CN104226923A - 一种生产转向桥的铁模覆砂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产转向桥的铁模覆砂工艺，所述铁模覆砂工艺包括以下步骤：步骤一：造型；步骤二：射砂与合箱；步骤三：球化和孕育；步骤四：震动浇注；步骤五：浇注后处理。本发明所述转向桥的铁模覆砂工艺，采用球化和孕育工艺，且采用震动浇注，保证了铸件的紧实度以及因震动导致枝晶破碎从而使得铸件晶粒细化，铸件力学性能和紧实度达到了很高的水平。该工艺保证了转向桥各项物理性能，转向桥可在铸态下使用，无需热处理，节约了生产成本和时间，缩短生产周期，经济效益显著，实施效果好。

Description

一种生产转向桥的铁模覆砂工艺

技术领域

本发明涉及一种转向桥的生产方法，尤其是一种生产转向桥的铁模覆砂工艺方法，属于铸造技术领域。

背景技术

转向桥，是指承担转向任务的车桥，一般汽车的前桥是转向桥。四轮转向汽车的前后桥，都是转向桥。它利用车桥中的转向节使两端的车轮偏转一定的角度，以实现汽车的转向。转向桥除承担汽车的垂直载荷外，还承受纵向力和侧向力及这些力造成的力矩。转向桥通常位于汽车前部，因此也常称为前桥。各种车型的转向桥结构基本相同，主要由前梁，转向节组成。

转向桥是大型机械结构上一个受力和变形比较大的零件，对其力学性能要求非常严格，迄今为止类似转向桥这类大型机械零件都是通过锻造件焊接起来生产的。

高强高韧球墨铸铁由于具有较高的抗拉强度和较高伸长率在工程机械、汽车零件中应用广泛。球墨铸铁如果在铸态下就能达到高强度高韧性等优异的综合力学性能的话，则会大大降低生产成本以及缩短生产周期。许多原来采用铸钢材料或者锻焊结合的零件，现在越来越多地被高强高韧的球铁件所代替。因此，类似转向桥这类大型机械零件，如果采用球墨铸铁铸造成型的话，将大大降低成本，缩短生产周期，经济效益显著。

使用球铁铸造方法生产转向桥是一个大胆的突破，因普通砂型铸造此类铸件时需要较多较大的冒口补缩铸件，因此工艺出品率很低，废品率较高。铁模覆砂因其独特的工艺特点，冷却快，铸型刚度大，可获得尺寸精度高，晶粒细小的铸件。同时可充分利用铸铁的石墨化膨胀尽可能多地消除铸件缩孔缩松以获得质量优异的铸件。因此可以采用铁模覆砂这一工艺生产转向桥。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种生产转向桥的铁模覆砂工艺。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种生产转向桥的铁模覆砂工艺，所述铁模覆砂工艺包括以下步骤：

步骤一：造型；

利用上一批浇注打箱后砂箱的余热进行造型，砂箱温度不能高于300℃，否则需要强制降温，模板通过电加热至250~300℃，每个铸件上开设四个截面形状为短薄宽且带有拐角的内浇道，铸件上不开设冒口；

步骤二：射砂与合箱；

将模板与砂箱贴合紧密之后开始进行射砂，射砂压力为0.8Mpa，铁型材质采用QT400高韧性球墨铸铁，检查射砂是否完整，用气枪吹净型腔内浮砂，使砂箱表面无浮砂；

将砂芯轻放至砂箱砂壳内，要求砂芯完整无磕碰且下放之后与砂壳贴合紧密，无摆动，下放完成后用气枪吹净型腔中浮砂；将下箱运至合箱处，在下箱浇注系统处放置过滤网，控制合箱机吊取上箱匀速下落合箱，合箱过程中销、孔对正，合箱后用箱卡固定，在浇口处放置浇口杯，用封箱膏进行密封，然后转运至浇注台待浇注；

步骤三：球化和孕育；

炉料配比为80%的生铁、10%的回炉料以及10%的钢屑，在中频感应电炉中熔炼至1550~1580℃，在感应电炉内进行球化和首次孕育；

在浇包底部加入粒度为5mm~15mm的含硅的稀土镁球化剂FeSiMg5RE1，球化剂的总重量为铁液总重量的1.1%~1.4%，在球化剂上面盖上薄铁板，再在铁板上放入占铁液总重量0.8%~1.0%的75SiFe孕育剂，75SiFe孕育剂粒度为5~15mm，将铁液从电炉内倒入浇包进行球化和首次孕育，在浇包内加入珍珠岩覆盖剂进行除渣，同时进行保温；

