CN103882286A - 二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，包括：模具制作、浇注系统制作、砂型的制作和浇注成型；模具安装面的反面设计在浇注位置的下部，内浇道口设在模具安装面的反面；浇注过程铁液从直浇道进入下横浇道，然后通过下横浇道进入A型过滤器，铁液在A型过滤器内部进行孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道进入B型过滤器再次净化过滤后的铁液通过内浇道口进入铸型型腔；砂型终强度1.3～1.4MPa，砂芯终强度0.9～1.0MPa；浇注温度1290℃～1310℃，浇注时间85s～100s；得到铸件。本发明具有不易出现石墨畸变、缩孔、缩松、夹砂等铸造缺陷，从而力学性能提高的优点。

Description

二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法

技术领域

本发明属于大型（百吨及以上）铸件铸造技术领域，具体涉及一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法。

背景技术

现代注塑机正向大型、精密、稳定可靠和高度自动化方向发展，新技术、新工艺、新材料广泛应用于注塑设备的设计、制造过程中；其中，模板铸件是注塑机的关键机械部件，其重量占整个注塑机重量的70%左右，同时模板铸件是保证模具可靠闭紧和实现模具启闭动作的主要部件，它在工作中的状态很大程度上决定了塑料制件的质量。

我国虽然是注塑机生产大国，但不是注塑机生产强国，每年还需进口大型、精密的高端注塑机械，尤其是特大型、各种特殊专用精密注塑机械。究其主要原因是由于大型注塑机中作为保证模具可靠锁紧的关键部件—球墨铸铁模板铸件生产技术不过关，在铸造过程中，大型球墨铸铁模板铸件易出现石墨畸变、缩孔、缩松、夹砂等铸造缺陷，从而造成力学性能下降，很大程度上阻碍了注塑机械技术的进步。

经过几十年的发展，关于厚大断面球墨铸铁模板铸件的生产工艺取得了许多重要进展，但是对于百吨级球墨铸铁模板铸件的生产仍是一个十分棘手的问题，主要是因为：

1.铸件内腔结构复杂，铸件重量重（101吨左右），浇注所需要的铁液量大（浇注重量120吨左右），防止大吨位球墨铸铁铁液球化衰退、孕育衰退的技术难度大；同时，球墨铸铁铁液具有较大的氧化倾向，防止氧化夹渣物进入型腔，是大吨位球墨铸铁铁液球化处理、孕育处理和浇注系统设计的行业性难题。

2.二板式注塑机省去了合模装置中的尾板，将锁模力直接作用在两块模板铸件上，模板铸件的模具安装面受到压力作用，模具安装面的反面受到拉力作用容易产生开裂而导致整个注塑机停运。模板铸件的大平面是模具安装面，模具安装面要满足表面粗糙度Ra1.6um的加工要求和80mm深的T型槽无铸造缺陷要求，造型时模具安装面的反面在下部，模板铸件大平面会在上部，模板铸件大平面质量就不能保证。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种不易出现石墨畸变、缩孔、缩松、夹砂等铸造缺陷，从而力学性能提高的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，步骤包括：

（1）模具制作：

模具采用中空框架结构制作工艺，造型工艺采用三开箱造型；

（2）浇注系统制作：

将模具安装面的反面设计在浇注位置的下部，内浇道设在模具安装面的反面；

浇注系统包括：直浇道，下横浇道，A型过滤器，B型过滤器，上横浇道，内浇道，内浇道的内径为φ60（60mm）的陶瓷弯管；将直浇道与下横浇道的上端面连通，将下横浇道两端通过A型过滤器与上横浇道连通，将上横浇道的下端面通过B型过滤器与多条连通铸件型腔的内浇道连通；

浇注过程铁液从直浇道进入下横浇道，然后通过下横浇道进入A型过滤器，铁液在A型过滤器内部进行型内孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道进入B型过滤器再次净化过滤后的铁液通过内浇道进入铸型型腔；

浇注系统采用半开放式(半封闭式浇注系统)，最小截面设置在直浇道，各组元截面积比为F_直：F_下横：F_上横：F_内=1：2.2～3.0：1.2～2.5：1.2～2.0；

（3）砂型的制作：

根据铸件的结构，其内部为分割成多个相互连通的大型空腔，形成大型空腔的大型砂芯采用呋喃树脂砂制作，并控制铸型的砂型终强度在1.3～1.4MPa，砂芯的终强度在0.9～1.0MPa；

