CN108971425A - 一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印铸造领域，特别涉及一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，包括的步骤有铸造工艺设计、砂型设计、制作砂型、组合砂型、合箱，主要采用抽壳的方式将砂型制作为薄壳砂型，且在砂型薄弱或易裂部位设置拉筋，保证砂型强度的同时，使得铸件砂铁比（型砂耗量与生产铸件量之比）由2.8~3.0降至1.4~1.5，降低铸造成本；合箱过程中将砂型四周填充钢丸代替现有技术中的干砂，即可降低综合废品率，也可提高铸件工艺出品率，得到高质量铸件产品。工艺试验阶段，铸件工艺出品率由72%提高到85%，综合废品率由40~50%降至11%。

Description

一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法
技术领域
本发明涉及3D打印铸造领域，特别涉及一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法。
背景技术
厚壁球铁件的壁厚及质量比较大，对其的铸造质量要求也很高，而且要有较高的致密度，需经过严格的无损检测。在铸铁件的铸造过程中，由于种种原因会使生产出的铸铁件出现各种缺陷，鉴于球铁的糊状凝固特性，极易产生轴线疏松缺陷，这在很大程度上都是由于铸造工艺不完善造成的，因此必须对球铁件的铸造工艺进行改进，以尽可能提高球铁件的铸造质量。
目前铸造厚壁球铁件工艺优化方案一：利用金属液凝固收缩与石墨膨胀的动态叠加，局部采用冷铁调节温度场，形成铸件整体的均衡凝固；方案二：利用冷铁与冒口的合理设置，形成自被补缩热节至冒口的顺序凝固，达到组织致密。采用3D打印铸造工艺，将砂型分块打印，经过清砂、流涂、烘干、组芯、紧固，整体放入砂箱，芯包周围填充干砂，进入浇注工位浇注。以上铸造方法主要存在以下问题：3D打印砂型强度低，厚壁球铁件模数大、热容量大，对铸型的热作用强，铸型在石墨膨胀期强度急剧下降，以及周围的填充干砂均不能提供足够的强度支撑；此类产品在3D 打印生产线批量生产，一般采用串浇或叠浇，金属液充型后砂型间相互热作用影响，铸件与砂型间热交换缓慢，铸件散热条件差，冒口先于铸件凝固，未起到补缩的作用。
发明内容
本发明的目的是解决批量生产厚壁球铁件采用3D打印铸造工艺时产生疏松类缺陷的问题，提供一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，包括如下步骤：
步骤一，铸造工艺设计，所述铸造工艺包括立铸铸造工艺和/或串浇工艺。
步骤二，砂型设计，按照所述步骤一中所述立铸铸造工艺，将砂型沿铸件厚度方向中心分为第一砂型与第二砂型，按照铸件结构设计所述第一砂型与所述第二砂型的内腔结构，所述第一砂型与所述第二砂型内腔背部采用抽壳方式设计，以使所述第一砂型与所述第二砂型为薄壳砂型。
步骤三，制作砂型，采用3D打印制作所述第一砂型与所述第二砂型。
步骤四，组合砂型，所述第一砂型与所述第二砂型的型腔相对组合构成一组铸件型腔，若干组铸件型腔通过浇道串联为贯通的浇注型腔。
步骤五，合箱，将所述组合砂型整体置于砂箱内，在组合砂型四周填充钢丸，并按设计要求放置冒口。
优选地，对所述步骤二中的所述第一砂型和所述第二砂型进行三维设计，并转换为所述步骤三可接收的信息，如将所述第一砂型和所述第二砂型的三维模型数据转换为可适用于3D打印设备的SLT文件信息等。
优选地，所述步骤二中薄壳砂型壁厚设置为35mm~40mm，且在薄弱或易裂部位设置拉筋。
优选地，所述步骤五中冒口放置在铸件型腔的中间位置。
优选地，所述步骤一中的铸造工艺设计是利用模拟软件模拟铸件铸造的充型和凝固过程找到合适的充型通道和凝固温度场。
优选地，所述步骤五中钢丸的直径为0.5mm~2mm。
本发明采用抽壳的方式将砂型制作为薄壳砂型，且在砂型薄弱或易裂部位设置拉筋，保证砂型强度的同时，使得铸件砂铁比（型砂耗量与生产铸件量之比）由2.8~3.0降至1.4 ~1.5，降低铸造成本；合箱过程中将砂型四周填充钢丸代替现有技术中的干砂，避免铸造过程中使用冷铁，利用钢丸起隔砂冷铁的作用；浇注过程中，金属液充满型腔后，通过钢丸的热传导，加快降温速度，降低高温金属液对砂型的热作用，铸件本体的快速降温也有利于形成自铸件被补缩部位至冒口的温度梯度，液态补缩冒口在液态收缩阶段提供足够的液态补偿量。铸件在石墨膨胀阶段，由于钢丸的比重远大于填充干砂，能够提供足够的铸型刚度支撑；且钢丸的直径在0.5mm~2mm，能够完全从再生砂中分离回收。工艺试验阶段，铸件工艺出品率由72%提高到85%，综合废品率由40~50%降至11%。
附图说明
图1为一实施例的砂型组合示意图；
图2为一实施例的抽壳后砂型示意图；
图3为一实施例的合箱完成示意图；
图中，1-第一砂型，2-第二砂型，3-拉筋，4-砂箱，5-钢丸，6-冒口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，属于“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等被理解为包括所陈述的步骤或组成部分，而并非排除其它步骤或其它组成部分。
一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，铸造工艺设计，所述铸造工艺包括立铸铸造工艺和/或串浇工艺。
具体地，铸造工艺设计是利用模拟软件模拟铸件铸造的充型和凝固过程找到合适的充型通道和凝固温度场。
步骤二，砂型设计，按照步骤一中立铸铸造工艺，将砂型沿铸件厚度方向中心分为第一砂型1与第二砂型2，按照铸件结构设计第一砂型1与第二砂型2的内腔结构，第一砂型1与第二砂型2内腔背部采用抽壳方式设计，以使第一砂型1与第二砂型2为薄壳砂型。
具体地，薄壳砂型壁厚设置为35mm~40mm，且在薄弱或易裂部位设置拉筋3。
需要说明的是，采用抽壳的方式将砂型制作为薄壳砂型，且在砂型薄弱或易裂部位设置拉筋3，保证砂型强度的同时，使得铸件砂铁比（型砂耗量与生产铸件量之比）由2.8~3.0降至1. 4 ~1.5，降低铸造成本。
步骤三，制作砂型，采用3D打印制作第一砂型1与第二砂型2。
具体地，对步骤二中的第一砂型1和第二砂型2进行三维设计，并转换为步骤三可接收的信息，如将所述第一砂型和所述第二砂型的三维模型数据转换为可适用于3D打印设备的SLT文件信息等。
步骤四，组合砂型，第一砂型1与第二砂型2的型腔相对组合构成一组铸件型腔，若干组铸件型腔通过浇道串联为贯通的浇注型腔。
步骤五，合箱，将组合砂型整体置于砂箱4内，在组合砂型四周填充钢丸5，并按设计要求放置冒口6。
具体地，将组合砂型整体置于砂箱4内后，在组合砂型四周选择直径为0.5mm~2mm的钢丸5填充，填充完成后，将冒口6放置在铸件型腔的中间位置。
需要说明的是，采用钢丸5代替现有技术中的干砂，避免铸造过程中使用冷铁，利用钢丸5起隔砂冷铁的作用；浇注过程中，金属液充满型腔后，通过钢丸5的热传导，加快降温速度，降低高温金属液对砂型的热作用，铸件本体的快速降温也有利于形成自铸件被补缩部位至冒口6的温度梯度，液态补缩冒口6在液态收缩阶段提供足够的液态补偿量。铸件在石墨膨胀阶段，由于钢丸5的比重远大于填充干砂，能够提供足够的铸型刚度支撑；且钢丸5的直径在0.5mm~2mm，能够完全从再生砂中分离回收。
采用本发明的铸造方法，通过抽壳方式制作砂型，优化了砂型结构，且改变现有技术部分铸造工艺方案，即可减小铸件砂铁比（型砂耗量与生产铸件量之比），降低铸造成本，也可降低综合废品率，提高铸件工艺出品率，得到高质量铸件产品。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (6)

