。这也是传统的“串铸技术”方法在应用范围受到较大局限的根本原因。在本申请方法中，“铸型串”制造采用（有粘结剂）消失模铸造的制造方法，其造型过程省略了“起模、下芯”环节，避免了所有传统砂型铸造因必须“起模”而受到的制约，因此，无需浇分型面且浇注位置完全可以做到以符合充分保证铸型温度场的分布或控制，有利于对铸型充填与“补缩”的要求而确定。 

但必须强调，在本申请方法中，消失模本身在与金属液进行空间置换时，不可避免地会产生一定CO₂及少量轻质固体残留物，在铸造工艺方案的确定时，应予以关注。 

3.1.3、铸造工艺参数的确定： 

铸造工艺参数的确定方法与传统铸造工艺相同，但在本申请方法中，“型串”制造采用（有粘结剂）消失模铸造的制造方法，其造型过程省略了“起模、下芯”环节，故，传统铸造工艺中的相关参数，如：拔模斜度、分型负数等，不再需要。同时，加工余量的大小也只需考虑弥补热变形及表面缺陷的需要，……，总之，用本申请方法生产的铸件，在相同情况下，比所有现行砂型铸造方法生产的铸件更加“精、秀”，更接近零件本身的形状和尺寸，并且相同铸件之间的内外质量状态更趋一致。 

3.1.4、“浇注、补缩”系统设计： 

“浇注、补缩”系统设计完全依照<<串铸技术及应用>>（机械工业出版社，1997.10第一版）介绍的方法进行。只是在本申请方法中，其造型过程省略了“起模、下芯”环节，铸型串中的型腔可以是单一铸件型腔的依次重复，也可以是非单一铸件型腔的依次重复；它们可以呈直线形分布，也可以呈非直线形分布，甚至可以空 间立体分布！ 

3.1.4.1、在设计“浇注、补缩”系统时、具体设计各型腔的控制器及其两两连接结构时，应充分关注这一点：“浇注、补缩”系统设计须依据“逐件(组)充填、流动补缩”的理论成果，严格按照同一时间内只充填一个铸件型腔的规律，依次充填第一个铸件型腔、第二个铸件型腔、第三个铸件型腔，……，直到最后一个型腔被充填结束的要求设计；它的控制断面通常是在浇口盆与第一型腔的控制器之间； 

设计“浇注、补缩”系统结构时，应充分照顾到实际造型的过程是制造型串这一特点，应尽量使之方便、快捷； 

3.1.4.2、由于在本申请方法中，“型串”制造采用（有粘结剂）消失模铸造的制造方法，其造型过程省略了“起模、下芯”环节，避免了所有传统砂型铸造因必须“起模、下芯”而受到的制约，为工艺设计和实施开拓了广阔的前景。但是，消失模的发泡塑料模型遇高温金属液时，终将产生比传统铸造工艺方法中的铸型更多的气体和发泡塑料模型分解后的残留物质。因此，在设计“浇注、补缩”系统时、具体设计各型腔的时候，应专门设置排气或集气、聚渣结构，此结构纯属工艺结构，在落砂、清理时应予去除； 

3.2、铸型串的制造： 

3.2.1、发泡塑料模型粘结组合成模型簇： 

3.2.1.1、发泡塑料模型的制造： 

按上述工艺设计要求制造发泡塑料模型，制造方法、过程及对发泡塑料模型的质量要求与实型铸造(消失模铸造、有粘结剂)中，发泡塑料模型的制造完全相同； 

3.2.1.2、发泡塑料模型粘结组合成模型簇： 

该环节的基本方法与其它消失模铸造的同一环节的基本方法相同。但是，本申 请方法中，各发泡塑料模型在铸型串的位置与该方法的工艺设计要求是很有特点的，因此，在进行发泡塑料模型粘结组合成模型簇的环节时，应根据铸型串的设计，并接合发泡塑料模型的具体结构、大小等情况，确定其粘结组合成模型簇的具体次序及粘结方式；这一环节可以在发泡塑料模型喷涂料前、后，或与填砂紧实交叉进行均可； 

3.2.2、填砂紧实： 

该环节的基本方法与其它砂型铸造的同一环节的基本方法相同。铸型串的型砂，从理论上讲，可以是其它砂型铸造采用任何型砂。但是，本申请方法中，发泡塑料模型合成模型簇后，其模型的数量与模型簇结构的复杂性，均超过了其它砂型铸造的同一环节，因此，采用本申请方法时，申请人建议使用树脂砂或脂硬化水玻璃砂，在有条件实施“熔炼”短流程工艺的企业，利用冶炼炉气，釆用加热硬化“水玻璃砂”更节约综合成本，也更环保。这一环节应根据铸型串的具体情形，可单独进行，也可以与前述环节交叉进行； 