二次孕育采用含铋的硅钡高效孕育剂，孕育剂的化学成分为（重量百分比）：Si：63%~68%；Ca:0.8%~2.2%；Al：1.0%~2.0%；Ba：4.0%~6.0%；Bi：0.06%~0.08%；余量为Fe；浇注时进行随流孕育，即二次孕育，使用量为占铁液总重量的0.4%~0.6%，粒度为0.5mm~4mm；二次孕育随后续步骤四一起进行；

步骤四：震动浇注；

浇注前采用测温枪测量浇包内铁水温度，当温度降至1400℃时开始浇注，将造好型的型箱置于震动台上，边浇注边震动，浇注时进行随流第二次孕育；采用偏慢浇注但不能断流，浇注时间为40~45S，浇注末箱温度控制在不低于1360℃，震动幅度及频率不应过大，震动幅度为0.5~2cm，震动频率为10~20Hz，震动时间为2~4分钟；

步骤五：浇注后处理；

浇注完成，震动结束后除去浇口杯，在浇注完毕15分钟后，待铸件的温度达到680℃~750℃时，用落砂机落砂后开箱，把铸件整齐摆放进行自然空冷，直至室温即可。

作为上述技术方案的改进，所述转向桥铸造造型从里到外依次包括：砂芯、铸件及覆砂层，转向桥上热节的砂厚为3mm、下热节砂厚为5mm、铸件除去上热节最上面的砂厚为4mm，最下面的砂厚为8mm，覆砂层的厚度由下至上呈线性减小。

作为上述技术方案的改进，所述步骤一中的内浇道的高度为9mm，其长度为47mm，宽度为35mm。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述转向桥的铁模覆砂工艺，采用球化和孕育，且采用震动浇注，保证了铸件的紧实度以及因震动导致枝晶破碎从而使得铸件晶粒细化，铸件力学性能和紧实度达到了很高的水平。该工艺保证了转向桥各项物理性能，转向桥可在铸态下使用，节约了生产成本和时间，缩短生产周期，经济效益显著，实施效果好。

附图说明

图1为本发明所述转向桥铸造成型截面示意图；

图2为本发明所述转向桥铁模覆砂造型主视图；

图3为其俯视图；

图4为图2中内浇道结构示意图；

图5为图4中内浇道主视图；

图6为图5的俯视图；

图7为图5的右视图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1所示，为本发明所述转向桥铸造成型截面示意图，其从里到外依次包括：砂芯10、铸件20及覆砂层30，由砂芯10和覆砂层30的形状共同保证铸件20浇注成型。根据转向桥的形状特点，首先分析转向桥的轮廓及壁厚特点，初步确定铸件20中的热节位置，根据判断来调整铸造模具与砂箱紧贴后的间隙，进而确定覆砂层30的厚度。如图1所示，转向桥上热节的砂厚为3mm、下热节砂厚为5mm、铸件20除去上热节最上面的砂厚为4mm，最下面的砂厚为8mm，覆砂层30的厚度由下至上呈线性减小。

针对转向桥形状及铸造成型截面分析，本发明所述的转向桥铁模覆砂工艺如下：

步骤一：造型；

利用上一批浇注打箱后砂箱的余热进行造型，但是砂箱温度不能高于300℃，否则需要强制降温。模板通过电加热至250~300℃。每个铸件上开设四个截面形状为短薄宽且带有拐角的内浇道，铸件上不开设冒口；

如图2所示为本发明所述转向桥铁模覆砂造型主视图，图3为其俯视图。在转向桥铁模覆砂造型中，铸件20上不开设冒口，在造型内设置有主浇道40，在主浇道40上下两侧分别设置有四个截面短薄宽的内浇道50，且内浇道50带有拐角，如图4所示，浇筑时，铁液从主浇道40通过带有拐角的短薄宽的内浇道50，再进入铸件20一侧，即沿图中箭头方向。

采用四个内浇道50可以实现多股细流浇注，使得先进入型腔的铁液能够早点稳定下来，便于后期的凝固和结晶。因为内浇道50较短且呈扁宽状，且在中间开设了拐角，这有利于在铸件20凝固后期结晶开始时，内浇道50率先凝固，从而能够极大地利用石墨化自补缩，减少缩孔缩松的数量，结合铁模覆砂铸型刚度大的优点可以实现无冒口铸造，大大提高了工艺出品率。

步骤二：射砂与合箱；

将模板与砂箱贴合紧密之后开始进行射砂，射砂压力为0.8Mpa，铁型材质采用QT400高韧性球墨铸铁。检查射砂是否完整，用气枪吹净型腔内浮砂，使砂箱表面无浮砂。

将砂芯轻放至砂箱砂壳内，要求砂芯完整无磕碰且下放之后与砂壳贴合紧密，无摆动，下放完成后用气枪吹净型腔中浮砂；将下箱运至合箱处，在下箱浇注系统处放置过滤网，控制合箱机吊取上箱匀速下落合箱，合箱过程中销、孔对正，合箱后用箱卡固定，在浇口处放置浇口杯，用封箱膏进行密封，然后转运至浇注台待浇注。

