CN114769507A - 一种液压铸件的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

一种液压铸件的铸造方法，首先根据液压铸件的结构进行树脂砂铸造，形成铸造系统；其中铸造系统中的铸件型腔具有液压腔，所述的液压腔的底部朝下、法兰部朝上设置，并通过在液压腔内设置由型砂骨架钢管和包覆于型砂骨架钢管外侧的型砂层形成的砂芯结构，其中型砂骨架钢管为中空的夹层结构，其中空的夹层内用于空气的流通；然后称取原料放入熔炼炉内熔化得到原铁液；对获得的原铁液采用冲入法进行球化和孕育；将铁液扒渣、静置，当温度降至1280℃～1330℃时将铁液浇注至铸造系统内以形成铸件。本申请的方法铸造过程不需要专用冷铁，获得的组织致密，不会出现漏液、渗液等现象，能满足高压条件下的使用要求。

Description

一种液压铸件的铸造方法
技术领域
本申请涉及注塑机锁模液压系统铸造技术领域，具体的涉及一种注塑机锁模液压系统中的液压铸件的铸造方法。
背景技术
注塑机锁模液压系统结构较为复杂，所需的液压铸件使用条件要求较高，如较高的机械性能，不允许出现裂纹、冷隔、缩孔、疏松、夹渣等缺陷，铸件不得渗油、漏油，因而对于液压铸件的铸造工艺要求也高。
图1-3所示，为注塑机锁模液压系统的一种液压铸件，该铸件的具体结构包括液压铸件本体a，位于液压铸件本体a中间设置有存在高液压和活塞杆行程的铸件液压腔b，以及同液压腔b相连接的法兰c；铸件的铸件液压腔通常通过砂芯成形，传统的砂芯直接采用铬铁矿砂通过粘接剂构成，这种结构在浇注过程会存在砂型强度不够、冷却不均的问题，在铁液浇注过程可能会出现表面组织掉砂等现象，从而影响铸件液压腔的组织不够致密或出现气孔、夹渣等铸造缺陷，从而出现加工粗糙度达不到Ra0.8μm和漏液、渗液的问题；法兰部位通过放置专用冷铁，如图3所示，目的是为了加快热节处的激冷，消除法兰和铸件液压腔结合部位处的缩孔缩松缺陷，但是，实际生产中由于冷铁间隙控制不好，冷铁间隙一旦过大，该部位很容易出现漏液、渗液现象；此外，专用冷铁的使用直接影响铸件外观，导致铸件外观不平整，增加打磨工作量；而且冷铁在使用前需要进行抛丸、烘烤等处理，管控难度较大，若管控不好，还会使铸件表面产生气孔或渣孔等铸造缺陷，直接影响铸件内在质量。
此外，该液压铸件的材料为球墨铸铁QT450-10，外形轮毂尺寸Φ990mm×625mm,重量1.3吨，最厚部位厚度135mm，液压铸件油压腔径向面加工粗糙度为Ra0.8μm，因此对铸件的铸造性能要求极高，同时还要满足20Mpa的液压要求，铸件不得出现漏液、渗液现象，目前大多数注塑机制造厂家还是用锻造的钢件为主，常规的铸造方法有很大难度；如该铸件的铸件液压腔部位的壁厚较厚(最厚可达135mm)，因而热节分布都在铸件液压腔和法兰部位的结合厚壁处，该铸件传统的铸造方法是铸件液压腔朝上、法兰部位朝下的生产工艺，并且在热节处加冷铁以使腔体内的铁水相对均匀冷却，有时还要结合采用大冒口或发热冒口方式，减少热节处疏松缩孔等缺陷的产生。虽然经过上述努力，一定程度上可以生产出该液压铸件，但完全合格的成品率较低，即使合格的产品，也需要经切除去大冒口或发热冒口，或大量使用专用成形冷铁，冷铁管控难度大，打磨工作量多，造成生产成本高。另一方面，铸件液压腔底部朝上(法兰部位朝下)的生产工艺，存在最大的问题是铸件液压腔底部反面外观质量差，质量最差的铁水全部积聚该表面上，很大程度上影响了铸件的铸造质量，而且容易发生产品渗油、漏油现象。
