CN107486541A

CN107486541A - 基于v法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺

Info

Publication number: CN107486541A
Application number: CN201710721639.2A
Authority: CN
Inventors: 吴来发; 吴友坤; 汪大新; 崔明胜
Original assignee: Hefei Casting and Forging Factory of Anhui Heli Co Ltd
Current assignee: Hefei Casting and Forging Factory of Anhui Heli Co Ltd
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2017-12-19

Abstract

本发明公开了一种基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，涉及V法铸造的工艺技术领域。包括铸造工艺和模型制造；铸造工艺包括铸型成型方法、浇注系统、冒口及排气系统、材质配比及铁水处理、制芯工艺，具体如下过程：铸型成型方法、浇注系统、冒口及排气系统、制芯工艺和材质配比及铁水处理。本发明通过V法铸造、铸型的冷却原理和温度场分布，及V法铸造铸件的凝固特性，确定铸件的组织和成分、原辅材料；采用盖包球化处理和自动化随流孕育技术；制定相应的铁水熔炼、球化、孕育处理和浇注过程的工艺规程；采用直读光谱、碳硫自动分析仪、热分析智能仪及炉前快速金相等在线检测和控制手段，保证了铸件的各项技术指标达到产品标准要求。

Description

基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺

技术领域

本发明属于V法铸造的工艺技术领域，特别是涉及基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺。

背景技术

装载机后座，作为装载机的重要结构件，同时兼具工程机械上必须的配重功能，又称装载机配重。大型装载机在野外作业，作业环境恶劣，对后座零件的强度及性能要求很高，一般采用球铁材质，要求尺寸准确、重量偏差小，对铸件的机械力学性能和成分组织也都有严格的质量控制要求。

大型装载机后座呈薄壁弧形结构，且存在充型截面突变，又是球铁材质 QT400—18，常用的铸造成型方法有树脂砂造型、烘模砂(或水玻璃砂)造型、潮模砂造型等，不仅生产成本高，在铸造生产过程中，还常产生翘曲变形、尺寸偏差及缩孔气孔等缺陷。

V法铸造，根据其工艺特征，与传统砂型铸造相比突出的优点是：铸型紧实度高、硬度均匀、型面光洁、轮廓清晰，铸件尺寸精度高、光洁度好，工序简便，生产成本低，模具寿命长，铸件成品率高，在技术质量和效益方面有显著的竞争优势，其应用也日趋广泛。然而，鉴于其工艺原理和铸型成型方法与传统铸造有很大区别,工艺适应性也有所局限。

V法铸造的铸型在浇注金属液时，随着EVA薄膜的气化和密封涂层受到破坏，铸型内的实际负压度不可避免会有很大变化而不稳定，使铸型的强度和刚性波动变化。

对于薄壁弧形结构的大型装载机后座的V法铸造，在凝固冷却期间，不稳定的铸型强度和刚性，增加了铸件产生翘曲变形的趋势，同时，尺寸精度也难保证。

V法铸造的铸件易出现气孔缺陷，这与其铸型特性有关。V法铸造的型腔因被塑料薄膜包裹密封，基本上是不透气的，在浇注中，型腔薄膜局部被金属液烧损，但金属液却成为密封体，型腔仍然是密封的，型腔内的气体受热急剧膨胀，加之型腔中可燃物燃烧产生的气体，不能从型腔顺利排出，而滞留在铸件内形成的气孔，我们称之为腔滞气孔。

对于薄壁弧形结构的大型装载机后座的V法铸造，由于型腔内存在大面积独立封闭的狭窄空间，气体排出困难，铸件更容易产生气孔缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，通过采用V法铸造、铸型的冷却原理和温度场分布，及V法铸造铸件的凝固特性，确定铸件的组织和成分、原辅材料；采用盖包球化处理和自动化随流孕育技术；保证铸件的各项技术指标达到产品标准要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，包括铸造工艺和模型制造；所述铸造工艺包括铸型成型方法、浇注系统、冒口及排气系统、材质配比及铁水处理、制芯工艺，具体如下过程：

