CN104353781A - 港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺。第一步、预发泡成型：第二步、制涂料；模样涂料涂刷；浇注系统与模样组装后涂刷；第三步、浇注系统工艺设计；第四步、造型；第五步、浇注工艺步骤：第六步、铸件全部浇筑完，保持负压15min后，静置冷却至少12h后开箱。本发明一种港口机械用低合金铸钢车轮铸造工艺，经过多项技术难关获得成功，拓宽了消失模铸造技术的应用领域。大大降低了铸造成本。突破了人们通常认为的低合金铸钢是消失模铸造禁区的理念。小批量中试和大批量生产实践表明，铸件产品的一次性合格率达到95%左右。

Description

港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺
技术领域
本发明涉及一种消失模铸造工艺，具体是港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺。
背景技术
消失模铸造（又称实型铸造）是用泡沫塑料（EPS 、STMMA或EPMMA）消失模铸造工艺高分子材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实型模具，经过浸涂耐火涂料（起强化、光洁、透气作用）并烘干后，埋在干石英砂中经三维振动造型，浇铸造型砂箱在负压状态下浇入熔化的金属液，使高分子材料模型受热气化抽出，进而被液体金属取代冷却凝固后形成的一次性成型铸造新工艺生产铸件的新型铸造方法。
对于消失模铸造有多种不同的叫法，国内主要的叫法还有“干砂实型铸造”“负压实型铸造”， 简称EPS 铸造。国外的叫法主要有：lost foam process ( USA ) 、policast process ( Italy ) 等。
与传统铸造技术相比，消失模铸造技术具有无与伦比的优势，被国内外铸造界称为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。
消失模铸造有下列特点：1、铸件质量好，成本低；2、材质不限，大小皆宜；3、精度高、表面光洁、减少清理、节省机加；4、内部缺陷大大减少，铸件组织致密； 5、可实现大规模、大批量生产；6、适用于相同铸件的大批量生产铸造；7、适用于人工操作与自动化流水线生产运行控制；8、生产线的生产状态符合环保技术参数指标要求；9、可以大大改善铸造生产线的工作环境与生产条件、降低劳动强度、减少能源消耗。
港口机械用低合金铸钢车轮和滑轮材料为ZG42SiMn。车轮直径ø800mm，内孔直径ø210mm，厚度200mm，零件重460kg，铸件重520kg。铸件的技术要求：第一、踏面硬度50~56HRC，有效硬化深度15mm；第二、探伤按ASTMA504-C级验收。车轮原为锻造成型，成本高，加工余量大。
申请号 201010542132.9公开了一种铝合金车轮铸造工艺和热处理工艺，所述工艺包括下述步骤：a、采用金属模低压铸造工艺，浇注温度为 690℃～ 735℃，模具预热温度为250℃～ 350℃；b、在熔炼炉中进行细化，并调整铝液中铁、硅的含量 ；在精炼包中进行变质和炉外吹氮气精炼，并调整铝液中镁、锶、钛的含量；c、在车轮的厚大部位加冷却管进行快冷，在侧模外围填充保温棉延缓轮辋中部的冷却速度，以实现顺序凝固；d、车轮铸件冷却后入热处理窑，进行固溶时效处理。该工艺采用金属模低压铸造工艺，相比较消失模铸造工艺来说成本较高，精度不高。
申请号 201310310006.4公开了一种低合金钢的铸造工艺，其具体包括以下步骤 ：（1）制造模样 ：用泡沫材料制造模样，模样的齿形与齿形零件一致 ；（2）涂料和干燥 ：在模样表面涂挂胶粘剂，喷砂并烘干；所述喷砂为碳化硅，三氧化二铝，铁格硼或碳化钨 ；（3）造型 ：将干燥的模样置于砂箱中，放置浇道，往砂箱中填砂进行造型，并在模样上设置冒口；（4）浇注、落砂和清理 ：往砂箱中浇注铁水，冷却后开箱落砂，对铸件进行清理，浇注过程中抽真空，并振荡，真空度小于 0.1MPa。该方法虽然使用了消失模铸造工艺来铸造低合金钢，但是，其没有对浇注系统的工艺设计进行详细说明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种消失模铸造高锰钢筛板，生产出的筛板耐磨性能好，强度高，寿命长。
