CN114178470A - 一种叉车转向桥桥壳铸造方法 - Google Patents

一种叉车转向桥桥壳铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种叉车转向桥桥壳铸造方法，所述方法包括以下步骤：S1：原料准备→S2：原料熔炼→S3：浇筑成型→S4：桥壳热处理，A、成型桥壳放入退火设备进行全奥氏体化热处理，全奥氏体化热处理温度设置为900℃，热处理时间为60min；B、热处理后的桥壳进行两次冷却处理，两次冷却处理包括空冷以及雾冷。本发明铸造方法在熔炼桥壳原料时加入硅铝铁合金作为氧化剂，并采用全奥氏体化热处理桥壳，且热处理后通过空冷与雾冷的组合方式对桥壳冷却，使桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度均高于现有技术桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度，有效地提高成型桥壳的整体性能。

Description

一种叉车转向桥桥壳铸造方法
技术领域
本发明涉及桥壳铸造技术领域，尤其涉及一种叉车转向桥桥壳铸造方法。
背景技术
桥壳是安装主减速器、差速器、半轴、轮装配基体，其主要作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等，一般来说，普通非断开式驱动桥桥壳是一根支承在左、右驱动车轮上的刚性空心梁，主减速器、差速器、半轴等传动件均装在其中，桥壳经纵置钢板弹簧与车架或车厢相联，它是驱动桥的重要组成部分又是行驶系的主要组成件之一，驱动桥壳应有足够的强度和刚度，质量小，并便于主减速器的拆装和调整，驱动桥壳从结构上可分为整体式桥壳、可分式桥壳和组合式桥壳三类，桥壳为叉车转向总成做支撑处理。
专利号CN106734896A公开了一种叉车驱动桥桥壳的铸造方法，所述方法包括以下步骤：(1)采用两箱分模造型，(2)使用所述的树脂砂制作砂型，(3)浇注液的制作，(4)将上述原料在电炉内加热至熔炼温度，形成浇注液；(5)向所述的树脂砂型中浇注所述的浇注液，凝固后形成铸件。本发明该铸造方法不仅很好的克服了桥壳在铸造过程中容易产生锁孔、裂纹等缺陷的产生，同时还提高了钢水利用率；可直接铸造出桥壳铸件，铸件成品高度精确，加工制作工艺简单。
现有技术存在以下不足：现有铸造工艺生产桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度差，导致桥壳的使用寿命短。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种叉车转向桥桥壳铸造方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种叉车转向桥桥壳铸造方法，所述方法包括以下步骤：
S1：原料准备
桥壳制备主料包括废旧钢料、硅铁、高碳锰铁以及硅铝铁合金，制备辅料包括硅砂；
优选的，废旧钢料为厚度≤6mm以及单重≤5kg的各种钢材切边、船板、铸钢件及各类机械废钢，废旧钢料通过放大镜检验形状尺寸规则和均匀度，超大、超长、超重的废钢不能作为原料使用，且低于2mm的薄钢板不得使用，废钢内不能混有铁合金、有色金属和其他杂质，表面不应存在泥块、水泥、黏砂以及橡胶，废钢铁表面的油污进行清除，废钢中不得带有两端封闭的管状物、封闭器皿、易燃易爆物品、放射性及有毒物品，且不得有成套的机器设备及结构件；
优选的，硅铁的主要作用是调节锰中硅的含量，硅和氧的亲和力较大，一般在脱氧剂使用完成后，在出钢前10min加入，其成分要求为硅含量介于72-80％之间，铝含量不超过1％，对于有害元素控制要求例如硫、磷等必须控制在0.02％以下，通过放大镜观察硅铁的块重大于20kg的块数不应超过批重的10％，碎块不应超过批重的10％，硅铁表面应洁净，不应有明显夹渣、砂土和其他夹杂物；
优选的，高碳锰铁调整总成分中锰的含量，锰和氧的亲和力大于铁，高碳锰铁在稀薄渣滓形成以后随同渣料一同放入其中，还原后期调整的锰铁在出钢前10min加入，化学成分含量控制为锰含量介于62-75％之间，控制硫、磷含量，其中硫含量不超过0.03％，通过10倍放大镜观察高碳锰铁，单重不大于40kg，粒度范围在30-250mm，表面质量干净无杂质，无外来夹杂物；
优选的，硅铝铁合金为脱氧剂，改善夹杂物形态减少钢液中气体元素含量，有效提高钢水质量、降低成本以及节约用铝，硅铝铁合金表面质量洁净，没有明显的气泡和非金属夹杂物等其他杂质，其铝含量控制在35-55％；