SS01铸型成型方法：采用V法造型，铸件外表面向下，高度方向上下箱各一半，铸件两侧采用堆砂工艺成型，使得分型面在侧面和圆角R的切点处；

SS02浇注系统：采取半封闭式浇注系统，F直：F横：F内＝1：1.8：1.4；

SS03冒口及排气系统：在铸件的两端厚大热节处各设置一个倒瓶式明冒口，外观结构尺寸φ260*380；瓶口φ80，在浇注过程中，同时设置六个当量直径50和一个直径60的出气冒口；

SS04制芯工艺：采用树脂自硬砂制芯；

SS05材质配比及铁水处理

A、砂箱结构设计

增加箱带密度，将箱带做成中空，与砂箱侧抽气室连通，箱带上设抽气滤网，箱带高度按模型形状留出150～200mm随形做出；

B、熔炼

根据铸件的重量确定熔炼铁水量，包括75～85％球生铁和15～25％废钢，其中

球生铁化学成分：Mn 0.2～0.3％，P≤0.06％，S≤0.02％，C 3.6～3.7％， Si2.6～3.0％；

废钢化学成分：

C、炉前处理

浇包预热，首先将8T包和3T球化包分别出水预热，用3T浇包，分三次进行球化，倒入8T包进行浇注；

铁水要提高出炉温度控制在1480-1490℃，球化剂类型3-8，加入量为 16KG/T，加入量控制在上线，每吨铁水孕育时加75硅铁8KG/T；

浇注时，加入0.1％的福士科Incoude900作为随流孕育剂进行二次孕育；

球化后，每包铁水按2.6T进行处理，3-8稀土、75硅铁加入后用铁板压实；

D、造型

砂箱加砂震实时间在2.0～3.0的范围，保温保压时间在18～48h；

E、浇注

浇注温度：1353℃起运，浇注时长在4.2～5.3min的范围；

随流加入孕育剂,铸件顶部两个冒口铁水充型到一半时，分别加入发热剂；

F、浇注完毕；

所述模型制造为全木质结构，上下型板箱木模，长、宽缩水按0.8％；高按0.5％，内外一致；拔模斜度负1∶130；吊砂和堆砂的斜度均按1∶30，间隙在1～1.5mm的范围。

进一步地，所述砂箱的外观尺寸在4000x2260x650mm～ 4000x2260x950mm。

进一步地，所述浇注及凝固冷却前期，铸件凝固，冷却至350℃，负压度控制在0.06～0.045Mpa的范围。

进一步地，所述造型在满足负压度＞0.045Mpa的前提下，负压阀门半开，浇注时，根据负压的下降，调整放大负压阀门；砂箱上增加一个抽气口，浇注时，增加一道抽气通道。

进一步地，所述造型的砂箱加砂采用70/140筛号的水洗砂，颗粒形状为“□-○”，砂粒的集中度应≥85％。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过采用V法铸造、铸型的冷却原理和温度场分布，及V法铸造铸件的凝固特性，设计确定铸件的组织和成分；正确选用原辅材料；采用先进的盖包球化处理和自动化随流孕育技术；制定相应的铁水熔炼、球化、孕育处理和浇注过程的工艺规程；采用直读光谱、碳硫自动分析仪、热分析智能仪及炉前快速金相等在线检测和控制手段，保证了铸件的各项技术指标达到产品标准要求。

2、本发明通过对砂箱进行改造，增加箱带密度，将箱带做成中空，与砂箱侧抽气室连通，箱带上设抽气滤网，箱带高度按模型形状留出150—200mm 随形做出，通过增加抽气容量来减少真空度变化对铸型强度、刚性的影响；同时在铸件的U形口的前后各设置一道拉筋，其中靠近铸型中部的一根拉筋代替横浇口，使得铸件的变形翘曲得到了有效控制。

3、本发明通过增加铸型抽气容量和抽气速度以提高稳定铸型的强度和刚性，减轻铸件的变形；通过选用较粗的型砂，可提高铸型的透气性、金属充型及保持铸型的强度和稳定性。

4、本发明通过强化排气，采用耐火涂料V法铸造解决由于密封与排气的矛盾，及铸型涂层的材料厚度及耐火度不能适应球铁铸件等问题。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的大型装载机后座的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，通过铸造工艺的设计，模型的设计制造，模型尺寸及刚性的强化技术，材质熔炼及处理技术，V法成型技术，V法铸型强度与刚性的稳定技术实现该铸造球铁大型装载机后座的成型。