（4）浇注成型：

浇注成型时，铁液的化学成分为如下质量百分比的各组分：硅2.40%～2.60%，碳3.50～3.70﹪，锰0.20～0.30%，磷<0.04%，硫<0.015%，镁0.035～0.05%，稀土0.01～0.03%，锑0.005～0.008%，余量为铁；浇注温度为1290℃～1310℃，浇注时间为85s～100s；浇注成型得到铸件。

作为优选，步骤（2）中各组元截面积比为F_直：F_下横：F_上横：F_内=1：2.6：1.6：1.6。

作为优选，步骤（3）中在砂芯内预置作为支撑用的铸铁芯骨。

上述浇注成型时，在铁液浇注前包括铁液的球化处理和型外孕育处理过程，采用冲入法进行球化处理，然后孕育处理；球化过程加入球化剂，其加入量为铁液重量的1.1～1.25%；球化后要扒干净铁液上表面的浮渣，并覆盖好覆盖剂（覆盖剂只需要铺满铁液表面即可）隔绝铁液与空气接触，防止出现二次氧化及回流现象。

孕育处理加入孕育剂，分为四次孕育处理（三次型外孕育即三级孕育，一次型内孕育即A型过滤器内部的型内孕育处理），球化处理时进行第一次孕育处理，加入量为铁液重量的0.1～0.2%；球化处理结束后进行第二次孕育处理，加入量为铁液重量的0.3～0.5%；铁液倒入定量包时进行第三次孕育处理，加入量为铁液重量的0.1～0.2%；第四次在A型过滤器内部进行孕育处理，加入量为铁液重量的0.01～0.02%；总孕育剂的加入量为铁液重量的0.5～0.9%。

作为优选，所述的球化剂质量组分为：Re2～4%，Si35～45%，Mg5～8%，其余为Fe及微量杂质元素。

作为优选，所述的覆盖剂为河南金耐源新材料科技有限公司的JNY-T₃调渣剂，成分为：三氧化二铝（Al₂O₃）13.15%，二氧化硅（SiO2）72.94%，三氧化二铁（Fe₂O₃）1.04%，氧化钾（K₂O）3.85%，氧化钠（Na₂O）3.3%，铁(Fe)5.71%。

作为优选，所述的四次孕育用的孕育剂，其中第一次孕育剂的成分为：Si72～80%，Al<1.5%，S<0.02%，其余为Fe及微量杂质元素；第二次孕育剂的成分为：Si70～74%，Al≤1.5%，S≤0.02%，Ca0.5～1.5%，Ba1.5～2.5%，其余为Fe及微量杂质元素；第三次、第四次孕育剂成分为：Si65～72%，Al2.5～4.5%，S<0.02%，Ca0.3～1.5%，Re1.5-3.5%，Mn4.5～6.5%，Sb0.3～1.5%，其余为Fe及微量杂质元素。

作为优选，在砂型制作过程，在铸件型腔的相关部位摆放冷铁，具体为在铸件型腔的上部摆放一层冷铁以及在铸件型腔中部各铸件的吊钩位置摆放一块冷铁。

作为优选，为了便于控制浇注温度，采用4个30吨定量包同时浇注。

作为优选，球化时，铁液冲入球化包时的流量控制在2～2.5吨/分钟。

本发明上述的A型过滤器为孔径6～8mm的过滤器；B型过滤器为孔径3～5mm的过滤器；均为铸造行业常规过滤器，市售产品。

本发明铸件化学成分的控制原因：

由于大型厚断面球墨铸铁件尺寸大，重量大，壁厚厚，生产时的热容量大，凝固缓慢，极易造成球化衰退与孕育衰退，从而导致铸件的组织和基体发生变化，特别是在铸件的心部更加严重。主要表现为石墨球粗大，石墨球数量减少，石墨漂浮，石墨球产生畸变，形成各种非球状石墨。同时，由于凝固时溶质元素的再分配还会出现严重的元素偏析及晶间碳化物、反白口等一系列问题，其结果使得球墨铸铁的力学性能变差，特别是延伸率和塑性明显降低。本铸件属大型厚断面球墨铸铁件，牌号QT450-10A,因此，生产时要求严格控制化学成分。