3.3、铸型串的干燥： 

因本申请方法可以采用不同种类的型砂，铸型串是否需要进行干燥，应根据各铸造企业实际情况确定。如需要进行干燥，其方法与传统方法一致。 

3.4、浇注：其方法与传统方法一致。 

本发明的有益效果为：采用本发明提供的铸造方法，可以在多品种、大规模铸件生产中，便捷地实现“金属熔炼”短流程工艺，能在铸件生产领域（短流程工艺或传统工艺）大幅度减少能源浪费、提高金属液利用率与减少固体废弃物排放、实现“绿色铸造”、有效改善铸造行业与自然环境之间的“非友好关系”。 

本发明提供的特别适合与“熔炼”短流程工艺构成铸件生产工艺流程，也可以 认为，到目前为止，这是能助推“熔炼”短流程工艺最容易、最节约的铸造新方法。 

本发明提供的方法，按串铸的特点将所需型腔成串布置后，依据“逐件(组)充填、流动补缩”的理论成果进行浇补系设计，釆用“消失模铸造（有粘结剂）”的造型方式及特点进行造型作业，造型时无“起模”过程，有利于各种工艺手段的使用。因此，本发明申请方法的实施将不再受到铸件重量大小、结构尺寸的局限。同时，只要铸件牌号相同的铸件，无论是否为相同件号，均可组成同一串铸型，该方法的实施也将不再受到铸件的批量大小局限，同时，投入大量自动造型生产线已不再是必须！ 

附图说明

图1是“熔炼”与“造型”之间的关系示意图； 

图2是三通阀体逐件充填水平串铸工艺示意图； 

图3是逐组充填原理示意图； 

图4是逐件充填排型串铸工艺图； 

图5是逐件充填排型串铸R175柴油机曲轴工艺图； 

图6是两件侧控制器组； 

图7是本申请方法实施的流程示意图； 

图8是本申请实施例的铸型串中型组布置示意图； 

图9是本申请实施例的铸型串中型串布置示意图； 

图10是本申请实施例的铸型串的制造示意图； 

图2中标号：1-浇口盆，2-直浇道，3-控制器，4-上箱，5-下箱，6-横浇道，7-铸件，8-过桥芯； 

图3中标号：1-上箱，2-浇口盆，3-直浇道，4-横浇道，5-控制器，6-过桥芯； 7-下箱，8-铸件组； 

图4中标号：1-型块，2-内浇道，3-型芯，4-型腔，5-横浇道，6-控制器，7-直浇道，8-浇口盆，9-金属液，10-浇包； 

图5中标号：1-螺杆，2-夹板，3-型块，4-浇口盆，5-直浇道，6-球型控制器，7-横浇道，8-内浇道，9-铸件； 

图6中标号：1-横浇道，2-侧控制器，3-内浇道，4-铸件，5-型块轮廓； 

图9中标号:1-浇口盆；2-直浇口；3-控制器；4-横浇口；5-内浇口； 

图10中标号:(a)为造型时模样的先后层次，(b)为浇注时模样的上下层次；其中，(a)中1、2、3、4为造型时模样的先后层次，数小为先；

是分模面，“上、下”为造型时模样的相对位置；(b)中的1、2、3、4为浇注时模样的上下层次，数小为上。 

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。 

砂型消失模逐（组）充填串铸铸造方法，按串铸的特点将所需型腔成串布置，采用有粘结剂消失模铸造的制造方法制造铸型串后，依据“逐件（组）充填、流动补缩”的理论成果进行浇补系设计，釆用有粘结剂的消失模铸造的造型方式及特点进行造型作业。 

铸件名称：球磨机用钢球（俗称“磨球”），规格：∮100（球）， 

材料：微量多元抭磨钢， 

生产属性：长期大量生产， 

企业生产条件：少量机器辅助的手工造型及感应电炉熔炼铸造生产体系。 

1、铸型串的设计：铸型串布置、铸造工艺方案的确定、铸造工艺参数的确定、“浇注、补缩”系统设计 

本件很有特色。其外观仅是一个直径为100毫米的球体，就单个钢球而言，其铸造工艺的选择性不大，无论是浇注位置和冒口位置均在其最大直径处。传统生产中的补缩较难、劳动生产率较低。在釆用砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法生产时，作如下安排： 

1.1、纵向多层分布形成型组、横向多组串联形成型串： 

1.1.1、纵向多层分布形成型组： 

纵向按上、中、下三层分布，且各自拥有独立的浇、冒口，层与层之间由冒口上下联接，每层设计8个钢球，均匀分布。控制器置于最上层冒口上方，每组共24个钢球，如图8所示： 

