CN103418747A - 双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺及工艺用砂箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消失模铸造领域，具体是一种双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺及工艺用砂箱。实现了消失模铸造工艺在灰铸铁薄壁管件生产领域中的应用。工艺包括：珠粒预发泡、制模成型、白模烘干及粘结、上涂料、烘干、装箱、负压浇注、出箱打磨；制模成型步骤如下：合模——充入EPS珠粒——充入蒸气、熟化EPS珠粒、成型白模——充入冷却水冷却——开模取出白模；装箱步骤如下：向砂箱内倒入底砂振实、刮平，在底砂上插设立式芯骨，立式芯骨与砂箱底板垂直，将烘干好的管件白模以立式芯骨为中心轴放于底砂上，分次填充干砂振实，覆盖聚乙烯薄膜，待浇注。本发明方法改进合理，适用于加工高精度、高质量的灰铸铁薄壁管件及1.5米长度以上的双承插口灰铸铁薄壁管件。

Description

双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺及工艺用砂箱

技术领域

本发明涉及消失模铸造领域，具体是一种双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺及工艺用砂箱。

背景技术

目前市场上的灰铸铁薄壁管件（壁厚3-4mm）多采用砂型铸造方法生产。以砂型铸造方法生产薄壁管件存在以下技术问题：1、针对结构较复杂的薄壁管件，制芯难度大，铸造后芯骨取出困难，只能打断报废，再生产需不断的制作芯骨；2、在铸造过程中定位不精确，生产浇注过程中易形成抬芯，导致管件壁厚不均匀；3、针对较长类型的管件产品，如1.5米双承插口薄壁管件和两边较长的直弯薄壁管件产品，以粘土砂湿型铸造难度更大，需采用粘土砂干型铸造工艺，芯骨需经烘干，而粘土砂干型铸造，环境污染严重，工人作业环境恶劣，粘土砂干型铸造使用的型芯烘干炉又浪费能源，而且粘土砂干型铸造工艺已是工信部铸造企业准入制度及工信部【2010】淘汰部分工产品工艺目录中要淘汰的落后工艺。

除以砂型铸造方法生产灰铸铁薄壁管件外，树脂砂及V法铸造工艺也可生产，但由于生产成本较高，基本上无企业采用。

消失模铸造又称为干砂实型负压铸造，是一种近净型的铸件加工工艺，既节能又环保，被国内外铸造界称为21世纪的绿色铸造工艺。该铸造工艺是将与铸件尺寸形状一致的泡沫模型刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件。其工艺流程大致分为：珠粒预发泡、制模成型、白模烘干及粘结、上涂料、烘干、装箱、负压浇注、出箱清理打磨得到产品。而目前消失模铸造工艺主要用于灰铸铁厚壁铸件的生产，对于厚壁铸件来说，其铸件的白模即使局部有一些密度不匀，对铸件质量的影响可忽略不计。而对于壁厚仅为3-4mm的薄壁铸件来说，铸件白模的密度不匀直接导致白模相应处的强度和刚度也很不均匀，致使粘模时白模圆度不易控制，很容易造成管件的口径缺陷（椭圆或不圆），不仅给粘模、上涂料、烘干以及装箱造型等后续工艺中校正其口径带来很大难度，产品质量不易保证；而且还严重浪费EPS珠粒原料，这可能就是国内很少有厂家采用消失模铸造工艺生产薄壁管件的原因吧。尤其以消失模铸造工艺生产1.5米长度以上双承插口薄壁管件时，由于模管里面干砂负压形成的芯较长，在浇注过程中，由于动平衡的作用，使其负压作用下的干砂芯强度、刚度破毁，极易出现塌箱等状况，致使产品报废。

发明内容

本发明为了实现消失模铸造工艺在灰铸铁薄壁管件生产领域中的应用，避免灰铸铁薄壁管件的口径缺陷，保证灰铸铁薄壁管件的产品质量，且为能以消失模铸造工艺生产出合格的1.5米长度以上双承插口灰铸铁薄壁管件，提供了一种双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺及工艺用砂箱。