含碳量的控制：球墨铸铁件的碳含量一般比较高，较高的碳含量可以增加金属的流动性，有利于石墨的析出,实现铸铁件的自补缩，减少收缩缺陷，但过高易产生石墨漂浮。所以碳含量控制在3.50～3.70﹪之间。

含硅量的控制：硅是一种强化铁素体的元素，由于硅能固溶于Fe中阻碍了铁原子和碳原子之间的化合，同时促进石墨析出，从而有利于获得铁素体组织，但是当Si含量高时，会提高低温脆性转变温度。综合这两个方面的考虑，硅含量控制在2.40～2.60%。

含锰量的控制：锰可以促进碳化物的形成，在共析转变过程，降低共析转变的温度，起稳定和细化珠光体的作用。溶入奥氏体中的锰有强烈偏析的倾向，引起网状碳化物、黑色网状组织的形成，这些在晶界上形成的物质严重降低低温韧性。碳化物、偏析是影响球铁低温脆性转变温度的主要因素，锰每增加0.1%，脆性转变温度大约提高10～12℃。所以锰含量控制在0.20～0.30%。

含磷量的控制：球铁中，由于其他成分的影响，磷的溶解度很小，当含磷量超过一定值时，磷将以磷共晶形态析出。由于成分、冷却速度、偏析等原因，球铁中的磷很容易形成磷共晶。由于磷共晶熔点较低，在凝固时富集于共晶团边界处最后凝固，沿晶界析出。严重时形成网状或断续网状，较严重降低球铁的韧性和塑性，降低低温冲击性能，所以磷要尽可能低，其含量低于0.04%。

含硫量的控制：硫高会造成稀土镁残留量不足而导致球化不良及球化衰退。控制原铁水的硫含量小于0.06%，降低球化剂的加入量。球化处理后含硫量要小于0.01%。

镁、稀土残留量：铁液中应有一定的镁和稀土元素的残留量才能保证球化。镁在铁液中主要起球化作用。稀土主要是除气、脱硫和中和干扰元素，起到净化铁水的作用。镁和稀土又是强烈形成碳化物的元素。如果残留量过高，会恶化石墨形态，增大铸件白口倾向和夹渣、缩孔、皮下气孔等铸造缺陷。因此，在保证球化良好的情况下，应尽可能降低镁和稀土的残留量，残留镁量控制在0.035～0.05%，残留稀土量控制在0.01～0.03%。

添加微量合金元素：研究表明在厚大断面球墨铸铁中，与稀土元素按一定比率加入铋、锑，可有效地改善石墨形态，增加石墨球数，减少或消除厚大断面球墨铸件心部的变异石墨，改善球铁性能。有研究证明，向铁水中加入质量分数为(20×10^-6--50×10^-6)的Sb，即使w(si)高达2.5％也不会出现碎块状石墨。同时，锑强烈促使基体中形成珠光体，加入微量锑后，基体中珠光体量大幅增多，强度、硬度明显增加。因此，结合公司的多年生产经验，加入0.005～0.008%锑。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明通过技术攻关，确定了铸件大平面在上部的铸造工艺，铸件大平面局部采用设置冷铁进行强制冷却，满足了铸件整体的质量要求；采用冲天炉-电炉双联技术和在横浇道部位设置多个大型过滤器的净化铁液技术（其中A型过滤器8个：800mm×166mm×25mm平板上有480个φ8的净化铁液通道，B型过滤器4个：1200mm×166mm×25mm平板上有3156个φ4的净化铁液通道），实现了重量118吨、温度1300℃的球墨铸铁铁液90秒充型结束，铸件无损检测（PT）符合三菱企业标准：没有线状缺陷；内浇道设在模具安装面的反面从而达到型腔内铁水平稳上升且温度均衡。

2.本发明通过技术攻关，形成大型空腔的大型砂芯分体制作，分成砂芯1、砂芯2、砂芯3、砂芯4、砂芯5、砂芯6、砂芯7、砂芯8共8个砂芯，最后再将砂芯1、砂芯2、砂芯3、砂芯4、砂芯5、砂芯6、砂芯7、砂芯8组合成为一个整体，有效解决了重量10.2吨、外形尺寸4000mm×3600mm×1195mm的大型砂芯上抬、位移、漂浮甚至断裂的铸造难题。