其具体技术方案是：
港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，包括以下步骤：
第一步、预发泡成型：选用EPS珠粒，粒径0.6~0.8mm，密度21~23g/cm3；采用SJ-KF-450间歇式预发泡机进行预发泡，预热温度90~95℃，蒸汽压力0.12~0.15MPa，预发泡温度95~102℃，预发泡珠粒干燥进入料仓，存放时间不超过24h。
第二步、制涂料；模样涂料涂刷；浇注系统与模样组装后涂刷；
第三步、浇注系统工艺设计；浇注为中心底浇注，4个浇注口作十字形状；直浇道采用空心浇注，材料内孔直径ø45mm，壁厚7mm，长500mm的瓷管，单头座连续工序；
冒口设计与材料：轴头部位：轴头冒口采用EPS制作，冒口与铸件接触面的内直径ø180mm，外直径ø310mm，上部表面内直径ø170mm，外直径ø380mm，高260mm轴头中心孔做斜度；
冒口与冒口的中间处安放直径30mm的瓷管做排渣排气孔，通到砂层上表面；浇口杯：选用材料为耐火土烧结，形状为圆锥形，上部内直径ø320mm，下部内直径ø260mm，高300mm，与直浇道连接的浇注口直径ø45mm，浇口杯壁上部大约20mm厚，下部逐渐加厚；
第四步、造型；
第五步、浇注工艺步骤：采用中频炉熔炼，钢液出炉温度1590℃，浇注温度1550℃，浇筑时负压保持在0.035~0.04MPa；
第六步、铸件全部浇筑完，保持负压15min后，静置冷却至少12h后开箱。
所述预发泡成型步骤中，模具需预热处理，预热时间15s。
所述制涂料步骤中，涂料的主要成分：棕刚玉粉、石英砂粉、锆英粉、高铝矾土粉、钠基膨润土、羧甲基纤维、白乳胶等加水搅拌，3~4h而成。
所述浇注系统工艺设计步骤中，在未设置冒口的踏面表面，安放四件外冷铁尺寸与踏面吻合，每件重20kg。
所述浇注工艺步骤中，浇筑方法采用慢-快-慢，即小-大-小的方法，开始先点浇，钢液充满直浇道后，加速浇注速度，使钢液快速充满模样气化后的空间，支撑型壁，防止塌陷，待铸件全部浇注完，钢液到浇口杯1/4处时，略微暂停，再加速把浇口杯浇满。
有益效果：第一、本发明一种港口机械用低合金铸钢车轮铸造工艺，经过多项技术难关获得成功，拓宽了消失模铸造技术的应用领域。
第二、本发明铸造方法，大大降低了铸造成本。
第三、突破了人们通常认为的低合金铸钢是消失模铸造禁区的理念。
第四、小批量中试和大批量生产实践表明，铸件产品的一次性合格率达到95%左右。
具体实施方式
实施例一：
港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，包括以下步骤：
第一步、预发泡成型：选用EPS珠粒，粒径0.6~0.8mm，密度21~23g/cm3；采用SJ-KF-450间歇式预发泡机进行预发泡，预热温度90~95℃，蒸汽压力0.12~0.15MPa，预发泡温度95~102℃，预发泡珠粒干燥进入料仓，存放时间不超过24h。
第二步、制涂料；模样涂料涂刷；浇注系统与模样组装后涂刷；所述涂料的主要成分：棕刚玉粉、石英砂粉、锆英粉、高铝矾土粉、钠基膨润土、羧甲基纤维、白乳胶等加水搅拌，3~4h而成。
第三步、浇注系统工艺设计；浇注为中心底浇注，4个浇注口作十字形状；直浇道采用空心浇注，材料内孔直径ø45mm，壁厚7mm，长500mm的瓷管，单头座连续工序；
冒口设计与材料：轴头部位：轴头冒口采用EPS制作，冒口与铸件接触面的内直径ø180mm，外直径ø310mm，上部表面内直径ø170mm，外直径ø380mm，高260mm轴头中心孔做斜度；
冒口与冒口的中间处安放直径30mm的瓷管做排渣排气孔，通到砂层上表面；浇口杯：选用材料为耐火土烧结，形状为圆锥形，上部内直径ø320mm，下部内直径ø260mm，高300mm，与直浇道连接的浇注口直径ø45mm，浇口杯壁上部大约20mm厚，下部逐渐加厚；