本发明是采用如下技术方案实现的：双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺，其工艺流程包括：珠粒预发泡、制模成型、白模烘干及粘结、上涂料、烘干、装箱、负压浇注、出箱打磨；其中，制模成型步骤如下：操作成型机合模（使成型机的动模10与定模11闭合）——向成型机的模型中充入经珠粒预发泡步骤得到的EPS珠粒（充料时进入成型机模型和型腔的气体由排气管道排出，如图3所示）——向成型机的模型中充入蒸气、熟化EPS珠粒、成型白模——向成型机的模型中充入冷却水冷却——操作成型机开模取出白模（开模时，冷却水排出，型腔内进入压缩空气，松动白模以便取出）；装箱步骤如下：向砂箱内倒入底砂（即石英砂）振实、刮平，在底砂上插设立式芯骨，并保持立式芯骨与砂箱底板垂直，然后将烘干好的管件白模以立式芯骨为中心轴放于砂箱内的底砂上（即管件白模外套于立式芯骨），分次填充干砂振实，刮平箱口，最后覆盖聚乙烯薄膜，待浇注。

双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺用砂箱，所述砂箱为上开口型矩形砂箱，砂箱底部设有箱式抽气装置，砂箱底板上开设有将砂箱内部空间与箱式抽气装置连通的抽气通孔；箱侧设置有管道式抽气装置，管道式抽气装置的抽气管道沿砂箱内壁设置，抽气管道上开设有将砂箱内部空间与抽气管道连通的抽气通孔；两抽气装置用于与外设抽真空设备连接的连接管相互独立；砂箱内设置有与砂箱底板垂直固定的立式芯骨(一般为6至8根)。

砂箱底板上设置有用于安装立式芯骨的管状定位安装座，立式芯骨通过管状定位安装座与砂箱底板固定。

为避免砂箱使用时，在抽气管道间积聚石英砂，砂箱内还设有多孔挡板，多孔挡板紧贴管道式抽气装置固定，将管道式抽气装置的抽气管道置于多孔挡板与砂箱内壁之间。

在使用本砂箱时，首先将两抽气装置的连接管分别与外设抽真空设备连接，通过管状定位安装座在砂箱内安装好立式芯骨；然后向砂箱内倒入石英砂9，在砂箱底部形成一定高度的底砂，再将烘干好的管件模型8（消失模铸造工艺用的泡塑模型）以立式芯骨为中心轴放入砂箱内（即管件模型外套于立式芯骨），分次填充干砂振实，最后覆盖聚乙烯薄膜，启动外设抽真空设备，实施浇注即可。

现有技术中，国内厂家在采用消失模铸造工艺加工灰铸铁厚壁管件时，普遍采用如下制模成型过程：合模——抬模（抬高动模3-5mm）——充EPS珠粒（充料时进入模型和型腔的气体由动模抬起时与定模形成的缝隙中排出，如图4所示）——进入蒸气熟化EPS珠粒成型白模——进入冷却水冷却—开模取出白模（开模时，冷却水排出，型腔内进入压缩空气，松动白模以便取出）；即在充料时采取了抬模操作，使进入型腔大量的压缩空气通过抬模缝隙（不再通过定模和动模背面的排气管道）排出。以该制模成型过程获得的白模存在局部密度不匀的问题，对于厚壁铸件来说，白模局部密度不匀对铸件质量的影响可忽略不计。而对于壁厚仅为3-4mm的薄壁铸件来说，铸件白模的密度不匀直接导致白模相应处的强度和刚度也很不均匀，致使粘模时白模圆度不易控制，很容易造成管件的口径缺陷（椭圆或不圆），不仅给粘模、上涂料、烘干以及装箱造型等后续工艺中校正其口径带来很大难度，产品质量不易保证；因此上述制模成型过程不适用于薄壁管件的消失模铸造工艺。