硅砂通过硅砂检测仪检验，颗粒形状适宜，圆形砂30～80％，颗粒为球形或接近于球形，表面光洁，没有多余的棱角，多角形砂15～25％颗粒为多角形，且多为钝角，尖角形砂控制在5％以下，颗粒成尖角形，且锐角较多，硅砂中无泥块、石块、钢渣、塑料等其它杂物。
S2：原料熔炼
将废旧钢料、硅铁、高碳锰铁加入中频感应炉熔炼，待废旧钢料、硅铁以及高碳锰铁完全熔融后，将硅铝铁合金加入中频感应炉继续熔炼成熔液，中频感应炉熔炼内部温度为1540-1600℃，熔炼过程中吹入氩气，用于纯净钢液。
S3：浇筑成型
根据浇筑桥壳的形状，将硅砂通过开模设备开模为型砂，熔液通过浇筑系统浇筑至型砂内部，自然冷却成型；
优选的，在浇筑系统浇筑熔液前，溶液的内部加入微合金化元素B、Ti、RE，用于减轻熔液浇筑产生的损耗；
优选的，浇注位置方案一：桥壳的浇口位置置于中间分型处，采用该种浇口布置方式减少了桥壳冲砂的可能性，使金属液充型平缓、平稳，减少夹渣、卷气、氧化物夹杂等一系列桥壳缺陷；有效保证重要位置的铸造质量，在此位置浇注同时，桥壳曲面完全处于分型面处等容易拔模和进行铸型的制作；
优选的，浇注位置方案二：浇注系统的浇口位置置于底部法兰面，此位置贴近桥壳位置，浇注过程中，金属液与型砂容易冲刷，容易造成冲砂、卷气、氧化物夹杂等铸造缺陷，不能保证重要部位的铸造质量，分型面存在干涉面，不利于拔模和型砂造型；
优选的，综上所述选用浇注位置方案一对型砂浇筑熔液；
优选的，浇注温度越高合金液的流动性越好，越有利于充型，因而适当提高浇注温度越容易实现完整充型，但是浇注温度过高则容易导致合金液发生氧化和喷溅现象，同时也增加了模具的温度，增加了模具冷却脱膜的时间，对产品的生产效率产生影响，桥壳所用材料的合理浇注温度范围为1540-1590℃，固液两相区温度范围在1440-1510℃，浇注温度的差异对于铸件热应力的分布有一定的影响，温度偏高使得桥壳应力集中情况更加明显，而温度偏低容易出现浇不足的现象，因此选择熔液的浇筑温度范围为1580℃，浇筑后的溶液可快速成型，有利于提高桥壳的生产效率；
优选的，浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成，在直浇道上还安装有碳化硅泡沫陶瓷过滤网和过滤器；
优选的，碳化硅泡沫陶瓷过滤网在直浇道表面物理性的过滤掉大的杂物，而小的杂物被吸附在过滤器表面，同时可以梳整紊乱的金属熔体，减少紊流，使金属液平稳流动。将过滤网铺放在直浇道的底部，过滤网面积为30cm2；
优选的，砂芯芯头设计：砂芯依靠芯头固定在铸型中，砂芯采用冷芯盒砂芯，砂芯含有水平芯头和垂直芯头，砂芯芯头为两垂直交错芯头圆形结构，可准确定位砂芯在铸型中的位置，不需要考虑砂芯水平移动及转动问题；
优选的，芯头内腔尺寸：取水平方向左芯头长度为50mm，右芯头长度为50mm，左、右芯头斜度为3°，垂直方向上芯头长度为50mm，下芯头长度为30mm；下芯头斜度为1°，上芯头斜度为4°，取水平芯头的长度为35mm，采用上述结构形状的型砂可便于桥壳浇筑的准确定位。
S4：桥壳热处理
A、成型桥壳放入退火设备进行全奥氏体化热处理，全奥氏体化热处理温度设置为900℃，热处理时间为60min；
B、热处理后的桥壳进行两次冷却处理，两次冷却处理包括空冷以及雾冷；
C、冷却后的桥壳放入回火设备进行多次回火，多次回火温度分别为340℃、400℃、480℃以及520℃，且每次回火时间均为2h。
本发明的有益效果：
本发明铸造方法在熔炼桥壳原料时加入硅铝铁合金作为氧化剂，并采用全奥氏体化热处理桥壳，且热处理后通过空冷与雾冷的组合方式对桥壳冷却，使桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度均高于现有技术桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度，有效地提高成型桥壳的整体性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
一种叉车转向桥桥壳铸造方法，所述方法包括以下步骤：
实施例1
S1：原料准备
桥壳制备主料包括废旧钢料、硅铁、高碳锰铁以及硅铝铁合金，制备辅料包括硅砂；
废旧钢料为厚度≤6mm以及单重≤5kg的各种钢材切边、船板、铸钢件及各类机械废钢，废旧钢料通过放大镜检验形状尺寸规则和均匀度，超大、超长、超重的废钢不能作为原料使用，且低于2mm的薄钢板不得使用，废钢内不能混有铁合金、有色金属和其他杂质，表面不应存在泥块、水泥、黏砂以及橡胶，废钢铁表面的油污进行清除，废钢中不得带有两端封闭的管状物、封闭器皿、易燃易爆物品、放射性及有毒物品，且不得有成套的机器设备及结构件；