针对这种特定结构的液压铸件，提供一种能够降低铸造缺陷，并且保证铸件不会出现漏液、渗液等现象的铸造方法尤为关键。
发明内容
本申请针对现有技术的上述不足，提供一种铸造过程不需要专用冷铁，获得的组织致密，不会出现漏液、渗液等现象，满足高压条件下的使用的液压铸件的铸造方法。
为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：一种液压铸件的铸造方法，包括：
(1)首先根据液压铸件的结构进行树脂砂铸造，形成铸造系统；铸造系统包括浇铸系统和铸件型腔，浇铸系统和铸件型腔彼此相互连通；且树脂砂铸造获得的铸件型腔其液压腔底部朝下，法兰部朝上设置，并通过在液压腔内设置由型砂骨架钢管和包覆于型砂骨架钢管外侧的型砂层形成的砂芯结构，其中型砂骨架钢管为中空的夹层结构，其中空的夹层内用于空气的流通；
(2)称取以下重量百分比的原料：生铁30％～50％，废钢30％～40％，回炉料20％～ 30％，碳化硅：生铁、废钢、回炉料总量的0.7％～0.9％；增碳剂：生铁、废钢、回炉料总量的0.6％～1.3％(重量百分比)；从而获得浇铸铸件的铁液主要原料；
将全部的碳化硅、生铁、废钢和回炉料放入熔炼炉内，加料中途加入增碳剂；加热使得炉料熔化，待炉料熔清后加入FeSi75硅铁(FeSi75-C硅铁)，上述硅铁的加入量为生铁、废钢及回炉料总质量的0.5％～1.0％，得到原铁液；将原铁液继续加热到 1440-1500℃，获得的该原铁液的成分及质量百分比为C 3.60％～3.80％，Si 1.2％～1.6％， Mn≤0.35％，P≤0.035％，S≤0.025％，其余为铁；
(3)对步骤(2)获得的原铁液采用冲入法进行球化，球化包一侧的球化堤坝内先加球化剂并紧实，再加入粒径为3-8mm的孕育剂并紧实，最后加入原铁液质量的 0.005％～0.008％纯锑；控制球化反应的起爆时间和爆镁反应持续时间，出铁量达到球化处理铁液量的70％～80％时开始起爆反应，爆镁反应持续时间120s～180s；
通过上述球化和孕育之后得到铁液的成分及质量百分比为：C 3.45％～3.70％，Si 2.3％～2.60％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S 0.008～0.015％，Mg 0.003～0.045％，RE(稀土)0.006～0.01％，Sb 0.004％～0.008％，CE(碳当量)＝4.25～4.50，其余为铁；
(4)将铁液扒渣、静置，当温度降至1280℃～1330℃时将铁液浇注至步骤(1) 制备的铸造系统内以形成铸件；浇注同时用孕育粉进行随流孕育，加入量为原铁液总量的0.1％～0.12％(即步骤(2)获得的最终原铁液)；待铸件冷却后，得到本申请的液压铸件。
优选的，本申请上述步骤(1)中砂芯的具体制作方法：首先在液压铸件型腔的液压腔底部对应位置放入型砂构成型砂层，型砂层厚度控制在液压腔底部圆角线上5mm～10mm；然后放入钢管，控制钢管侧面同液压腔内壁之间的型砂层厚度15mm～25mm，厚度要均匀一致；不断的敲打钢管，将钢管下沉到液压腔底部放入的型砂中，然后边放砂边轻敲钢管，钢管与液压腔壁之间的空间填满型砂并紧实；然后放砂箱、出气或冒口，并控制上箱砂层高度，高度H＝60mm～100mm，以防止铁水浇注时出气或冒口溢出的铁水进入钢管。
优选的，本申请上述步骤(2)所述的碳化硅为元素质量百分比为：SiC(碳化硅) ≥85％，Si≥60％，C≥25％，S 0.02％～0.05％，粒度为1-5mm的碳化硅，如安徽九华富康冶金材料有限公司生产的碳化硅。