与现有技术相比，本发明所述铸造工艺的制模成型时，直接在成型机合模状态下进行充料，将进入型腔中的高速气体引至成型机动模及定模上的排气管道排出；而不是依靠抬模排放充料时进入型腔中的高速气体。这样，可保证成型的铸件白模密度均匀，使白模整体强度和刚度均匀，粘模时能极好得控制白模圆度，不会造成管件的口径缺陷（椭圆或不圆），进而保证灰铸铁薄壁管件的产品质量。还简化了制模成型工艺，还能节约EPS珠粒原料，降低生产成本，给企业带来可观的经济效益，如被国内消失模生产厂家采用，将会在节约EPS珠粒原料上，实现更大的社会效益。此外，本发明所述铸造工艺在砂箱内设置的立式芯骨与管件白模内的石英砂在振实后共同形成砂芯，由于立式芯骨的存在，即使管件白模里面干砂负压形成的砂芯较长，砂芯仍能保证良好的强度和刚度，在浇注过程中能有效避免砂芯破毁，防止塌箱状况发生，进而确保产品浇注质量。此外，本发明所述砂箱在底部和箱侧分别设置抽气装置，能在垂直和水平两个方向同时实施抽真空，利于保持砂箱内的足够稳定的真空度，能有效防止塌箱状况发生。

本发明方法改进合理，砂箱结构简单，使用效果好，能有效避免灰铸铁薄壁管件的口径缺陷，立于提高灰铸铁薄壁管件的产品质量，适用于加工高精度、高质量的灰铸铁薄壁管件及1.5米长度以上的双承插口灰铸铁薄壁管件。

附图说明

图1为本发明所述砂箱的使用状态图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明所述制模成型中成型机合模状态图；

图4为现有技术中制模成型中成型机抬模后的状态图；

图中：1-砂箱；2-箱式抽气装置；3-抽气管道；4-连接管；5-立式芯骨；6-管状定位安装座；7-多孔挡板；8-管件模型；9-石英砂，10-动模；11-定模；箭头方向为充料排气方向。

具体实施方式

双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺，其工艺流程包括：珠粒预发泡、制模成型、白模烘干及粘结、上涂料、烘干、装箱、负压浇注、出箱打磨； 

A、珠粒预发泡

首先选择GP-45标准级聚苯乙烯珠粒加入发泡机内进行预发泡，蒸汽压力为0.1～0.15kg/cm²，发泡桶体的温度为98～100oC，空气压力为0.05～0.1kg/cm²,一次投料量为0.7～1kg，珠粒发泡卸料后在流态床热风干燥，干燥温度20～25oC，装入料仓熟化两小时后方可使用，24小时内用完。 灰铸铁薄壁管件珠粒预发泡后，珠粒直径均匀为￠1mm，密度控制为26～28克/cm³，以使得制成的白模具有一定的强度和刚度；

    B、制模成型

操作成型机合模，将发泡好的EPS珠粒经高压罐充入成型机的模型中成型，输送预发泡珠粒高压罐使用气压为0.05～0.1kg/cm²；向成型机的模型中充入压力为0.8～1.2kg/cm²的蒸气、熟化EPS珠粒12～16秒、成型白模，向成型机的模型中充入冷却水，冷却到30～35oC，操作成型机开模取出白模；

    C、白模烘干及粘结

    将制好的白模在室内温度下干燥48小时以上，或在40～60oC的干燥箱中干燥两小时，去除制模时带来的水分，烘干后粘结组成管件白模；

    D、上涂料

    首先将涂料倒入搅拌桶内加水充分搅拌，涂料密度控制在1.6～1.9g/cm³，待用；然后将管件白模进行2～3次浸涂； 

    E、烘干

将每次浸涂好的产品烘干，产品进入烘干房，前两个小时温度控制在40～50 oC，湿度控制在20～25%，两个小时后温度控制在45～60 oC，湿度控制在10～15%，持续12小时，将最后烘干的产品组装成簇补好涂料，然后放入烘干房内烘干，温度控制在45～55oC，湿度控制在10～15%，时间不低于6小时；

F、装箱 

向砂箱内倒入底砂（即石英砂）振实、刮平，在底砂上插设立式芯骨，并保持立式芯骨与砂箱底板垂直，然后将烘干好的管件白模以立式芯骨为中心轴放于砂箱内的底砂上（即管件白模外套于立式芯骨），分次填充干砂振实，刮平箱口，最后覆盖聚乙烯薄膜，待浇注；