第四步、造型；特制砂箱：四个侧面及底面为双层，能均匀实现各处负压状态。加砂：雨淋式加砂器实现均匀加砂，提高加砂速度，砂子为无粘结剂镁橄榄石干砂，20目，砂经过砂处理系统，砂中无粉尘，粒度均匀，无杂物，砂温不高于45℃。
第五步、浇注工艺步骤：采用中频炉熔炼，钢液出炉温度1590℃，浇注温度1550℃，浇筑时负压保持在0.035~0.04MPa；所述浇注工艺步骤中，浇筑方法采用慢-快-慢，即小-大-小的方法，开始先点浇，钢液充满直浇道后，加速浇注速度，使钢液快速充满模样气化后的空间，支撑型壁，防止塌陷，待铸件全部浇注完，钢液到浇口杯1/4处时，略微暂停，再加速把浇口杯浇满。
第六步、铸件全部浇筑完，保持负压15min后，静置冷却至少12h后开箱。
实施例二：
港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，包括以下步骤：
第一步、预发泡成型：选用EPS珠粒，粒径0.6~0.8mm，密度21~23g/cm3；采用SJ-KF-450间歇式预发泡机进行预发泡，预热温度90~95℃，蒸汽压力0.12~0.15MPa，预发泡温度95~102℃，预发泡珠粒干燥进入料仓，存放时间不超过24h。所述预发泡成型步骤中，模具需预热处理，预热时间15s。
第二步、制涂料；模样涂料涂刷；浇注系统与模样组装后涂刷；所述涂料的主要成分：棕刚玉粉、石英砂粉、锆英粉、高铝矾土粉、钠基膨润土、羧甲基纤维、白乳胶等加水搅拌，3~4h而成。
第三步、浇注系统工艺设计；浇注为中心底浇注，4个浇注口作十字形状；直浇道采用空心浇注，材料内孔直径ø45mm，壁厚7mm，长500mm的瓷管，单头座连续工序；
冒口设计与材料：轴头部位：轴头冒口采用EPS制作，冒口与铸件接触面的内直径ø180mm，外直径ø310mm，上部表面内直径ø170mm，外直径ø380mm，高260mm轴头中心孔做斜度；
冒口与冒口的中间处安放直径30mm的瓷管做排渣排气孔，通到砂层上表面；浇口杯：选用材料为耐火土烧结，形状为圆锥形，上部内直径ø320mm，下部内直径ø260mm，高300mm，与直浇道连接的浇注口直径ø45mm，浇口杯壁上部大约20mm厚，下部逐渐加厚；
第四步、造型；特制砂箱：四个侧面及底面为双层，能均匀实现各处负压状态。加砂：雨淋式加砂器实现均匀加砂，提高加砂速度，砂子为无粘结剂镁橄榄石干砂，30目，砂经过砂处理系统，砂中无粉尘，粒度均匀，无杂物，砂温不高于45℃。
第五步、浇注工艺步骤：采用中频炉熔炼，钢液出炉温度1590℃，浇注温度1550℃，浇筑时负压保持在0.035~0.04MPa；所述浇注工艺步骤中，浇筑方法采用慢-快-慢，即小-大-小的方法，开始先点浇，钢液充满直浇道后，加速浇注速度，使钢液快速充满模样气化后的空间，支撑型壁，防止塌陷，待铸件全部浇注完，钢液到浇口杯1/4处时，略微暂停，再加速把浇口杯浇满。
第六步、铸件全部浇筑完，保持负压15min后，静置冷却至少12h后开箱。
实施例三：
港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，包括以下步骤：
第一步、预发泡成型：选用EPS珠粒，粒径0.6~0.8mm，密度21~23g/cm3；采用SJ-KF-450间歇式预发泡机进行预发泡，预热温度90~95℃，蒸汽压力0.12~0.15MPa，预发泡温度95~102℃，预发泡珠粒干燥进入料仓，存放时间不超过24h。所述预发泡成型步骤中，模具需预热处理，预热时间15s。冷却：模样上下表面同时冷却，冷却时间2~3min，以防止模样变形计控制可能再次发泡。
第二步、制涂料；模样涂料涂刷；浇注系统与模样组装后涂刷；所述涂料的主要成分：棕刚玉粉、石英砂粉、锆英粉、高铝矾土粉、钠基膨润土、羧甲基纤维、白乳胶等加水搅拌，3~4h而成。
第三步、浇注系统工艺设计；浇注为中心底浇注，4个浇注口作十字形状；直浇道采用空心浇注，材料内孔直径ø45mm，壁厚7mm，长500mm的瓷管，单头座连续工序；