铸造工艺包括铸型成型方法、浇注系统、冒口及排气系统、材质配比及铁水处理、制芯工艺，具体如下过程：

SS01铸型成型方法：采用V法造型，铸件外表面向下，高度方向上下箱各一半，铸件两侧采用堆砂工艺成型，使得分型面在侧面和圆角R的切点处，这样既方便了打磨，同时也保证了铸件的外表面没有打磨的痕迹；

SS03冒口及排气系统：在铸件的两端厚大热节处各设置一个倒瓶式明冒口，外观结构尺寸φ260*380；瓶口φ80，在浇注过程中，同时设置六个当量直径50和一个直径60的出气冒口，在浇注过程中，加冒口发热剂以提高冒口的补缩效率；

SS04制芯工艺：采用树脂自硬砂制芯；

SS05材质配比及铁水处理

A、砂箱结构设计

增加箱带密度，将箱带做成中空，与砂箱侧抽气室连通，箱带上设抽气滤网，箱带高度按模型形状留出150～200mm随形做出，减少了真空度变化对铸型强度、刚性一致性的影响；

B、熔炼

根据铸件的重量确定熔炼铁水量，铸件净重在6T，加上浇冒口等配料在 7.5T，现有电炉为12.5T，配料按10T熔炼，主要为了除渣，铁水过少，不易挑渣，包括75～85％球生铁和15～25％废钢，其中

球生铁化学成分：球生铁化学成分：C 4.4％，Si1.2％,Mn 0.2％，P 0.06％， S0.02％根据球铁处理高C低Si原则，C 3.6-3.7％，Si 2.6-3.0％，

配比如下：81％球生铁+19％废钢；

炉内Si按照0.7％加入，使原水Si达到1.5％，Mn0.2-0.3％；

废钢化学成分：0.4％；

C＝0.81X4.4％+0.19X0.4％＝3.64％；

C、炉前处理

球化后，Si达到2.8％，Mg 0.04％Re 0.03％.每包铁水按2.6T进行处理， 3-8稀土加入量为40KG、75硅铁加入量21KG后用铁板压实；

产品材质：QT400-18。

化学成分内控标准为：

类别

C

Si

Mn

P

S

Mg

Re

原铁水

3.5～3.6

1.4～1.6

0.2～0.3

＜0.04

＜0.03

材质(终)

3.5～3.6

2.8～3.2

0.2～0.3

＜0.04

＜0.03

0.045～0.06

0.03～0.04

按照球铁处理的高碳低硅原则，最终成分，碳：3.6-3.7％，硅：2.4-2.6％。力学性能：抗拉强度≥400；延伸率≥18；布氏硬度130—180。

D、造型

由于砂箱长度长于加砂口，与造型机不匹配，砂箱加砂震实时间在2.0～3.0的范围，保温保压时间在18～48h；

E、浇注

浇注温度：1353℃起运，浇注时长在4.2～5.3min的范围；

随流孕育剂用量约7KG,铸件顶部两个冒口铁水充型到一半时，分别加入5KG的发热剂，提高冒口的补缩效率，受砂箱高度限制，冒口没有达到理论高度，加冒口保温发热剂予以解决；

F、浇注完毕；

模型制造为V法铸造用于全木质结构，上下型板箱木模，长、宽缩水按0.8％；高按0.5％，内外一致；拔模斜度负1∶130；吊砂和堆砂的斜度均按1∶ 30，间隙在1～1.5mm的范围，模型采用五轴联动三维数控加工，由于模型的体积很大，模型分两段加工，加工成型之后再对接成整体。有效的保证了尺寸的精确及模型的光洁度。

其中，砂箱的外观尺寸在4000x2260x650mm～4000x2260x950mm。

其中，浇注及凝固冷却前期，铸件凝固，冷却至350℃，负压度控制在 0.06～0.045Mpa的范围，铸件就基本能避免有影响的变形问题。

其中，造型在满足负压度＞0.045Mpa的前提下，负压阀门半开，浇注时，根据负压的下降，调整放大负压阀门；砂箱上增加一个抽气口，浇注时，增加一道抽气通道；上述方法用于稳定控制和减小负压度的变化，除了扩大砂箱抽气室，增加铸型的抽气容量，适时调整抽气速度更是行之有效的措施。

