CN109604563A - 一种复合石墨冷铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合石墨冷铁及其制备方法，本发明的方法包括以下步骤：步骤1、利用冷铁模样制备内部设置有型腔的铸型；步骤2、制备石墨冷铁芯体，所述石墨冷铁芯体可完全放入型腔中且石墨冷铁芯体的形状尺寸与型腔的尺寸配合；步骤3、将石墨冷铁芯体固定在型腔内并使石墨冷铁芯体与型腔壁之间留有空隙，合上铸型；步骤4、向铸型的型腔内浇注熔炼的金属液，待铸件冷却凝固后打开铸型，得到复合石墨冷铁。本发明的复合冷铁由石墨冷铁和金属冷铁两部分组成，既具备金属冷铁的高强度，又具有石墨冷铁密度小、高导热的特性。本发明的金属冷铁可以是铸铁、铸钢或铸铝等合金，复合冷铁整体性好，操作方便，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及冷铁铸件领域，具体涉及一种复合石墨冷铁及其制备方法。
背景技术
铸件在冷却凝固过程中，最后凝固的部位容易出现缩松、缩孔等缺陷，严重影响铸件质量。在铸造工艺中常采用冷铁与冒口配合使用对铸件进行补缩，使铸件定向凝固，扩大冒口缩距的范围；防止铸件产生缩孔和裂纹；使铸件与铸件壁的同时凝固，提高凝固速度；提高其耐磨性能等。冷铁按材质可分为钢质冷铁、铸铁冷铁、石墨冷铁等。
铸铁冷铁应用范围最为广泛，但存在密度大，造型时劳动强度大，造型后翻箱或吊运时易跑偏、滑出，特别是造型夹砂薄的部位更易脱落等弊端，冷铁表面涂刷性差，热量集中的铸件近浇口处的冷铁易被熔化并粘结在铸件上；铺设较多冷铁时，冷铁受热膨胀，易引起铸件局部变形，可见，金属冷铁由于其自重较大，密度是铸型的几倍，故一方面其摆放位置受到限制，如在铸件的侧面和顶面，易掉落造成塌型，导致铸件的报废。且另一方面金属冷铁要保证在脱模时不掉下来，冷铁间距一般要大于30mm，这易造成铸件加工面硬度不均匀，且加工后会有明显的色差。
石墨冷铁以密度小，只有铸铁冷铁的1/4，导热性能高，蓄热能力强，是铸铁冷铁的3～4倍，熔点高可不刷涂料，不会粘结在铸件上；石墨热膨胀系数小，相对不易引起铸件变形，耐火度高，可有效防止氧化针孔的形成；有更好的补缩效果，降低铸件的硬度、提高铸件表面的光洁度及耐磨性等，使用效果优于铸铁冷，可多次使用的优势得到了快速发展，越来越多的铸造厂家推广使用石墨冷铁。大量实践也证明石墨冷铁的使用效果优于铸铁冷铁。用石墨冷铁的铸件表面光滑，清砂容易，缺陷少、无粘砂现象。两种铸件的硬度经检测，使用石墨冷铁的铸件硬度低于使用金属冷铁的，石墨冷铁的间距可放到10mm以下，可以有效降低硬度差，提高铸件内在质量，消除色差。
随着石墨冷铁的大量使用，过程中也暴露出一些问题。主要表现在石墨冷铁强度低循环使用次数少，铸件工艺成本升高，且随形石墨冷铁制作难度大，使用后不便于落砂时与铸型分离，不易回收，影响生产效率。铸铁冷铁如果进价为4500元/t，石墨冷铁进价则为15000～20000元/t，所以同样规格尺寸的石墨冷铁采购成本是铸铁冷铁的80％～100％，这意味着那种冷铁的使用次数多，其使用成本就低。一般的铸铁冷铁能使用3～5次，石墨冷铁能使用1～10次，波动较大，部分铸造企业反馈石墨冷铁只能使用一次。一般的情况下，造型、造芯完毕后合型浇注，待铸型冷却到一定温度后，通过落砂机将铸型破碎，使铸件、冷铁从砂型中分离出来。铸铁冷铁为金属材质不易损坏，石墨冷铁经过落砂机破碎铸型后，边角易损伤，因此，开箱时石墨冷铁不能随铸件在振动落砂机上振，否则易造成塌角或振碎，降低其使用寿命，增加铸件的生产成本。而当采用地坑造型时，石墨冷铁不具备铁磁性，不能使用电磁吸盘等设备回收，也使得冷铁回收再使用困难，大多使用抓斗抓取等方法回收，进一步加剧了冷铁破损，增加了使用成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题提供一种整体性好，操作方便，使用寿命长的复合石墨冷铁及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种复合石墨冷铁的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、利用冷铁模样制备内部设置有型腔的铸型；
步骤2、制备石墨冷铁芯体，所述石墨冷铁芯体可完全放入型腔中且石墨冷铁芯体的形状尺寸与型腔的形状尺寸配合；
步骤3、将石墨冷铁芯体固定在型腔内并使石墨冷铁芯体与型腔壁之间留有空隙，合上铸型；
步骤4、向铸型的型腔内浇注熔炼的金属液，待铸件冷却凝固后打开铸型，清理后得到复合石墨冷铁。