步骤三：球化与孕育；

炉料配比为80%的生铁、10%的回炉料以及10%的钢屑，在中频感应电炉中熔炼至1550~1580℃，在感应电炉内进行球化和首次孕育；

在浇包底部加入粒度为5mm~15mm的含硅的稀土镁球化剂FeSiMg5RE1，球化剂的总重量为铁液总重量的1.1%~1.4%，在球化剂上面盖上薄铁板，再在铁板上放入占铁液总重量0.8%~1.0%的75SiFe孕育剂，75SiFe孕育剂粒度为5~15mm，将铁液从电炉内倒入浇包进行球化和首次孕育，在浇包内加入珍珠岩覆盖剂进行除渣，同时进行保温；

二次孕育采用含铋的硅钡高效孕育剂，高效孕育剂的化学成分为（重量百分比）：Si：63%~68%；Ca:0.8%~2.2%；Al：1.0%~2.0%；Ba：4.0%~6.0%；Bi：0.06%~0.08%；余量为Fe；浇注时进行随流孕育，即二次孕育，使用量为占铁液总重量的0.4%~0.6%，粒度为0.5mm~4mm；二次孕育随后续步骤四一起进行；

步骤四：震动浇注；

浇注前采用测温枪测量浇包内铁水温度，当温度降至1400℃时开始浇注。将造好型的型箱置于震动台上，边浇注边震动，浇注时进行随流第二次孕育；采用偏慢浇注但不能断流，每箱浇注过程在35~40秒完成，浇注末箱温度控制在不低于1360℃。震动幅度及频率不应过大，震动幅度为0.5~2cm，震动频率为10~20Hz，震动时间为2~4分钟。

步骤五：浇注后处理；

浇注完成，震动结束后除去浇口杯。在浇注完毕15分钟后，待铸件的温度达到680℃~750℃时，用落砂机落砂后开箱，把铸件整齐摆放进行自然空冷，直至室温即可。

在上述步骤一中，内浇道50为短薄宽形状且带有拐角，本发明根据转向桥实际尺寸，给出一种实施例的内浇道50的实际尺寸图，如图5~图7所示，从这些图中不难看出，内浇道50高度仅仅为9mm，而其长度达到47mm而宽度达到35mm，因此，可以称之为“短薄宽”的形状，且带有拐角。

本发明所述转向桥，进行两次球化处理，且第二次采用型内球化，球化元素的吸收率非常之高，能达到90%左右，还克服了球化衰退的问题，能够保证最低1~2级的球化效果，球化率达95%左右，确保在转向桥抗拉强度较高的情况下伸长率也较高。

本发明所述转向桥，采用两次孕育，且第二次采用钡硅铁铋的高效孕育剂，且粒度很小，同时加热到200℃左右。粒度小可以使得孕育更加均匀，加热到200℃可以充分发挥孕育剂的孕育性能，添加的微量铋元素结合球化剂中的稀土能够有效增加石墨球数，石墨球大小能够达到6~7级。

本发明所述转向桥，铸件冷却到700℃左右时开箱快冷，有促进生成珠光体的作用，同时快冷能够细化珠光体或者铁素体，进一步增加了铸件的强度和韧性。金属基体中有可能还会生成少量的贝氏体。

本发明所述转向桥，对铸件进行边浇注边震动。铁模覆砂砂层薄用砂少，可以采用树脂砂，高温强度大，与外层的铁型连接牢固，故完全可以采取振动铸造而不用担心砂子的坍塌和掉砂。因本发明为无冒口铸造，且铸件体积较大，故在局部热节处仍然会有不少缩孔缩松集中，且常规方法难以消除，采用振动浇注方法配合慢浇可以使充型充分，且能粉碎结晶枝晶，不至于形成最后的凝固小熔池，从而可以大大地减少缩孔缩松的产生。同时还可提高铸件的致密度，获得晶粒细小的组织，极大地提高了铸件的力学性能。同时还可降低废品率。因根据模拟结果可知铸件完全凝固所需时间大约为3分钟，故振动时间定为2~4分钟。

本发明将铁模覆砂铸造工艺应用于转向桥的生产，能够利用其铸型刚度大的特点，确保铁液的石墨化膨胀尽可能多地用来消除铸件的缩孔缩松。同时通过控制铸件不同位置处的砂层厚度，铸件下部砂厚，上部砂薄，因先进入型腔的铁液温度低但冷却也慢，而后进入型腔的铁液温度高但冷却也快，这样会促使铸件进行同时凝固，使得铸件各处的硬度均匀。采用截面形状特殊且数量较多的内浇道，配合慢浇，有利于铸件液态凝固时的液态补缩，同时在后期石墨化膨胀时，内浇道能够完全封闭从而利用石墨化膨胀来抵消缩孔缩松，以实现无冒口浇注，大大提高了工艺出品率。