其中，造型的砂箱加砂采用70/140筛号的水洗砂，颗粒形状为“□-○”，砂粒的集中度应≥85％；型砂对铸型负压度波动变化也有重要的影响。选用较粗的型砂，可提高铸型的透气性，从而使得在开始浇注瞬间，气体能迅速的通过型砂被抽走；而浇注终了时，铸型仍能保持较高的负压度，这对于金属充型及保持铸型的强度和稳定性极为有利。

其中砂箱结构设计和冒口中添置发热材料用以解决以下问题：球墨铸铁件，尤其是厚壁大型球铁铸件，采用V法铸造，由于铸型刚性和强度随着型内真空度的变化而易随机的产生瞬变，不能保证铸型有足够且稳定的刚性去抵抗铸件凝固过程中的石墨化膨胀，而使球铁铸件极易产生缩松缩孔的缺陷。

其中，通过强化排气，采用耐火涂料用以解决以下问题：球铁浇注温度高，发气量大，而V法铸造由于密封与排气的矛盾，及铸型涂层的材料厚度及耐火度不能适应球铁铸件等问题，铸件容易产生气孔、烧结、粘砂等铸造缺陷。

其中，对砂箱进行改造，增加箱带密度，将箱带做成中空，与砂箱侧抽气室连通，箱带上设抽气滤网，箱带高度按模型形状留出150—200mm随形做出，通过增加抽气容量来减少真空度变化对铸型强度、刚性的影响用以解决以下问题：由于薄壁及弧形壳体结构，铸件凝固冷却过程中容易产生变形。采用V法铸造技术生产，由于铸型强度和刚性易随真空度的波动而变化和不稳定，铸件的翘曲变形及挫箱问题更严重。

进一步地在工艺上，在铸件的U形口的前后各设置一道拉筋，其中靠近铸型中部的一根拉筋代替横浇口。增设拉筋后，铸件的变形翘曲得到了有效控制。

根据产品的材质、尺寸、结构及性能要求采用先进的盖包球化处理和自动化随流孕育技术；制定相应的铁水熔炼、球化、孕育处理和浇注过程的工艺规程；采用直读光谱、碳硫自动分析仪、热分析智能仪及炉前快速金相等在线检测和控制手段，保证了铸件的各项技术指标达到产品标准要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，其特征在于，包括铸造工艺和模型制造；所述铸造工艺包括铸型成型方法、浇注系统、冒口及排气系统、材质配比及铁水处理、制芯工艺，具体如下过程：

SS04制芯工艺：采用树脂自硬砂制芯；

SS05材质配比及铁水处理

A、砂箱结构设计

B、熔炼

球生铁化学成分：Mn 0.2～0.3％，P≤0.06％，S≤0.02％，C 3.6～3.7％，Si2.6～3.0％；

废钢化学成分：

C、炉前处理

铁水要提高出炉温度控制在1480-1490℃，球化剂类型3-8，加入量为16KG/T，加入量控制在上线，每吨铁水孕育时加75硅铁8KG/T；

D、造型

E、浇注

浇注温度：1353℃起运，浇注时长在4.2～5.3min的范围；

F、浇注完毕；

2.根据权利要求1所述的基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，其特征在于，所述砂箱的外观尺寸在4000x2260x650mm～4000x2260x950mm。

3.根据权利要求1所述的基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，其特征在于，所述浇注及凝固冷却前期，铸件凝固，冷却至350℃，负压度控制在0.06～0.045Mpa的范围。

4.根据权利要求1所述的基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，其特征在于，所述造型在满足负压度＞0.045Mpa的前提下，负压阀门半开，浇注时，根据负压的下降，调整放大负压阀门；砂箱上增加一个抽气口，浇注时，增加一道抽气通道。

5.根据权利要求1所述的基于V法铸造球铁大型装载机后座的成型工艺，其特征在于，所述造型的砂箱加砂采用70/140筛号的水洗砂，颗粒形状为“□-○”，砂粒的集中度≥85％。