进一步的，所述步骤2中包括以下步骤：将石墨切割成所需形状和尺寸，在制作石墨冷铁芯体时，采用水冲降尘，加工完成后在温度150-200℃下烘干石墨冷铁芯体至恒重。
进一步的，所述步骤2中，包括制备石墨冷铁芯体和芯撑，所述芯撑的材质与步骤4中的金属液材质相同。
进一步的，所述步骤3中包括以下步骤：将石墨冷铁芯体的前后面、左右面和上下面均通过芯撑固定在型腔内部。
进一步的，所述步骤2中，制备的石墨冷铁芯体上表面和下表面设置有多条凸楞。
进一步的，所述步骤3中包括以下步骤：将石墨冷铁芯体放入型腔中后，所述石墨冷铁芯体下表面上的凸楞与型腔内壁下表面接触，所述石墨冷铁芯体上表面上的凸楞上表面与型腔内壁上表面平齐，所述石墨冷铁芯体的前后面和左右面均通过芯撑固定在型腔内部。
一种复合石墨冷铁，包括石墨冷铁芯体和金属冷铁，所述石墨冷铁芯体位于金属冷铁的内部，所述金属冷铁包覆在石墨冷铁芯体外部。
进一步的，所述金属冷铁完全包覆在石墨冷铁芯体外部。
进一步的，所述石墨冷铁芯体上表面和下表面上设置有多条凸楞，所述石墨冷铁芯体上表面上的凸楞上表面和下表面上的凸楞下表面露出与金属冷铁外表面且与金属冷铁外表面平齐。
本发明的有益效果为：本发明的复合冷铁由石墨冷铁和金属冷铁两部分组成，既具备金属冷铁的高强度，又具有石墨冷铁密度小、高导热的特性。本发明的金属冷铁可以是铸铁、铸钢或铸铝等合金，制造方法采用在铸型中浇注熔融金属包覆石墨部分冷却后复合而成。复合冷铁整体性好，操作方便，使用寿命长。
附图说明
图1为实施例1的用于制造全包覆结构复合石墨冷铁的铸型剖视结构示意图；
图2为实施例1的石墨冷铁芯体立体结构示意图；
图3为实施例2的用于制造部分包覆结构复合石墨冷铁的铸型剖视结构示意图；
图4为实施例2的石墨冷铁芯体俯视结构示意图。
附图中，各标号所代表的组件列表如下(两例通用)：
1、浇注系统；2、上砂型；3、芯撑；4、石墨冷铁芯体；5、下砂型；6、凸楞。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-图2所示，实施例1、全包覆结构复合石墨冷铁及其制备方法
一种复合石墨冷铁的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、利用冷铁模样制备内部设置有型腔的铸型；冷铁模样用于形成铸型的型腔，它和复合冷铁的外形相适应；在小批生产时，模样和可用木材制作，大批、大量生产时，可用铝合金、塑料等材料来制作；铸型可以是粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等，铸型混制后利用冷铁模样造型，取模后制得铸型，所述铸型包括上砂型2和下砂型5，型腔位于上砂型2和下砂型5的中间。
步骤2、制备石墨冷铁芯体4，所述石墨冷铁芯体4可完全放入型腔中；本实施例中，所述石墨冷铁芯体4的长宽高均小于型腔。
石墨可以市购或自制的石墨块切割成所需形状和尺寸；也可以来源于各碳素厂的下脚料及各炼钢厂的废石墨电极。由于石墨电极的加工性能特别好,可直接用锯、刨床、车床等加工成所需形状的石墨；在制作石墨冷铁芯时，采用水冲降尘，加工完成后在温度150～200℃烘干石墨至恒重，以防止石墨潮湿而产生气孔；石墨冷铁的孔隙率越小越好；石墨冷铁芯体4的厚度要满足冷却的铸件需要。
芯撑3的准备：采用与冷铁外侧同材质的铸铁金属制成，表面经镀锌等防锈处理。
步骤3、：将石墨冷铁芯体4的前后面、左右面和上下面均通过芯撑3固定在型腔内部，然后合上上砂型2；
步骤4、熔炼铸铁或铸钢或铸铝等合金，将熔炼好的金属液浇入由经浇注系统1注入型腔，浇注系统1一般包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道，金属液进入型腔后将石墨冷铁芯体4包裹在内。待铸件冷却凝固后开箱落砂、清理浇冒口和毛刺、飞边即得所述全包覆结构复合石墨冷铁。
本实施例制备的全包覆结构复合石墨冷铁，所述金属冷铁完全包覆在石墨冷铁芯体4外部。
如图3-图4所示，实施例2、部分包覆结构复合石墨冷铁及其制备方法
一种复合石墨冷铁的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、利用冷铁模样制备内部设置有型腔的铸型；冷铁模样用于形成铸型的型腔，它和复合冷铁的外形相适应；在小批生产时，模样和可用木材制作，大批、大量生产时，可用铝合金、塑料等材料来制作；铸型可以是粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等，铸型混制后利用冷铁模样造型，取模后制得铸型，所述铸型包括上砂型2和下砂型5，型腔位于上砂型2和下砂型5的中间。