1.一种解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一，铸造工艺设计，所述铸造工艺包括立铸铸造工艺和/或串浇工艺；
步骤二，砂型设计，按照所述步骤一中所述立铸铸造工艺，将砂型沿铸件厚度方向中心分为第一砂型与第二砂型，按照铸件结构设计所述第一砂型与所述第二砂型的内腔结构，所述第一砂型与所述第二砂型内腔背部采用抽壳方式设计，以使所述第一砂型与所述第二砂型为薄壳砂型；
步骤三，制作砂型，采用3D打印制作所述第一砂型与所述第二砂型；
步骤四，组合砂型，所述第一砂型与所述第二砂型的型腔相对组合构成一组铸件型腔，若干组铸件型腔通过浇道串联为贯通的浇注型腔；
步骤五，合箱，将所述组合砂型整体置于砂箱内，在组合砂型四周填充钢丸，并按设计要求放置冒口。
2.根据权利要求1所述解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，对所述步骤二中的所述第一砂型和所述第二砂型进行三维设计，并转换为所述步骤三可接收的信息。
3.根据权利要求1所述解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，所述步骤二中薄壳砂型壁厚设置为35mm~40mm，且在薄弱或易裂部位设置拉筋。
4.根据权利要求1所述解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，所述步骤五中冒口放置在铸件型腔的中间位置。
5.根据权利要求1所述解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，所述步骤一中的铸造工艺设计是利用模拟软件模拟铸件铸造的充型和凝固过程找到合适的充型通道和凝固温度场。
6.根据权利要求1所述解决厚壁球铁件疏松类缺陷的铸造方法，其特征在于，所述步骤五中钢丸的直径为0.5mm~2mm。
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