硅铁的主要作用是调节锰中硅的含量，硅和氧的亲和力较大，一般在脱氧剂使用完成后，在出钢前10min加入，其成分要求为硅含量介于72-80％之间，铝含量不超过1％，对于有害元素控制要求例如硫、磷等必须控制在0.02％以下，通过放大镜观察硅铁的块重大于20kg的块数不应超过批重的10％，碎块不应超过批重的10％，硅铁表面应洁净，不应有明显夹渣、砂土和其他夹杂物；
高碳锰铁调整总成分中锰的含量，锰和氧的亲和力大于铁，高碳锰铁在稀薄渣滓形成以后随同渣料一同放入其中，还原后期调整的锰铁在出钢前10min加入，化学成分含量控制为锰含量介于62-75％之间，控制硫、磷含量，其中硫含量不超过0.03％，通过10倍放大镜观察高碳锰铁，单重不大于40kg，粒度范围在30-250mm，表面质量干净无杂质，无外来夹杂物；
硅铝铁合金为脱氧剂，改善夹杂物形态减少钢液中气体元素含量，有效提高钢水质量、降低成本以及节约用铝，硅铝铁合金表面质量洁净，没有明显的气泡和非金属夹杂物等其他杂质，其铝含量控制在35-55％；
硅砂通过硅砂检测仪检验，颗粒形状适宜，圆形砂30～80％，颗粒为球形或接近于球形，表面光洁，没有多余的棱角，多角形砂15～25％颗粒为多角形，且多为钝角，尖角形砂控制在5％以下，颗粒成尖角形，且锐角较多，硅砂中无泥块、石块、钢渣、塑料等其它杂物。
实施例2
S2：原料熔炼
将废旧钢料、硅铁、高碳锰铁加入中频感应炉熔炼，待废旧钢料、硅铁以及高碳锰铁完全熔融后，将硅铝铁合金加入中频感应炉继续熔炼成熔液，中频感应炉熔炼内部温度为1540-1600℃，熔炼过程中吹入氩气，用于纯净钢液。
实施例3
S3：浇筑成型
根据浇筑桥壳的形状，将硅砂通过开模设备开模为型砂，熔液通过浇筑系统浇筑至型砂内部，自然冷却成型；
在浇筑系统浇筑熔液前，溶液的内部加入微合金化元素B、Ti、RE，用于减轻熔液浇筑产生的损耗；
浇注位置方案一：桥壳的浇口位置置于中间分型处，采用该种浇口布置方式减少了桥壳冲砂的可能性，使金属液充型平缓、平稳，减少夹渣、卷气、氧化物夹杂等一系列桥壳缺陷；有效保证重要位置的铸造质量，在此位置浇注同时，桥壳曲面完全处于分型面处等容易拔模和进行铸型的制作；
浇注位置方案二：浇注系统的浇口位置置于底部法兰面，此位置贴近桥壳位置，浇注过程中，金属液与型砂容易冲刷，容易造成冲砂、卷气、氧化物夹杂等铸造缺陷，不能保证重要部位的铸造质量，分型面存在干涉面，不利于拔模和型砂造型；
综上所述选用浇注位置方案一对型砂浇筑熔液；
浇注温度越高合金液的流动性越好，越有利于充型，因而适当提高浇注温度越容易实现完整充型，但是浇注温度过高则容易导致合金液发生氧化和喷溅现象，同时也增加了模具的温度，增加了模具冷却脱膜的时间，对产品的生产效率产生影响，桥壳所用材料的合理浇注温度范围为1540-1590℃，固液两相区温度范围在1440-1510℃，浇注温度的差异对于铸件热应力的分布有一定的影响，温度偏高使得桥壳应力集中情况更加明显，而温度偏低容易出现浇不足的现象，因此选择熔液的浇筑温度范围为1580℃，浇筑后的溶液可快速成型，有利于提高桥壳的生产效率；
浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成，在直浇道上还安装有碳化硅泡沫陶瓷过滤网和过滤器；
碳化硅泡沫陶瓷过滤网在直浇道表面物理性的过滤掉大的杂物，而小的杂物被吸附在过滤器表面，同时可以梳整紊乱的金属熔体，减少紊流，使金属液平稳流动。将过滤网铺放在直浇道的底部，过滤网面积为30cm2；
实施例4
砂芯芯头设计：砂芯依靠芯头固定在铸型中，砂芯采用冷芯盒砂芯，砂芯含有水平芯头和垂直芯头，砂芯芯头为两垂直交错芯头圆形结构，可准确定位砂芯在铸型中的位置，不需要考虑砂芯水平移动及转动问题；
芯头内腔尺寸：取水平方向左芯头长度为50mm，右芯头长度为50mm，左、右芯头斜度为3°，垂直方向上芯头长度为50mm，下芯头长度为30mm；下芯头斜度为1°，上芯头斜度为4°，取水平芯头的长度为35mm，采用上述结构形状的型砂可便于桥壳浇筑的准确定位。
实施例5
S4：桥壳热处理
A、成型桥壳放入退火设备进行全奥氏体化热处理，全奥氏体化热处理温度设置为900℃，热处理时间为60min；
B、热处理后的桥壳进行两次冷却处理，两次冷却处理包括空冷以及雾冷；
C、冷却后的桥壳放入回火设备进行多次回火，多次回火温度分别为340℃、400℃、480℃以及520℃，且每次回火时间均为2h。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，成分中未添加硅铝铁合金。
