CN107999705A - 一种高铅青铜的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高铅青铜铜套的铸造方法，以铸件及其浇道系统的分型面为哈夫对合结构的金属模具为铸造外模，以多爿分型结构的金属型芯为铸造内模，而所述高铅青铜铜套的化学组分及其各组分的重量百分含量是 Pb18~23%，Sn4~6%，Cu 余量，以其设在所述铸模外围的水冷却装置为铸件的冷却手段；具体铸造步骤包括：铜合金熔炼、脱氧处理、铸模预热、铸件浇注、铸件冷却、去除浇冒口，即获得高铅青铜铜套为主要特征。本发明具有工艺合理、生产成本低，而且产出的铜套质量好等优点。

Description

一种高铅青铜的铸造方法
技术领域
本发明涉及一种高铅青铜铜套的铸造方法。
背景技术
现有的铅青铜在国标 GB/T1176-1987 中有 10-10 铅青铜、15-8 铅青铜、7-4-4铅青铜、20-5 铅青铜以及 30 铅青铜。其中，20-5 铅青铜和 30 铅青铜均属于高铅青铜。
在高负荷高转速的大型破碎设备中普遍采用的是高铅青铜铜套，那是因为高铅青铜的摩擦系数小，耐磨性很好 ；疲劳寿命高，而且在冲击下不易开裂，主要用其做承受高压、高转速并受冲击的重要轴套 ；这类铜套材质通常采用 20-5 铅青铜，或者 30 铅青铜这类高铅青铜。由于 30 铅青铜的力学性能很低，不能单独作为单体轴承，只能镶铸在钢套内壁上，制成双金属轴承。本申请并不涉及 30 铅青铜的镶铸工艺，而是提供一种 20-5 高铅青铜铜套的铸造方法，所述 20-5 铅青铜的主要成分为 ：Pb18~23%，Sn4~6%，其余为 Cu（重量百分含量）。
铅青铜中的铅不溶于铜，铅是以独立相存在于铜基体中的，因此，容易产生区域偏析 ；同时由于铅的比重（11.34）比铜的比重（8.93）大很多，所以又很容易发生比重偏析，这给高铅青铜的铸造带来了很大的困难。
已有技术中采用普通的砂型铸造，由于冷却速度缓慢，凝固时间长，使得生产出的高铅青铜铜套偏析严重。
采用离心浇铸的方法生产高铅青铜铜套，在离心机离心力的作用下，由于铅和铜比重相差很大，加大了比重偏析。
而采用金属型铸造是常用的一种工艺方法，它能够获得组织致密、表面光洁以及内在质量好的优质铸件，被广泛应用于铜合金的铸造生产。但是，采用普通的金属型方法生产高铅青铜，也有一定的局限 . 尤其对于壁厚相对较厚，产品相对较大的铸件，普通金属型对于防止偏析的效果就会有限，为了加速冷却，减少偏析，就不能完全依赖金属模具的吸热能力。本申请设计了一种在金属铸模外围增设水冷却装置的方法来生产壁厚相对较厚、铸件相对较大的高铅青铜铜套。
发明内容
本发明的目的是，提供一种不仅工艺合理、生产成本低，而且产出的铜套质量好的高铅青铜铜套的铸造方法，以克服现有技术的不足。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是 ：一种高铅青铜铜套的铸造方法，以铸件及其浇道系统的分型面为哈夫对合结构的金属模具为铸造外模，以多爿分型结构的金属型芯为铸造内模，而所述高铅青铜铜套的化学组分及其各组分的重量百分含量是 Pb18~23%，Sn4~6%，Cu 余量，而其 ：以设在所述铸模外围的水冷却装置为铸件的冷却手段，其具体步骤包括 ：
步骤 a、铜合金熔炼 ；所述铜合金熔炼是将铜、铅和锡按工艺配比称重放入熔炉内进行加热，使得所述炉料熔融成铜合金液体 ；
步骤 b、脱氧处理 ；所述脱氧处理是在步骤 a 得到的熔融铜合金液体内加入熔融铜合金液体总重量的 0.07 ～ 0.09% 的磷铜，并通过注入氮气进行均匀搅拌，实施脱氧处理；
步骤 c、铸模预热 ；所述铸模预热是将铸造外模和金属型芯铸造内模进行预热，待铸造外模和铸造内模预热后，将闭合固定的铸造外模和铸造内模配装后设在尚未灌注冷却水的水冷却装置的内腔内 ；其中，所述预热温度控制在 200 ～ 300℃范围内 ；