3.本发明通过冲天炉、电炉双联熔炼技术，并采用多合金元素合金化、定量包浇注等多种手段，确保铸件基体材质的均一性，利用铸件本体热量+回火的节能热处理工艺改善了铸件的珠光体量，降低铸造应力，实现百吨级大型厚断面球墨铸铁件铸态生产。

4.本发明大型二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件是先进的大型节能二板式注塑机的关键件，铸件重量重，组织性能要求很高，其铸造过程是集先进材料、先进工艺和数字化制造为一体的技术，该类铸件的铸造关键技术的研发不仅能够解决大型二板式注塑机制造企业迫切需要解决的配件问题，还可以优化注塑机产业结构，具有显著的经济和社会效益。大型二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件采用自硬树脂砂、大吨位球墨铸铁铁液一次成型工艺，主要通过合理选择铸造工艺设计方案和严格控制熔炼过程中的成分来确保铸件的金相组织和力学性能，才能实现大型二板式注塑机百吨级球墨铸铁模板铸件的铸态生产。本铸件的三维立体如图1所示，本铸件基本参数见表1。

表1：本铸件基本参数

5.本发明的浇注系统结构对称布置，浇注系统包括：直浇道，下横浇道，A型过滤器，B型过滤器，上横浇道，内浇道，完全不同于传统的薄片状、三角形内浇道或φ40以下小口径的陶瓷弯管，采用大口径φ60的陶瓷弯管；采用该浇注系统铁液从直浇道进入，通过下横浇道进入A型过滤，铁液在A型过滤器内部进行孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道铁液进入B型过滤器，再次净化过滤后的液进通过内浇道进入铸型型腔。铁液在A型过滤器内部进行孕育处理，有效防止了大吨位球墨铸铁铁液球化衰退、孕育衰退；同时，铁液经过A型过滤器和B型过滤器二次缓流、过滤净化处理，有效防止了大吨位球墨铸铁铁液充型过程的氧化和氧化夹渣物进入型腔，实现了118吨铁液平稳充型。

6.本发明的铁液浇注温度控制在1290℃～1310℃之间，过高会使铸件液态收缩量增加,造成铸件内部有缩松、缩孔缺陷,过低会造成渣、气来不及上浮而滞留在铸件内,最终导致铸件报废。为了便于控制浇注温度，采用4个30吨定量包同时浇注。

7.本发明的铸型砂型终强度控制在1.3～1.4MPa，砂芯终强度控制在0.9～1.0MPa。由于铸型型腔体积较大，铁液充入铸型型腔的时间较长，高温铁液极易浸入或冲坏砂型，为保证铸件表面不粘砂、多肉及尺寸变形、浮芯、漏箱等隐患，严格控制砂型的强度。

8.本发明铁液的残余镁量应控制在0.035～0.05﹪，残余镁量过多会出现球片状石墨,而且产生氧化夹渣的倾向大大提高；残余稀土量应控制在0.01～0.03﹪,当残余稀土量大于0.07﹪时,抗拉强度、硬度会随稀土的残余量的增加而直线下降,而少量的残余稀土能净化铁水和球化石墨，上述参数的控制保证球化的效果。此外，球化剂加入量控制在铁液重量的1.1～1.25﹪，并要求原铁液具有低的含硫量，因为,硫不仅消耗球化剂中的镁和稀土,还可能造成铸件不球化,只有低的含硫量才能保证铁液球化良好。铁液冲入球化处理包时的流量应尽可能的大（2～2.5吨/分钟）,铁液在球化反应过程中使稀土和镁的回收率提高,脱硫的效果更为明显。球化处理后要扒净铁液上表面的浮渣,并覆盖好覆盖剂隔绝铁液与空气接触，以防止出现二次氧化及回硫现象。

9.本发明孕育处理的作用主要是消除球化元素造成的白口倾向，促进石墨析出，提高球化率，细化石墨球，使之分布均匀。对于生产厚大断面球墨铸铁件,孕育是很重要的一个环节，重点是延缓孕育衰退，为此,本发明采用四次孕育，每一次使用的孕育剂种类不相同，在定量包内使用块状孕育剂，总孕育量0.5～0.9﹪。