冒口设计与材料：轴头部位：轴头冒口采用EPS制作，冒口与铸件接触面的内直径ø180mm，外直径ø310mm，上部表面内直径ø170mm，外直径ø380mm，高260mm轴头中心孔做斜度；
冒口与冒口的中间处安放直径30mm的瓷管做排渣排气孔，通到砂层上表面；在未设置冒口的踏面表面，安放四件外冷铁尺寸与踏面吻合，每件重20kg。浇口杯：选用材料为耐火土烧结，形状为圆锥形，上部内直径ø320mm，下部内直径ø260mm，高300mm，与直浇道连接的浇注口直径ø45mm，浇口杯壁上部大约20mm厚，下部逐渐加厚；
第四步、造型；特制砂箱：四个侧面及底面为双层，能均匀实现各处负压状态。加砂：雨淋式加砂器实现均匀加砂，提高加砂速度，砂子为无粘结剂镁橄榄石干砂，40目，砂经过砂处理系统，砂中无粉尘，粒度均匀，无杂物，砂温不高于45℃。
第五步、浇注工艺步骤：采用中频炉熔炼，钢液出炉温度1590℃，浇注温度1550℃，浇筑时负压保持在0.035~0.04MPa；所述浇注工艺步骤中，浇筑方法采用慢-快-慢，即小-大-小的方法，开始先点浇，钢液充满直浇道后，加速浇注速度，使钢液快速充满模样气化后的空间，支撑型壁，防止塌陷，待铸件全部浇注完，钢液到浇口杯1/4处时，略微暂停，再加速把浇口杯浇满。
第六步、铸件全部浇筑完，保持负压15min后，静置冷却至少12h后开箱。

Claims (5)

1.港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、预发泡成型：选用EPS珠粒，粒径0.6~0.8mm，密度21~23g/cm3；采用SJ-KF-450间歇式预发泡机进行预发泡，预热温度90~95℃，蒸汽压力0.12~0.15MPa，预发泡温度95~102℃，预发泡珠粒干燥进入料仓，存放时间不超过24h；
第二步、制涂料；模样涂料涂刷；浇注系统与模样组装后涂刷；
第三步、浇注系统工艺设计；浇注为中心底浇注，4个浇注口作十字形状；直浇道采用空心浇注，材料内孔直径ø45mm，壁厚7mm，长500mm的瓷管，单头座连续工序；
冒口设计与材料：轴头部位：轴头冒口采用EPS制作，冒口与铸件接触面的内直径ø180mm，外直径ø310mm，上部表面内直径ø170mm，外直径ø380mm，高260mm轴头中心孔做斜度；
冒口与冒口的中间处安放直径30mm的瓷管做排渣排气孔，通到砂层上表面；浇口杯：选用材料为耐火土烧结，形状为圆锥形，上部内直径ø320mm，下部内直径ø260mm，高300mm，与直浇道连接的浇注口直径ø45mm，浇口杯壁上部大约20mm厚，下部逐渐加厚；
第四步、造型；
第五步、浇注工艺步骤：采用中频炉熔炼，钢液出炉温度1590℃，浇注温度1550℃，浇筑时负压保持在0.035~0.04MPa；
第六步、铸件全部浇筑完，保持负压15min后，静置冷却至少12h后开箱。
2.根据权利要求1所述的港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，其特征在于，所述预发泡成型步骤中，模具需预热处理，预热时间15s。
3.根据权利要求1所述的港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，其特征在于，所述制涂料步骤中，涂料的主要成分：棕刚玉粉、石英砂粉、锆英粉、高铝矾土粉、钠基膨润土、羧甲基纤维、白乳胶等加水搅拌，3~4h而成。
4.根据权利要求1所述的港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，其特征在于，所述浇注系统工艺设计步骤中，在未设置冒口的踏面表面，安放四件外冷铁尺寸与踏面吻合，每件重20kg。
5.根据权利要求1所述的港口机械用低合金铸钢车轮消失模铸造工艺，其特征在于，所述浇注工艺步骤中，浇筑方法采用慢-快-慢，即小-大-小的方法，开始先点浇，钢液充满直浇道后，加速浇注速度，使钢液快速充满模样气化后的空间，支撑型壁，防止塌陷，待铸件全部浇注完，钢液到浇口杯1/4处时，略微暂停，再加速把浇口杯浇满。
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