1.1.2、横向多组串联形成型串： 

本案在横向设计10个“组型”串联形成型串，“型串”呈直线形分布，组与组之间由横浇道联接，每串共240个钢球。在第一组控制器上方设置浇口盆，浇口盆与该控制器由直浇口联接，如图9所示： 

1.2铸造工艺方案： 

每串铸型为整体铸型，“浇口盆”、“直浇口”、“横浇口”采用耐火材料预制件，“冒口”、“内浇口”、“铸件”（钢球）本体模样采用消失模。浇注过程中，“金属液”首先通过直浇口进入第一组铸型的控制器后，开始依次充填该组铸型的最下层、中间层、最上层，且遵循逐层充填原则。在至下而上充满第一组铸型后，金属液在第一组铸型的控制器内迅速上升，并通过第二组型控制器的“横浇口”，进入第二组型开始依 次充填该组铸型的最下层、中间层、最上层。在至下而上充满第二组铸型后，金属液又在第二组铸型的控制器内迅速上升，并通过第三组型控制器的“横浇口”，进入第三组型开始充填该组铸型。接着是第四、第五......；金属液在充填第二组型的过程中，它是首先经过第一组铸型的控制器后，再进入第二组型的控制器充填第二组型，与此同时，第一组铸型的控制器的金属液保持了相对较高的温度和流动性，既能顺利流至后续的型组控制器进行充填，又能对第一组铸型的铸件进“补缩”，以此后推至完成浇注。 

1.3铸造工艺参数及浇补系统的主要结构尺寸： 

直浇口直径35mm、面积：9.6^cm²；横浇口最小直径：32mm、面积8.04^cm²；内浇口最小直径：20mm、面积：3.14^cm²/个×8/层=21.5^cm²/层； 

浇注系统各组元最小断面积比例： 

直浇口：横浇口：内浇口 

=9.6^cm²：8.04^cm²：21.5^cm²

=1.19：1：2.67 

在本案例，在整个浇注过程中，直浇口到横浇口处于封闭状态，横浇口到内浇口处于开放状态，也就是说：已被充填型组的横浇口及控制器在整个浇注过程中仍保特充满状态。这符合本发明的“逐件(组)充填、流动补缩”工艺设计原理。 

2.铸型串的制造： 

本案例生产的铸件（磨球）结构简单，故该环节的基本方法与其它消失模铸造的同一环节的基本方法相同。但是，本案例中，其模组及型串的结构依然具有一定的复杂性，各发泡塑料模型的位置在铸型串的位置与该方法的工艺设计要求是很有特点的，因此，在进行发泡塑料模型粘结组合成模型簇的环节时，在发泡塑料模型 喷涂料后，与填砂紧实交叉进行；如图10所示： 

具体方法为： 

2.1每个模组的消失模如图10-A所示分为四层，各模组的消失模序号相同的层次，在填砂时处于同一水平位置，由此，铸型串的消失模如图10-B所示分为了四层； 

2.2填砂过程中，首先完成铸型串的第一层（图10-B所示中的第一层），以此为基础，依次完成第二至四层。这一环节，各层的相对位置由下至上分别为第一层、第二层、第三层、第四层（如图10-A所示），与浇注时的位置相反（图10-B所示）； 

本案例釆用“慢脂硬化水玻璃砂造型”，其操作环节与传充手工造型铸造方法相同，只是消失模不再被取出。 

3.熔炼与浇注： 

其操作环节与传充铸造方法中的吊包浇注相同； 

4.除砂清理： 

其操作环节与传充手工造型铸造方法相同； 

5.检验入库。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (8)

1.砂型消失模逐件（组）充填串铸铸造方法，其特征在于：按“串铸”的特点将所需型腔成串布置，采用“有粘结剂的消失模铸造”的制造方法制造铸型串后，依据“逐件（组）充填、流动补缩”的理论成果进行浇补系设计，釆用有粘结剂的消失模铸造的造型方式及特点进行造型作业。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：铸型串中的型腔可是单一铸件型腔的依次重复，或者是非单一铸件型腔的依次重复。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：不同大小及壁厚不一致的铸件的“型腔”共同组成同一型串时，将单个型腔液态金属需要量较大的种类置于更靠近浇口盆的位置。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：铸型串中的型腔呈直线形分布、非直线形分布或空间立体分布。 

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：按同一时间内只充填一个铸件型腔的规律，依次充填。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设计各型腔的时候，应专门设置排气或集气、聚渣结构。 

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行发泡塑料模型粘结组合成模型簇的环节时，应根据铸型串的设计，并接合发泡塑料模型的具体结构、大小等情况，确定其粘结组合成模型簇的具体次序及粘结方式；这一环节设于发泡塑料模型喷涂料前、后，或与填砂紧实交叉进行。 

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：造型填砂紧实时，使用树脂砂或脂硬化水玻璃砂。 

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