10.本发明的浇注系统采用半开放式，最小截面设置在直浇道，各组元截面积比为F_直：F_下横：F_上横：F_内=1：2.2～3.0：1.2～2.5：1.2～2.0；采用上述组元截面积比可以充分保证铁液充型时型腔内的铁液平稳上升且温度均衡，防止产生铸造缺陷。

附图说明

图1实施例浇注系统结构示意图。

图2浇注系统仰视图结构示意图。

图3图1的四分之一浇注系统结构示意图。

图4实施例冷铁布置示意图。

图5实施例砂芯造型结构示意图。

图6砂芯固定钩子结构示意图。

图7砂芯的芯骨结构示意图。

图8砂芯9-1结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

如附图1-3所示，本发明的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，步骤包括：

1.模具制作方法

针对本铸件的结构特点，模具采用中空框架结构制作工艺，造型工艺采三开箱造型(三开箱造型为行业常规工艺，如铸造技术，2007,02的《铸钢件外壳在树脂砂无箱造型生产线上三开箱造型技术》和：《中国铸造装备与技术》2005年第02期《复杂箱体三开箱铸造工艺的机械化生产》等文章均有记载)。其中模具主体面料全部使用高强度多层夹板，内衬横档、侧板用经过干燥处理的1～2级红松，活动块用金属铝；模具底框用200mm×200mm×10mm厚方管焊接而成，长度方向的方管必须用整根焊接而成，主要目的是为了不使模具变形提高模具的整体结构性能，同时，要求在型板上铺2层木板和一层厚度不少于30mm的细木工板；模具要嵌入型板内20mm深,然后用M20螺丝、螺栓与底框固定,必须保证型板与模具固定牢固。上述工艺和所有材料均为行业常规工艺和材料，市售产品。

2.浇注系统的设计

依据“大流量、低流速、平稳充型”的原则，结合本铸件的结构特点和二板式注塑机运行过程中的受力情况，为了尽可能使铁液充型后使型腔内温度场均衡，如图1所示浇注方位：采用模具安装面的反面（即与内浇道直接连通的模具所在面）在下部的造型工艺。在设计浇注系统时要确保铁液在型腔内温度均衡、平稳快速充型，而且还要考虑生产成本的节约，为此，内浇道设在模具安装面的反面从而达到型腔内铁水平稳上升且温度均衡。

浇注系统结构如图1-2所示，对称布置，浇注系统包括：直浇道-直浇道1-1、直浇道1-2、直浇道1-3、直浇道1-4、直浇道1-5、直浇道1-6、直浇道1-7、直浇道1-8，共8道；下横浇道-下横浇道2-1、下横浇道2-2、下横浇道2-3、下横浇道2-4，共4道；A型过滤器（孔径为6-8mm的过滤器）-过滤器3-1、过滤器3-3、过滤器3-4、过滤器3-6、过滤器3-7、过滤器3-9、过滤器3-10、过滤器3-12，共有8个，B型过滤器（孔径为3-5mm的过滤器）-过滤器4-2、过滤器4-5、过滤器4-8、过滤器4-11，共有4个；上横浇道-上横浇道5-1、上横浇道5-2、上横浇道5-3、上横浇道5-4，共4道；内浇道6共28道，完全不同于传统的薄片状、三角形内浇道或φ40以下小口径的陶瓷弯管，采用大口径φ60（60mm）的陶瓷弯管（（市售产品，如北京市华新宝耐火材料厂生产的耐火陶瓷管））。

截取四分之一浇注系统的结构如图3所示，铁液从直浇道1-1、直浇道1-2进入，通过下横浇道2-1进入A型过滤器-过滤器3-1、过滤器3-12，铁液在A型过滤器内部进行孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道5-1、5-4铁液进入B型过滤器-过滤器4-2、过滤器4-11，再次净化过滤后的铁液通过内浇道进入铸型型腔内。铁液在A型过滤器内部进行孕育处理，有效防止了大吨位球墨铸铁铁液球化、孕育衰退，同时，铁液经过A型过滤器和B型过滤器二次缓流、过滤净化处理，有效防止了大吨位球墨铸铁铁液充型过程的氧化和氧化夹渣物进入型腔，实现了118吨铁液平稳充型。

