CN103433428B - 一种复合铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合铸造方法，包括造型、合箱方法，所述造型方法包括根据需要和工艺要求制造各种型芯，还包括利用自硬砂制造与铸件的外形相应的设置有通气孔、浇道、冒口的上模壳体和下模壳体，造型完成后将型芯组装到上模壳体、下模壳体中，并将上模壳体、下模壳体扣合为一体形成内部构造与铸件构造相应的砂型；所述合箱是将组装好的砂型用颗粒足够大的石子埋入砂箱中。本发明克服了现有铸造方法中存在的缺点，具有自硬砂的使用量少，模型的透气性高，铸件的成品率高，铸造生产效率高，铸造原料可以循环利用等优点，也改善了铸造车间作业环境。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料铸造领域，尤其是一种精密的铸造方法。
背景技术
现有常用的铸造方法有砂型铸造、金属型铸造、消失模铸造、压力铸造和离心铸造等方法。
消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模具表面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，使泡沫模具气化，液体金属占据泡沫模具位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造存在以下缺点：由于泡沫模具的强度低，对温度的敏感性大，在造型过程中由于外力作用及振动和抽真空的影响，泡沫模具容易变形，最终导致铸件变形；泡沫模具上涂料涂覆不均匀，或者在埋箱造型时形成填砂盲区，盲区处型砂的紧实度较低，涂料层易遭到破坏，在浇铸时会出现粘砂、夹砂等铸造缺陷；铁液浇入砂箱后，泡沫模具在铁水高温下碳化、燃烧、气化，经振动紧实的砂箱透气性不好，使得气化后的气体排除不干净，会导致铸件中的气孔多，且泡沫分解产生的气体不环保；泡沫模具在高温下产生的游离碳会富集在铸件内部或铸件表面上形成积碳，使铸件中的含碳量升高，产生增碳现象，使铸件的机械性能下降而报废。
金属型铸造是采用耐热合金钢制作铸模，将液体金属浇入金属铸模，以获得铸件的一种铸造方法。金属型铸造存在以下缺点：原料为耐热合金钢，价格昂贵，使得铸造成本高；金属铸模不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷；金属铸模加工复杂，铸造条件苛刻，使得铸造工艺复杂。
型砂铸造是传统的铸造工艺，目前我国的铸造行业仍在大量使用砂型铸造。砂型铸造是以型砂和芯砂为造型材料制成铸模，液态金属在重力下充填铸模来生产铸件的铸造方法。砂型铸造存在的缺点有：铸造时使用大量的型砂和芯砂，型芯是由石英砂、粉煤灰、膨润土、树脂粘结剂等混合而成，需要人工造型，使得劳动强度大，占用人力多，且环境污染严重，车间环境非常差；每只砂质铸型只能使用一次，使得生产效率低；所得铸件尺寸精细度差，容易出现错箱、砂眼、表面粗糙等，进而影响铸件质量；铸模透气性差，铸件易产生气孔及浇注不均匀，成品率低。
铸造行业中一直努力解决如下问题：(1)减少铸型砂的使用量，实现铸模原料循环利用，从而改善车间环境，减少污染，降低铸造过程劳动强度；(2)提高铸模的透气性，解决铸件中有气孔，浇注不足等问题；(3)提高铸模的精细度，避免产生填砂盲区等；(4)提高铸件成品率，规范铸造工艺流程，避免人为操作对铸件质量的影响；(5)提高铸造生产效率。
发明内容
本发明的需要解决的技术问题是提供一种复合铸造方法，克服现有铸造方法中存在的缺点，提高铸件质量和成品率，实现铸模原料循环利用，改善铸造车间作业环境，提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种复合铸造方法，包括造型、合箱方法，所述造型方法包括根据需要和工艺要求制造各种型芯，还包括利用自硬砂制造与铸件的外形相应的设置有通气孔、浇道、冒口的上模壳体和下模壳体，造型完成后将型芯组装到上模壳体、下模壳体中，并将上模壳体、下模壳体扣合为一体形成内部构造与铸件构造相应的砂型；所述合箱是将组装好的砂型用颗粒足够大的石子埋入砂箱中；
本发明的进一步改进在于：所述上模壳体和下模壳体是利用相应的模具将自硬砂经过加压成型；