对比例2
本对比例与实施例5的区别在于，冷却处理步骤中仅具有空冷处理。
对比例3
本对比例与实施例5的区别在于，热处理步骤采用815℃两相区亚温热处理。
性能测试
根据国家标准QC/T533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》以及QC/T534-1999《汽车驱动桥台架试验评价指标》对实施例1-5、对比例1-3提供的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，对成型桥壳进行抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度，具体测试结果见下表：
Figure BDA0003365295040000091
通过上表可知，对比例1在不加入硅铝铁合金作为氧化剂时，桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度整体下降，对比例2中，当只对热处理后的桥壳做空冷处理时，会导致桥壳的抗拉强度大幅下降，对比例3中，采用815℃两相区亚温热处理桥壳，虽然桥壳的塑性高，但桥壳的抗拉强度大幅下降，因此该铸造方法在熔炼桥壳原料时加入硅铝铁合金作为氧化剂，并采用全奥氏体化热处理桥壳，且热处理后通过空冷与雾冷的组合方式对桥壳冷却，使桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度均高于现有技术桥壳的抗拉强度、延伸率以及洛氏硬度，有效地提高成型桥壳的整体性能。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种叉车转向桥桥壳铸造方法，包括主体(1)，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1：原料准备
桥壳制备主料包括废旧钢料、硅铁、高碳锰铁以及硅铝铁合金，制备辅料包括硅砂；
S2：原料熔炼
将废旧钢料、硅铁、高碳锰铁加入中频感应炉熔炼，待废旧钢料、硅铁以及高碳锰铁完全熔融后，将硅铝铁合金加入中频感应炉继续熔炼成熔液，
S3：浇筑成型
根据浇筑桥壳的形状，将硅砂通过开模设备开模为型砂，熔液通过浇筑系统浇筑至型砂内部，自然冷却成型；
S4：桥壳热处理
A、成型桥壳放入退火设备进行全奥氏体化热处理，全奥氏体化热处理温度设置为900℃，热处理时间为60min；
B、热处理后的桥壳进行两次冷却处理，两次冷却处理包括空冷以及雾冷；
C、冷却后的桥壳放入回火设备进行多次回火，多次回火温度分别为340℃、400℃、480℃以及520℃，且每次回火时间均为2h。
2.根据权利要求1所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：所述步骤S1中，废旧钢料为厚度≤6mm以及单重≤5kg，硅铁的硅含量为72-80％，铝含量≤1％，高碳锰铁的锰含量为62-75％，硫含量≤0.03％，单重不大于40kg，粒度范围在30-250mm。
3.根据权利要求2所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：所述步骤S1中，硅铝铁合金为脱氧剂，铝含量在35-55％。
4.根据权利要求1所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：所述步骤S2中，中频感应炉熔炼内部温度为1540-1600℃，熔炼过程中吹入氩气，用于纯净钢液。
5.根据权利要求1所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：所述步骤3中，在浇筑系统浇筑熔液前，溶液的内部加入微合金化元素B、Ti、RE，桥壳的浇口位置置于中间分型处。
6.根据权利要求5所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：所述浇筑系统浇筑时，熔液的浇筑温度为1580℃。
7.根据权利要求6所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成，在直浇道上还安装有碳化硅泡沫陶瓷过滤网和过滤器。
8.根据权利要求7所述的一种叉车转向桥桥壳铸造方法，其特征在于：所述碳化硅泡沫陶瓷过滤网面积为30cm2。
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