浇注系统采用半开放式，最小截面设置在直浇道，浇注时间90秒，各组元截面积比为F_直：F_下横：F_上横：F_内=1：2.6：1.6：1.6。

计算最小截面

=515.8cm²，取φ90mm的直浇道8支F_直=（3.14÷4）×9×9×8=508.7（cm²），110mm/130mm高140mm的下横浇道F_下横=168.0（cm²），70mm/100mm高120mm的上横浇道F_上横=102.0（cm²），φ60mm的内浇道28道F_内=（3.14÷4）×6×6×28道=791.3（cm²）。

3砂芯结构及芯骨的设计

本铸件的结构为带有筋板的箱体式结构，内部分割成多个相互连通的大型空腔，形成大型空腔的砂芯（由呋喃树脂砂制作）为大型砂芯，砂芯外形尺寸4000mm×3600mm×1195mm,总重量10.2吨，大型砂芯在金属液热作用和充型压力及浮力作用于下，发生上抬、位移、漂浮甚至断裂，使铸件空腔位置偏错，形状和尺寸不符合要求，造成铸件报废。

综合砂芯制作、上涂料、固定以及吊运、翻转等多方面要求，形成大型空腔的大型砂芯分成8块，如图5所示，砂芯9-1和砂芯9-5用同付芯壳制作，砂芯9-3和砂芯9-7用同付芯壳制作，砂芯9-2、砂芯9-4、砂芯9-6和砂芯9-8用同付芯壳制作。

砂芯9-1、砂芯9-5每只重量2.5吨，砂芯9-3、砂芯9-7每只重量2.1吨，砂芯9-2、砂芯9-4、砂芯9-6、砂芯9-8每只重量250kg，组合后形成大型空腔的大型砂芯总重量10.2吨，金属液作用在整个大型砂芯上的浮力48.7吨，为此，必须提供一种安全可靠、操作方便的大型砂芯固定方法。

砂芯9-1通过砂芯上的5个砂芯芯头实现砂芯的固定，采用如图6所示固定用钩子结构，以1个砂芯芯头的固定为案例，实施步骤：砂芯9-1结构如图8所示，砂芯9-1制作时要在其上制比拉钩10大30mm～40mm的预留通孔13和比压板12大30mm～40mm凹台15，与砂芯9-2固定的三角槽14，通过5个砂芯芯头将砂芯9-1入座在铸型型腔内；拉钩10穿过砂芯9-1，勾入已放在砂型内的环形吊11上的环形孔内；压板12穿过拉钩10放在砂芯9-1上部的凹台15内，通过锁紧螺母旋紧将压板12和砂芯9-1压紧；最后用自硬树脂砂（呋喃树脂砂）填满砂芯9-1的预留通孔13和砂芯9-1上部的凹台15，以增强砂芯9-1的整体强度和刚度，同时，防止金属液窜入砂芯芯头。砂芯9-1的其他砂芯芯头固定以同样步骤实施，砂芯9-3、砂芯9-5、砂芯9-7采用与砂芯9-1均一样的固定方法。

砂芯9-2通过砂芯上的1个砂芯芯头和砂芯9-1、砂芯9-3上三角槽的实现砂芯的固定，采用如图6所示固定用钩子结构，具体实施步骤：通过砂芯芯头将砂芯9-2入座在砂芯9-1、砂芯9-3、铸型型腔内；通过砂芯芯头的固定方法与砂芯9-1的固定方法一样；将自硬树脂砂（呋喃树脂砂）填满砂芯9-1、砂芯9-3和砂芯9-2上的预置三角槽，通过自硬树脂砂的硬化将砂芯9-1、砂芯9-3和砂芯9-2固定为一个整体。砂芯9-4、砂芯9-6、砂芯9-8采用与砂芯9-2一样的固定方法。

为了提高砂芯9-1、砂芯9-3、砂芯9-5和砂芯9-7的整体刚度和强度，安全实现砂芯的吊运、翻转，在砂芯内预置作为支撑用的铸铁芯骨，芯骨的结构如图7所示，芯骨外形尺寸1832mm×1425mm×50mm,重103kg。