本发明的进一步改进在于：所述自硬砂是混配有铸造粘结剂的铸造用石英砂；
本发明的进一步改进在于：所述上模壳体和下模壳体的外表面形状随铸件的外表形状加厚而成，上模壳体和下模壳体的厚度不小于5mm；
本发明的进一步改进在于：所述合箱的具体操作是将砂箱放在平台上并在砂箱底部放入石子以填充砂箱底部，然后将砂型放到砂箱中底部石子的上面，组装好浇冒系统及浇口杯，再向砂箱中填满石子并振实；
本发明的进一步改进在于：石子的材质为石灰石；
本发明的进一步改进在于：石子的粒度大于通气孔的孔径；
本发明的进一步改进在于：所述石子的粒度为5～8mm。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
采用本发明的方法，可以减少自硬砂(即型砂)的使用量。传统砂型铸造或消失模铸造过程中需要使用大量铸型砂来制作铸模，以保证铸模的尺寸稳定性，通常模型厚度约为200mm，即型腔外面的型砂的厚度不小于200mm；本发明依照铸件具体形状，将铸模分为上模壳体、下模壳体和型芯三部分，并可以象制造型芯一样使用金属模具通过机械加压制作上模壳体、下模壳体，上模壳体、下模壳体的壁厚为5mm以上时即可保证上下模壳体的足够强度和较好的尺寸稳定性，当上模壳体、下模壳体的壁厚为10mm～50mm时，效果最好，采用此种方法可以极大减少了型砂的使用量，从而减少树脂等粘结剂的使用量。并且，如此厚度的型砂在浇注钢水时，由于距离钢水较近，型砂的整体温度会很高，在铁水高温作用下，树脂等粘结剂会完全燃烧气化分解，避免因不完全分解而散出有害气体。因此可以改善铸造车间环境，减少了粉尘、烟尘污染。
本发明可以提高模型的透气性，在砂箱中用石子代替原有砂型铸造的型砂，对模压成型的砂型进行压模处理，由于石子的粒径远远大于型砂，压实后石子间存在很大的间隙，并且上、下模壳体的厚度较薄，通气孔较短，从上模壳体、下模壳体壁上设置的通气孔排出气体，可以顺利的排到砂箱的外面，这些措施能显著改善砂箱的透气性，在铸造过程中能使砂型内腔中的气体和热量的散失速率加快。
本发明可以提高铸件的成品率，传统砂型铸造或消失模铸造过程中，通常需要经过埋砂造型、起模等步骤，制作工艺复杂，所得模具也会出现瑕疵，进而影响铸件成品率，本发明采用冲压模具制作砂型上模、砂型下模和砂型芯模，所得铸模组件标准，组装方便，可减少人为因素对铸件质量的影响。
本发明可以提高铸造生产效率，本发明可以通过机械加工形式采用模具压制上模壳体、下模壳体和型芯，可以批量专业生产上模壳体、下模壳体和型芯，然后组装成砂型，在浇注铁水前将组装好的砂型埋于石子中即可，可以代替传统的用模型进行埋砂造型的工作，使此工序不再有过高的技术含量，可以大大缩短造型时间，造型现场的生产效率可以提高200％以上。并且，由于石子颗粒较大，其不会产生尘土，也避免了原来型砂中的煤粉飞扬的污染情况。采用本发明的技术方案后，铸造车间可以向其它冷加工车间一样，干净整洁。
本发明的铸造原料可以循环利用，拆模后将石英砂和石子分离，石英砂和石子均可循环利用。本发明的石子采用石灰石颗粒，即使在浇注过程中，铁水会将石子粘接成块，也可以继续将被铁水粘连的石灰石石子用于炼铁过程中做造渣剂使用，可将被铁水粘连的石灰石填入炼铁炉，实现对溢出铁水和石子同时回收利用。
本发明的石子的粒度应大于上模壳体、下模壳体上的通气孔的孔径，以防止石子进入型腔中，造成铸件夹砂的缺陷。但石子的粒度最好在5～8mm为宜，直径在5～8mm颗粒不但透气好，而且在砂箱中的填充量较大，能够将砂型压实。
由以上可知，本发明能够解决现有铸造方法中存在的诸多问题，特别是在改善铸件质量，提高铸件成品率，改善铸造环境及实现原料循环利用等方面都具有显著的进步。
附图说明
图1是本发明合箱后的砂箱示意图。
其中：1、型芯，2、上模壳体，3、下模壳体，4、石子，5、砂箱，6、通气孔，7、浇道，8、冒口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明所述的复合铸造方法可以通过以下步骤实现：