步骤 d、铸件浇注 ；所述铸件浇注是将经步骤 b 得到的熔融铜合金液体缓慢浇入经步骤c 预热后的铸造外模与铸造内模所构成的型腔内，待到熔融铜合金液体在铸件本体型腔上升阶段时，加快浇注速度直到熔融铜合金液体液面上升到铸件补缩冒口型腔的最高端；
步骤 e、铸件冷却 ；所述铸件冷却是打开水冷却装置底部的进水口，使得冷却水缓慢从铸模底部上升至铸模之铸件本体型腔的顶端部位 ；其中，所述铸模的水冷却装置的水面高度与铸件本体型腔的顶部相持平 ；
步骤 f、去除浇冒口 ；所述去除浇冒口是待铸件冷却后将其铸模从冷却装置中取出，打开铸造外模，脱出铸件，并去除多爿分型结构金属型芯和铸件的浇道系统以及补缩冒口，即获得高铅青铜铜套。
在上述技术方案中，所述步骤 a 中的加热温度控制在 1100 ～ 1150℃范围内。
在上述技术方案中，所述步骤 b 中的搅拌时间控制在 3 ～ 5 分钟范围内。
在上述技术方案中，所述哈夫对合结构的金属铸造外模包括具有内腔半径等于铸件工艺半径的第一金属壳体和第二金属壳体，且所述第一金属壳体和第二金属壳体的轴向高度均等于铸件工艺高度和补缩冒口高度之和，所述第一金属壳体和第二金属壳体通过芯轴铰接对合连接，所述第一金属壳体和第二金属壳体的分型面上，设有直浇道、横浇道和内浇道，且所述直浇道的高度高于铸件补缩冒口的高度。
在上述技术方案中，所述哈夫对合结构的铸造外模和金属型芯铸造内模的壁厚均在 30 ～ 40mm 范围内。
在上述技术方案中，所述水冷却装置包括可容置冷却水的冷却箱，所述冷却箱的底下部侧壁处有进水口，且进水口处装有流量控制阀，冷却箱的上部侧壁处有出水口。
在上述技术方案中，所述水冷却装置的冷却水的温度控制在 3 ～ 15℃范围内。
在上述技术方案中，所述铸件的补缩冒口的高度不低于铸件本体高度的四分之一。
在上述技术方案中，所述金属型芯的结构是四爿分型结构，且在实际使用时，在所述四爿分型结构金属型芯的分型线部位涂嵌有耐高温材料层。
在上述技术方案中，所述第一金属壳体、第二金属壳体和金属型芯均是球墨铸铁制件。
本发明所具有的积极效果是 ：由于铜套的质量要求高，不允许有任何气孔、砂眼等缺陷 ；另外，铜合金在熔炼过中极容易氧化，形成氧化渣，而产生夹渣。由于采用了上述底注铸造方法后，铜合金液注入铸模内比较平稳，不容易产生卷气气孔等缺陷 ；而其氧化渣能够浮在铸模型腔顶部，保证铸件本体加工后无氧化渣缺陷，由于铸件本体顶部具有补缩冒口，除了补缩作用保证产品的致密度外，还能配合底注式的浇注系统让氧化渣停留在补缩冒口位置，待铸件去除补缩冒口即可。本发明选用哈夫对合结构的金属铸造外模和金属型芯铸造内模，及设在所述铸模外围的水冷却装置加快了铸件的冷却凝固过程，有效避免产生区域偏析和比重偏析。而其生产成本低，铸造工艺合理，生产效率好，铸件铜套质量好，铸件铜套正品率高等特点是显而易见。实现了本发明的目的。
附图说明
图 1 是本发明一种具体实施方式的铸模和水冷却装置结构示意图 ；
图 2 是铸模的俯视图，图中所示 10 为闭合固定卡快 ；
图 3 是图 2 的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
如图 1、2、3 所示，一种壁厚相对较厚形状相对较大的高铅青铜铜套的铸造方法，以铸件及其浇道系统的分型面为哈夫对合结构的金属模具为铸造外模，以多爿分型结构的金属型芯为铸造内模，而所述高铅青铜铜套的化学组分及其各组分的重量百分含量是Pb18~23%，Sn4~6%，Cu 余量，而其 ：以设在所述铸模外围的水冷却装置为铸件的冷却手段，其具体步骤包括 ：
步骤 a、铜合金熔炼 ；所述铜合金熔炼是将铜、铅和锡按工艺配比称重放入熔炉内进行加热，使得所述炉料熔融成铜合金液体 ；