同时利用铁模覆砂中砂型高温强度大的特点，进行了创新性的震动式浇注方法（即边浇注边震动），几乎能够全部消除铸件因大而薄且无冒口补缩所造成的缩孔缩松，保证了铸件的紧实度以及因震动导致枝晶破碎从而使得铸件晶粒细化，铸件力学性能和紧实度达到了极高的水平。迄今为止这类零件大多是通过锻造件焊接起来生产的，使用球铁铸造方法生产是一个大胆的突破。同时实现了以铁代钢、以铸造代替了锻造和焊接复合生产，大大降低了生产周期和生产成本，具有显著的经济效益和社会效益。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种生产转向桥的铁模覆砂工艺，其特征是，所述铁模覆砂工艺包括以下步骤：

步骤一：造型；

利用上一批浇注打箱后砂箱的余热进行造型，砂箱温度不能高于300℃，否则需要强制降温，模板通过电加热至250~300℃，每个铸件上开设四个截面形状为短薄宽且带有拐角的内浇道，铸件上不开设冒口；

步骤二：射砂与合箱；

将模板与砂箱贴合紧密之后开始进行射砂，射砂压力为0.8Mpa，铁型材质采用QT400高韧性球墨铸铁，检查射砂是否完整，用气枪吹净型腔内浮砂，使砂箱表面无浮砂；

将砂芯轻放至砂箱砂壳内，要求砂芯完整无磕碰且下放之后与砂壳贴合紧密，无摆动，下放完成后用气枪吹净型腔中浮砂；将下箱运至合箱处，在下箱浇注系统处放置过滤网，控制合箱机吊取上箱匀速下落合箱，合箱过程中销、孔对正，合箱后用箱卡固定，在浇口处放置浇口杯，用封箱膏进行密封，然后转运至浇注台待浇注；

步骤三：球化和孕育；

炉料配比为80%的生铁、10%的回炉料以及10%的钢屑，在中频感应电炉中熔炼至1550~1580℃，在感应电炉内进行球化和首次孕育；

在浇包底部加入粒度为5mm~15mm的含硅的稀土镁球化剂FeSiMg5RE1，球化剂的总重量为铁液总重量的1.1%~1.4%，在球化剂上面盖上薄铁板，再在铁板上放入占铁液总重量0.8%~1.0%的75SiFe孕育剂，75SiFe孕育剂粒度为5~15mm，将铁液从电炉内倒入浇包进行球化和首次孕育，在浇包内加入珍珠岩覆盖剂进行除渣，同时进行保温；

二次孕育采用含铋的硅钡高效孕育剂，高效孕育剂的化学成分为（重量百分比）：Si：63%~68%；Ca:0.8%~2.2%；Al：1.0%~2.0%；Ba：4.0%~6.0%；Bi：0.06%~0.08%；余量为Fe；浇注时进行随流孕育，即二次孕育，使用量为占铁液总重量的0.4%~0.6%，粒度为0.5mm~4mm；二次孕育随后续步骤四一起进行；

步骤四：震动浇注；

浇注前采用测温枪测量浇包内铁水温度，当温度降至1400℃时开始浇注，将造好型的型箱置于震动台上，边浇注边震动，浇注时进行随流第二次孕育；采用偏慢浇注但不能断流，浇注时间为40~45S，浇注末箱温度控制在不低于1360℃，震动幅度及频率不应过大，震动幅度为0.5~2cm，震动频率为10~20Hz，震动时间为2~4分钟；

步骤五：浇注后处理；

浇注完成，震动结束后除去浇口杯，在浇注完毕15分钟后，待铸件的温度达到680℃~750℃时，用落砂机落砂后开箱，把铸件整齐摆放进行自然空冷，直至室温即可。

2.根据权利要求1所述的一种生产转向桥的铁模覆砂工艺，其特征是，所述转向桥铸造造型从里到外依次包括：砂芯（10）、铸件（20）及覆砂层（30），转向桥上热节的砂厚为3mm、下热节砂厚为5mm、铸件（20）除去上热节最上面的砂厚为4mm，最下面的砂厚为8mm，覆砂层（30）的厚度由下至上呈线性减小。

3.根据权利要求2所述的一种生产转向桥的铁模覆砂工艺，其特征是，所述步骤一中的内浇道的高度为9mm，其长度为47mm，宽度为35mm。