步骤1、模具设计，压模制作，依照铸件具体形状，按照铸造工艺要求，将铸件的各部分分解为型芯1、上模壳体2和下模壳体3，并依照型芯1、上模壳体2和下模壳体3的具体形状，设计制作能够压制出相应于型芯1、上模壳体2和下模壳体3的各种上下模具。型芯1的上下模具应保证与铸件的孔洞相应，上模壳体2和下模壳体3的上下模具除保证与铸件的外形相同外，还要保证压制出来的上模壳体2和下模壳体3的壁厚均匀，能够保证上模壳体2和下模壳体3具有足够的机械强度，以防转运和组装过程中，上模壳体2和下模壳体3碎裂。上模壳体2和下模壳体3的壁厚不小于5mm，通常设计为10mm～50mm。
步骤2、将石英砂和树脂粘结剂混合均匀后加入冲压模具中，使用压力机压制作型芯1、上模壳体2和下模壳体3，在上模壳体2和下模壳体3的壁上、型芯1端面上根据工艺需要设置通气孔6，通气孔6内径通常为1mm～4.5mm。上模壳体2和下模壳体3可以使用型砂(也称为自硬砂)为原料；型芯1可以使用芯砂为原料。
步骤3、组型：分别根据铸造工艺要求，将型芯1、上模壳体2和下模壳体3进行预处理后组装成砂型；砂型的上模壳体2和下模壳体3扣合后，型芯1、上模壳体2和下模壳体3内部形成空腔就是铸件的形状。
步骤4、合箱：将砂箱5放到一平台上或者造型生产线的运输车上，在砂箱5内部先铺设一层石灰石材质的石子4，再将组装好的包括型芯1、上模壳体2和下模壳体3的砂型放在砂箱5中底层石子4的上面，在上模壳体2的上面安装浇道7、浇口杯、冒口8等浇注系统，然后再向砂箱5中加入石子4并振实，以使砂型被石子4牢固的埋在砂箱5中。使用的石子4为石灰石，石子4粒径范围5mm～20mm，可以根据铸件的大小而定，但最好使用5～8mm的石灰石。这样既能保证对铸模进行良好的支撑固定，石子4间的间隙也能保证良好的透气性。
步骤5、浇注成型，将熔炼好的铁水浇入砂型中，待铸件冷却成型后即可拆箱。
步骤6、原料回收，拆箱时可用筛分设备将石英砂与石子4分离后回收，石英砂送往压制车间制作上模壳体2、下模壳体3，石子送往合箱车间，被溢出的铁水粘接成块的石子4送往炼铁炉中作造渣剂。
本发明的复合铸造方法，其创新点主要包括造型、合箱方法，所述造型方法包括根据需要和工艺要求制造各种型芯1，还包括利用自硬砂制造与铸件的外形相应的上模壳体2和下模壳体3，上模壳体2和下模壳体3的壁上分别根据铸造工艺要求设置有通气孔6、浇道7和冒口8，上模壳体2和下模壳体3是利用模具将自硬砂经过加压成型。造型完成后将型芯1组装到上模壳体2、下模壳体3中，并将上模壳体2、下模壳体3扣合为一体形成内部构造与铸件构造相应的砂型。
所述合箱是将组装好的砂型用颗粒足够大的石子4埋入砂箱5中。合箱的具体操作是将砂箱5放在平台上并在砂箱5底部放入石子4以填充砂箱5底部，然后将砂型放到砂箱5中底部石子4的上面，组装好浇冒系统及浇口杯，再向砂箱5中填满石子4并振实。所用的石子4的材质为石灰石。石子4的粒度大于的通气孔6的孔径，石子4的粒度最好为5mm～8mm。
所述自硬砂可以是混配有呋喃树脂等铸造粘结剂的铸造用石英砂。
Claims (3)
1.一种复合铸造方法，包括造型、合箱方法，其特征在于：所述造型方法包括根据需要和工艺要求制造各种型芯（1），还包括利用自硬砂制造与铸件的外形相应的设置有通气孔（6）、浇道（7）、冒口（8）的上模壳体（2）和设置有通气孔（6）的下模壳体（3），造型完成后将型芯（1）组装到上模壳体（2）、下模壳体（3）中，并将上模壳体（2）、下模壳体（3）扣合为一体形成内部构造与铸件构造相应的砂型；所述合箱是将组装好的砂型用颗粒足够大的石子（4）埋入砂箱（5）中；所述石子（4）的材质为石灰石，石子（4）的粒度大于通气孔（6）的孔径，石子（4）的粒度为5～8mm。
2.根据权利要求1所述的一种复合铸造方法，其特征在于：所述上模壳体（2）和下模壳体（3）是利用相应的模具将自硬砂经过加压成型；所述自硬砂是混配有铸造粘结剂的铸造用石英砂；所述上模壳体（2）和下模壳体（3）的外表面形状随铸件的外表形状加厚而成，上模壳体（2）和下模壳体（3）的厚度不小于5mm。
3.根据权利要求1所述的一种复合铸造方法，其特征在于：所述合箱的具体操作是将砂箱（5）放在平台上并在砂箱（5）底部放入石子（4）以填充砂箱（5）底部，然后将砂型放到砂箱（5）底部石子（4）的上面，组装好浇冒系统及浇口杯，再向砂箱（5）中填满石子（4）并振实。
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2013
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