4.砂箱结构设计

球墨铸铁在共晶温度附近，奥氏体的密度约为7.3g/cm³，石墨的密度约为2.15g/cm³，铸件凝固过程中，石墨的析出会导致体积膨胀。由于大型厚断面球墨铸件在生产中存在凝固速度缓慢，铸型－金属界面处的铸件外表面层是强度低、刚度差的薄壳。内部发生石墨化膨胀时，这种外壳不足以耐受膨胀力的作用，就可能向外移动。如果铸型的刚度差，就会发生型壁运动而使型腔胀大。结果，不仅影响铸件的尺寸精度，而且石墨化膨胀以后的收缩得不到补充，就会在铸件内部产生缩孔、缩松之类的缺陷。

针对大型厚断面球墨铸件的凝固特点，必须要加强砂箱的强度和钢度，砂箱外侧面采用法兰加强筋板，以减少砂箱、型砂的退让量。砂箱、砂型强度和刚度的提高以利于实现石墨化膨胀自补作用，确保内部组织致密，实现球墨铸铁自膨胀来消除缩孔、缩松、疏松等缺陷。

根据本铸件特点，砂箱结构：上下砂箱各1只，中砂箱4只。中砂箱放满砂后再放上上砂箱，放砂结结束通过螺栓将中砂箱和上砂箱或下砂箱紧固。

5.浇注温度的控制及冷铁的设计

采用低温快浇，浇注温度控制在1290℃～1310℃之间，过高会使铸件液态收缩量增加,造成铸件内部有缩松、缩孔缺陷,过低会造成渣、气来不及上浮而滞留在铸件内,最终导致铸件报废。为了便于控制浇注温度，采用4个30吨定量包同时浇注。

由于大型厚断面球墨铸铁件在生产中存在凝固速度缓慢，容易造成铸件壁厚中心或热节部位石墨畸变，球数减少，组织粗大、石墨飘浮及球化、孕育衰退问题，会使其厚壁部位的综合性能大幅度下降。生产大型厚断面球墨铸铁件的关键工艺措施之一是加快铸件的冷却，通过各种冷却手段，缩短凝固时间，有效控制大型厚断面球墨铸铁件的质量。本铸件采用常规加冷铁的办法提高冷却速度，冷铁布置如图4所示，冷铁8位于铸件7的模具安装面和吊钩7.1处，冷铁尺寸及数量见表2。

表2冷铁尺寸、数量

6型砂强度的控制

铸型砂型终强度控制在1.3～1.4MPa，砂芯终强度控制在0.9～1.0MPa。由于铸型型腔体积较大，铁液充入铸型型腔的时间较长，高温铁液极易浸入或冲坏砂型，为保证铸件表面不粘砂、多肉及尺寸变形、浮芯、漏箱等隐患，严格控制砂型、砂芯的混合剂的加入量。

7.化学成分的控制：铁液各组分质量为硅2.50%，碳3.52﹪，锰0.25%，磷0.02%，硫0.008%，镁0.04%，稀土0.02%，锑0.005%，余量为铁；

8.球化处理工艺的控制

球化剂质量组分为：Re2～4%，Si35～45%，Mg5～8%，其余为Fe及微量杂质元素，加入量控制铁液总量的在1.2﹪，要求原铁液具有低的含硫量，因为,硫不仅消耗球化剂中的镁和稀土,还可能造成铸件不球化,只有低的含硫量才能保证铁液球化良好。

铁液冲入球化处理包时的流量应尽可能的大,铁液在球化反应过程中使稀土和镁的回收率提高,脱硫的效果更为明显。球化处理后要扒净铁液上的浮渣,并覆盖好覆盖剂隔绝铁液与空气接触，以防止出现二次氧化及回硫现象。覆盖剂为河南金耐源新材料科技有限公司的JNY-T3调渣剂，成分为：三氧化二铝（Al₂O₃）13.15%，二氧化硅（SiO2）72.94%，三氧化二铁（Fe₂O₃）1.04%，氧化钾（K₂O）3.85%，氧化钠（Na₂O）3.3%，铁(Fe)5.71%。