G、负压浇注 

    安放浇口杯，连通负压，负压控制在0.03MP左右，进行浇注，浇注温度控制在1450～1500oC，按照慢快慢的浇注技巧每个浇道在20～30秒内完成浇注，待出箱；        

    H、出箱打磨

将浇注好的产品进行翻箱落砂，型砂送入砂处理系统处理后循环使用；产品送入清理工房进行打磨清理，得到灰铸铁薄壁管件的成品。

如图1、2所示，双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺用砂箱，所述砂箱1为上开口型矩形砂箱，砂箱1底部设有箱式抽气装置2，砂箱1底板上开设有将砂箱1内部空间与箱式抽气装置2连通的抽气通孔；箱侧设置有管道式抽气装置，管道式抽气装置的抽气管道3沿砂箱1内壁设置，抽气管道3上开设有将砂箱1内部空间与抽气管道3连通的抽气通孔；两抽气装置用于与外设抽真空设备连接的连接管4相互独立；砂箱1内设置有与砂箱1底板垂直固定的立式芯骨5。砂箱1底板上设置有用于安装立式芯骨5的管状定位安装座6，立式芯骨5通过管状定位安装座6与砂箱1底板固定。砂箱1内还设有多孔挡板7，多孔挡板7紧贴管道式抽气装置固定，将管道式抽气装置的抽气管道3置于多孔挡板7与砂箱1内壁之间。砂箱1底板上的抽气通孔及抽气管道3上的抽气通孔未在附图中画出。立式芯骨5可采用钢筋制作而成，直径至少￠10mm。

具体实施时，为了在成型机合模状态下，使进入型腔内的大量压缩空气在充料的同时能够完全排出，以确保进料密度，使成型的白模壁厚及密度均匀，可以对成型机定模11和动模10背面的排气管道加粗，加大管道排气量，亦可利用成型机定模11和动模10上的进水、进蒸汽或压缩空气以及排出水或压缩空气的所有管道辅助实现排气。至于如何实现辅助排气、如何改进排气管路对于本领域的技术人员来说，很容易实现。

Claims (4)

1.一种双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺，其工艺流程包括：珠粒预发泡、制模成型、白模烘干及粘结、上涂料、烘干、装箱、负压浇注、出箱打磨；其特征在于：其中，制模成型步骤如下：操作成型机合模——向成型机的模型中充入经珠粒预发泡步骤得到的EPS珠粒——向成型机的模型中充入蒸气、熟化EPS珠粒、成型白模——向成型机的模型中充入冷却水冷却——操作成型机开模取出白模；装箱步骤如下：向砂箱内倒入底砂振实、刮平，在底砂上插设立式芯骨，并保持立式芯骨与砂箱底板垂直，然后将烘干好的管件白模以立式芯骨为中心轴放于砂箱内的底砂上，分次填充干砂振实，刮平箱口，最后覆盖聚乙烯薄膜，待浇注。

2.一种双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造工艺用砂箱，其特征在于：所述砂箱（1）为上开口型矩形砂箱，砂箱（1）底部设有箱式抽气装置（2），砂箱（1）底板上开设有将砂箱（1）内部空间与箱式抽气装置（2）连通的抽气通孔；箱侧设置有管道式抽气装置，管道式抽气装置的抽气管道（3）沿砂箱（1）内壁设置，抽气管道（3）上开设有将砂箱（1）内部空间与抽气管道（3）连通的抽气通孔；两抽气装置用于与外设抽真空设备连接的连接管（4）相互独立；砂箱（1）内设置有与砂箱（1）底板垂直固定的立式芯骨（5）。

3.根据权利要求2所述的双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造用砂箱，其特征在于：砂箱（1）底板上设置有用于安装立式芯骨（5）的管状定位安装座（6），立式芯骨（5）通过管状定位安装座（6）与砂箱（1）底板固定。

4.根据权利要求2所述的双承插口灰铸铁薄壁管件消失模铸造用砂箱，其特征在于：砂箱（1）内还设有多孔挡板（7），多孔挡板（7）紧贴管道式抽气装置固定，将管道式抽气装置的抽气管道（3）置于多孔挡板（7）与砂箱（1）内壁之间。

Images