步骤 b、脱氧处理 ；所述脱氧处理是在步骤 a 得到的熔融铜合金液体内加入熔融铜合金液体总重量的 0.07 ～ 0.09% 的磷铜，并通过注入氮气进行均匀搅拌，实施脱氧处理；
步骤 c、铸模预热 ；所述铸模预热是将铸造外模和金属型芯铸造内模进行预热，待铸造外模和铸造内模预热后，将闭合固定的铸造外模和铸造内模配装后设在尚未灌注冷却水的水冷却装置的内腔内 ；其中，所述预热温度控制在 200 ～ 300℃范围内 ；
步骤 d、铸件浇注 ；所述铸件浇注是将经步骤 b 得到的熔融铜合金液体缓慢浇入经步骤c 预热后的铸造外模与铸造内模所构成的型腔内，待到熔融铜合金液体在铸件本体型腔上升阶段时，加快浇注速度直到熔融铜合金液体液面上升到铸件补缩冒口型腔的最高端；
步骤 e、铸件冷却 ；所述铸件冷却是打开水冷却装置底部的进水口，使得冷却水缓慢从铸模底部上升至铸模之铸件本体型腔的顶端部位 ；其中，所述铸模的水冷却装置的水面高度与铸件本体型腔的顶部相持平 ；
步骤 f、去除浇冒口 ；所述去除浇冒口是待铸件冷却后将其铸模从冷却装置中取出，打开铸造外模，脱出铸件，并去除多爿分型结构金属型芯和铸件的浇道系统以及补缩冒口，即获得高铅青铜铜套。
本发明所述步骤 a 中的加热温度控制在 1100 ～ 1150℃范围内。
本发明所述步骤 b 中的搅拌时间控制在 3 ～ 5 分钟范围内。
如图 1、2、3 所示，所述哈夫对合结构的金属铸造外模包括具有内腔半径等于铸件工艺半径的第一金属壳体1-1和第二金属壳体1-2，且所述第一金属壳体1-1和第二金属壳体 1-2 的轴向高度均等于铸件工艺高度和补缩冒口 3 高度之和，所述第一金属壳体1-1 和第二金属壳体1-2通过芯轴4铰接对合连接，所述第一金属壳体1-1和第二金属壳体1-2的分型面上，设有直浇道 5、横浇道 6 和内浇道 7，且所述直浇道 5 的高度高于铸件补缩冒口 3的高度。在第一金属壳体 1-1 与第二金属壳体 1-2 的哈夫对合面上，还设有2 个定位销孔副，以避免两者配合错位。本发明所述铸件工艺半径，是指铸件设计半径加上加工余量。
本发明所述哈夫对合结构的铸造外模和金属型芯铸造内模的壁厚均在 30 ～40mm范围内。
如图 1 所示，所述水冷却装置包括可容置冷却水的冷却箱 8，所述冷却箱 8 的底下部侧壁处有进水口 8-1，且进水口 8-1 处装有流量控制阀 9，冷却箱 8 的上部侧壁处有出水口 8-2。
本发明所述水冷却装置的冷却水的温度控制在 3 ～ 15℃范围内。
本发明所述铸件的补缩冒口的高度不低于铸件本体高度的四分之一至三分之一。
如图 2 所示，所述金属型芯 2 的结构是四爿分型结构，且在实际使用时，在所述四爿分型结构金属型芯 2 的分型线部位涂嵌有耐高温材料层，以避免铜液进入分型面隙缝而影响出芯操作。
本发明所述第一金属壳体 1-1、第二金属壳体 1-2 和金属型芯 2 均是球墨铸铁制件。
本发明小试效果显示，是十分令人满意的。
本发明的工艺装置只需根据铸件尺寸大小，进行相应的调整，使得工艺装置与铸件尺寸大小相适配。
本发明同样适用于壁厚和形状较小的 20-5 高铅青铜铜套的铸造生产。

Claims (10)

1. 一种高铅青铜铜套的铸造方法，以铸件及其浇道系统的分型面为哈夫对合结构的金属模具为铸造外模，以多爿分型结构的金属型芯为铸造内模，而所述高铅青铜铜套的化学组分及其各组分的重量百分含量是 Pb18~23%，Sn4~6%，Cu 余量，其特征在于 ：以设在所述铸模外围的水冷却装置为铸件的冷却手段，其具体步骤包括 ：步骤 a、铜合金熔炼 ；所述铜合金熔炼是将铜、铅和锡按工艺配比称重放入熔炉内进行加热，使得所述炉料熔融成铜合金液体 ；步骤 b、脱氧处理 ；所述脱氧处理是在步骤 a 得到的熔融铜合金液体内加入熔融铜合金液体总重量的 0.07 ～ 0.09% 的磷铜，并通过注入氮气进行均匀搅拌，实施脱氧处理 ；步骤 c、铸模预热 ；所述铸模预热是将铸造外模和金属型芯铸造内模进行预热，待铸造外模和铸造内模预热后，将闭合固定的铸造外模和铸造内模配装后设在尚未灌注冷却水的水冷却装置的内腔内 ；其中，所述预热温度控制在 200 ～ 300℃范围内 ；步骤 d、铸件浇注 ；所述铸件浇注是将经步骤 b 得到的熔融铜合金液体缓慢浇入经步骤c预热后的铸造外模与铸造内模所构成的型腔内，待到熔融铜合金液体在铸件本体型腔上升阶段时，加快浇注速度直到熔融铜合金液体液面上升到铸件补缩冒口型腔的最高端 ；步骤e、铸件冷却 ；所述铸件冷却是打开水冷却装置底部的进水口，使得冷却水缓慢从铸模底部上升至铸模之相当于铸件本体型腔的顶端部位 ；其中，所述铸模的水冷却装置的水面高度与铸件本体型腔的顶部相持平 ；步骤 f、去除浇冒口 ；所述去除浇冒口是待铸件冷却后将其铸模从冷却装置中取出，打开铸造外模，脱出铸件，并去除多爿分型结构金属型芯和铸件的浇道系统以及补缩冒口，即获得高铅青铜铜套。
2.根据权利要求 1 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述步骤 a 中的加热温度控制在 1100 ～ 1150℃范围内。
3. 根据权利要求 1 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述步骤 b 中的搅拌时间控制在 3 ～ 5 分钟范围内。
4. 根据权利要求 1 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述哈夫对合结构的金属铸造外模包括具有内腔半径等于铸件工艺半径的第一金属壳体（1-1）和第二金属壳体（1-2），且所述第一金属壳体（1-1）和第二金属壳体（1-2）的轴向高度均等于铸件工艺高度和补缩冒口（3）高度之和，所述第一金属壳体（1-1）和第二金属壳体（1-2）通过芯轴（4）铰接对合连接，所述第一金属壳体（1-1）和第二金属壳体（1-2）的分型面上，设有直浇道（5）、横浇道（6）和内浇道（7），且所述直浇道（5）的高度高于铸件补缩冒口（3）的高度。
5.根据权利要求 1 或 4 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述哈夫对合结构的铸造外模和金属型芯铸造内模的壁厚均在 30 ～ 40mm 范围内。
6. 根据权利要求 1 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述水冷却装置包括可容置冷却水的冷却箱（8），所述冷却箱（8）的底下部侧壁处有进水口（8-1），且进水口（8-1）处装有流量控制阀（9），冷却箱（8）的上部侧壁处有出水口（8-2）。
7. 根据权利要求 1 或 6 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述水冷却装置的冷却水的温度控制在 3 ～ 15℃范围内。
8. 根据权利要求 1 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述铸件的补缩冒口的高度不低于铸件本体高度的四分之一。
9. 根据权利要求4所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述金属型芯（2）的结构是四爿分型结构，且在实际使用时，在所述四爿分型结构金属型芯（2）的分型线部位涂嵌有耐高温材料层。
10.根据权利要求 4 所述的高铅青铜铜套的铸造方法，其特征在于 ：所述第一金属壳体（1-1）、第二金属壳体（1-2）和金属型芯（2）均是球墨铸铁制件。
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