9.孕育处理

孕育处理的作用主要是消除球化元素造成的白口倾向，促进石墨析出，提高球化率，细化石墨球，使之分布均匀。目前国内企业采用孕育剂和孕育方法不尽相同，但都强调要采用多次孕育、瞬时孕育工艺，以强化孕育效果，保证铁水在较长时间直至浇注完毕均处在良好的孕育状态，有效地消除渗碳体组织。对于生产厚大断面球墨铸铁件,孕育是很重要的一个环节，重点是延缓孕育衰退，为此,采用四次孕育，每一次使用的孕育剂种类不相同，在定量包内使用块状孕育剂，总孕育量0.71﹪。第一次孕育剂的成分为：Si72～80%，Al<1.5%，S<0.02%，其余为Fe及微量杂质元素，加入量为铁液重量的0.15%；第二次孕育剂的成分为：Si70～74%，Al≤1.5%，S≤0.02%，Ca0.5～1.5%，Ba1.5～2.5%，其余为Fe及微量杂质元素，加入量为铁液重量的0.4%；第三次、第四次孕育剂成分为：Si65～72%，Al2.5～4.5%，S<0.02%，Ca0.3～1.5%，Re1.5-3.5%，Mn4.5～6.5%，Sb0.3～1.5%，其余为Fe及微量杂质元素，第三次加入量为铁液重量的0.15%，第四次加入量为铁液重量的0.01%。

10.浇注完成，得到铸件。

所得铸件，进行性能测试：70mm×105mm×180mm附铸试块性能见表3，铸件无损检测（PT）符合三菱企业标准：没有线状缺陷。

表3试块力学性能

抗拉强度

屈服强度

伸长率%

球化等级

石墨大小

基体组织

MPa	MPa
						410	278	25.3	2	5～6	珠<5

Claims (10)

1.一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：步骤包括：

（1）模具制作：

模具造型工艺采用三开箱造型；

（2）浇注系统制作：

将模具安装面的反面设计在浇注位置的下部，内浇道设在模具安装面的反面；

浇注系统包括：直浇道，下横浇道，A型过滤器，B型过滤器，上横浇道，内浇道，内浇道的内径为φ60的陶瓷弯管；将直浇道与下横浇道的上端面连通，将下横浇道两端通过A型过滤器与上横浇道连通，将上横浇道的下端面通过B型过滤器与多条连通铸件型腔的内浇道连通；

浇注过程铁液从直浇道进入下横浇道，然后通过下横浇道进入A型过滤器，铁液在A型过滤器内部进行型内孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道进入B型过滤器再次净化过滤后的铁液通过内浇道进入铸型型腔；

浇注系统采用半开放式，最小截面设置在直浇道，各组元截面积比为F_直：F_下横：F_上横：F_内=1：2.2～3.0：1.2～2.5：1.2～2.0；

（3）砂型的制作：

根据铸件的结构，其内部为分割成多个相互连通的大型空腔，形成大型空腔的大型砂芯采用呋喃树脂砂制作，并控制砂型的终强度在1.3～1.4MPa，砂芯的强度在0.9～1.0MPa；

（4）浇注成型：

浇注成型时，铁液的化学成分为如下质量百分比的各组分：硅2.40%～2.60%，碳3.50～3.70﹪，锰0.20～0.30%，磷<0.04%，硫<0.015%，镁0.035～0.05%，稀土0.01～0.03%，锑0.005～0.008%，余量为铁；浇注温度为1290℃～1310℃，浇注时间为85s～100s；浇注成型得到铸件。

2.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：步骤（2）中各组元截面积比为F_直：F_下横：F_上横：F_内=1：2.6：1.6：1.5。

3.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：步骤（3）中在砂芯内预置作为支撑用的铸铁芯骨。

4.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：所述的浇注成型时，在铁液浇注前还包括铁液的球化处理和型外孕育处理过程；球化剂的加入量为铁液重量的1.1-1.25%；型外孕育分为三级孕育。

5.根据权利要求4所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：所述的三级孕育为球化处理时进行第一次孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.1～0.2%；球化处理结束后进行第二次孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.3～0.5%；铁液倒入定量包时进行第三次孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.1～0.2%；

6.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：所述的A型过滤器内部的型内孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.01～0.02%。

7.根据权利要求4所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：球化时，铁液冲入球化包时的流量控制在2-2.5吨/分钟。

8.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：所述的球化剂重量组分为：Re2～4%，Si35～45%，Mg5～8%，其余为Fe及微量杂质元素。

9.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：所述的覆盖剂成分为三氧化二铝13.15%，二氧化硅72.94%，三氧化二铁1.04%，氧化钾3.85%，氧化钠3.3%，铁5.71%。

10.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于：砂型制作过程，在铸件型腔的上部摆放一层冷铁以及在铸件型腔中部各吊钩处摆放一块冷铁。

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