步骤2、制备石墨冷铁芯体4，所述石墨冷铁芯体4可完全放入型腔中；本实施例中，所述石墨冷铁芯体4的长宽小于型腔，高度与型腔相同，制备的石墨冷铁芯体4上表面和下表面设置有多条凸楞，凸楞可以起到支撑石墨冷铁芯体4，替代芯撑3的作用，凸楞之间形成凹槽，金属溶液可以经由凹槽流入，包覆在石墨冷铁芯体4外表面；
石墨可以市购或自制的石墨块切割成所需形状和尺寸；也可以来源于各碳素厂的下脚料及各炼钢厂的废石墨电极。由于石墨电极的加工性能特别好,可直接用锯、刨床、车床等加工成所需形状的石墨；在制作石墨冷铁芯体时，采用水冲降尘，加工完成后在温度150～200℃烘干石墨至恒重，以防止石墨潮湿而产生气孔；石墨冷铁的孔隙率越小越好；石墨冷铁芯体4的厚度要满足冷却的铸件需要。
芯撑3的准备：采用与冷铁外侧同材质的铸铁金属制成，表面经镀锌等防锈处理。
步骤3、：将石墨冷铁芯体4放入型腔中后，所述石墨冷铁芯体4下表面上的凸楞与型腔接触，所述石墨冷铁芯体4上表面上的凸楞上表面与型腔上表面平齐。所述石墨冷铁芯体4的前后面和左右面均通过芯撑3固定在型腔内部，然后合上上砂型2；
步骤4、熔炼铸铁或铸钢或铸铝等合金，将熔炼好的金属液浇入由经浇注系统1注入型腔，浇注系统1一般包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道，金属液进入型腔后将石墨冷铁芯体4包裹在内。待铸件冷却凝固后开箱落砂、清理浇冒口和毛刺、飞边即得所述部分包覆结构复合石墨冷铁。
本实施例制备的部分包覆结构复合石墨冷铁，所述石墨冷铁芯体4上表面和下表面上设置有多条凸楞6，所述石墨冷铁芯体4上表面上的凸楞6上表面和下表面上的凸楞6下表面露出与金属冷铁外表面且与金属冷铁外表面平齐。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合石墨冷铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用冷铁模样制备内部设置有型腔的铸型；
步骤2、制备石墨冷铁芯体(4)，所述石墨冷铁芯体(4)可完全放入型腔中且石墨冷铁芯体(4)的形状尺寸与型腔的形状尺寸配合；
步骤3、将石墨冷铁芯体(4)固定在型腔内并使石墨冷铁芯体(4)与型腔壁之间留有空隙，合上铸型；
步骤4、向铸型的型腔内浇注熔炼的金属液，待铸件冷却凝固后打开铸型，清理后得到复合石墨冷铁。
2.根据权利要求1所述的复合石墨冷铁的制备方法，其特征在于，所述步骤2中包括以下步骤：将石墨切割成所需形状和尺寸，在制作石墨冷铁芯体(4)时，采用水冲降尘，加工完成后在温度150-200℃下烘干石墨冷铁芯体(4)至恒重。
3.根据权利要求1所述的复合石墨冷铁的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，包括制备石墨冷铁芯体(4)和芯撑(3)，所述芯撑(3)的材质与步骤4中的金属液材质相同。
4.根据权利要求1所述的复合石墨冷铁的制备方法，其特征在于，所述步骤3中包括以下步骤：将石墨冷铁芯体(4)的前后面、左右面和上下面均通过芯撑(3)固定在型腔内部。
5.根据权利要求1所述的复合石墨冷铁的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，制备的石墨冷铁芯体(4)上表面和下表面设置有多条凸楞(6)。
6.根据权利要求5所述的复合石墨冷铁的制备方法，其特征在于，所述步骤3中包括以下步骤：将石墨冷铁芯体(4)放入型腔中后，所述石墨冷铁芯体(4)下表面上的凸楞(6)与型腔内壁下表面接触，所述石墨冷铁芯体(4)上表面上的凸楞(6)上表面与型腔内壁上表面平齐，所述石墨冷铁芯体(4)的前后面和左右面均通过芯撑(3)固定在型腔内部。
7.一种复合石墨冷铁，其特征在于，包括石墨冷铁芯体(4)和金属冷铁，所述石墨冷铁芯体(4)位于金属冷铁的内部，所述金属冷铁包覆在石墨冷铁芯体(4)外部。
8.根据权利要求7所述的复合石墨冷铁，其特征在于，所述金属冷铁完全包覆在石墨冷铁芯体(4)外部。
9.根据权利要求7所述的复合石墨冷铁，其特征在于，所述石墨冷铁芯体(4)上表面和下表面上设置有多条凸楞(6)，所述石墨冷铁芯体(4)上表面上的凸楞(6)上表面和下表面上的凸楞(6)下表面露出于金属冷铁外表面且与金属冷铁外表面平齐。
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