优选的，本申请上述步骤(2)所述的增碳剂为元素质量百分比为：C≥98％，S≤0.05％， N≤0.01％，灰份(灰分)≤0.3％，挥发份(挥发分)≤0.3％，粒度为0.5-3mm的增碳剂，如丹晟实业(上海)有限公司生产的DC系列型增碳剂(DC-(1-4)型增碳剂)。
优选的，本申请上述步骤(3)的球化剂为稀土镁合金：元素质量百分比为Mg 5.0％～ 6.0％，RE(稀土)1.0％～2.0％，Si 42％～46％，Ca 2.2％～2.8％，Al≤1.2％，余量为Fe。
优选的，本申请上述步骤(3)球化剂加入量为原铁液总量的1.0％～1.3％，孕育剂的加入量为原铁液质量的0.6％～1.0％。
优选的，本申请上述步骤(3)的孕育剂为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为：Si71％～ 73％，Ca 0.7％～1.3％，Ba 1.6％～2.4％，Al≤1.2％，S≤0.02％，余量为铁。
优选的，本申请上述步骤(4)的孕育粉为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为：Si71％～ 73％，Ca 0.7％～1.3％，Ba 1.6％～2.4％，Al≤1.2％，S≤0.02％，余量为铁。
优选的，本申请步骤(1)中所述的浇铸系统包括直浇口、横浇道和内浇道，所述的直浇口与法兰部同侧设置，且直浇口与横浇道相互连通，所述的内浇道位于横浇道的下方、一端与横浇道连通，另一端与液压腔的底部相连通。
进一步的，所述的横浇道包括第一横浇道和第二横浇道，所述的直浇口与第一横浇道垂直连接，所述的内浇道与第二横浇道垂直连接，且第一横浇道的高度低于第二横浇道的高度；采用上述结构，可以使得铁水自直浇口先进入第一横浇道，对铁水的流速实现一个缓冲效果，然后再进入第二横浇道就更加的平缓，降低铁水对铸件型腔的冲击力，保证铸件的铸造质量。
进一步的，所述的第一横浇道和第二横浇道之间还设置有过渡浇道，所述的过渡浇道包括第一过渡浇道和第二过渡浇道，所述的第一过渡浇道与第一横浇道连通、且二者底部等高，所述的第二过渡浇道位于第一过渡浇道的正上方，并与第二横浇道连通、且二者底部等高；采用上述结构，通过设置过渡浇道有利于铁液平稳进入型腔，也有利于熔渣上浮在第二过渡浇道内，能够进一步的防止圈气、夹渣缺陷的出现，确保铁液的质量。
更进一步的，所述的第一过渡浇道和第二过渡浇道之间设置有过滤平板砖(平板过滤器)；此处的过滤平板砖为直孔陶瓷耐火平板(生产商：长兴里塘耐火材料公司)，上述结构的设置有利于净化铁液，降低熔渣进入铸件型腔。
更进一步的，所述的第二过渡浇道的高度比第二横浇道高20mm～30mm，该结构有利于铁液平稳进入型腔，也有利于熔渣的上浮在第二过渡浇道内(高于第二横浇道的位置，有效防止熔渣进入型腔)，能够进一步的防止圈气、夹渣缺陷的出现，确保铁水质量。
进一步的，所述的第二横浇道上还设置有辅助内浇道，所述的辅助内浇道横向延伸出第二横浇道，且所述的辅助内浇道的高度小于第二横浇道的高度，所述的内浇道竖向设置于辅助内浇道上；采用该结构，可以进一步减缓铁液进入型腔的流速，从而获得铸造质量更好的铸件。
进一步的，所述的内浇道设置有两条，且两条内浇道彼此相互平行设置，所述的内浇道与液压腔底部反面上的平台相连通；因为此处的铸件的壁厚较厚，直接从此处进入铁液可以有效实现铁水平稳进入铸件型腔，从而有效避免了圈气、夹渣缺陷的出现；而且两条内浇道可以保证铁液足量的进入型腔，使得型腔充满。
进一步的，所述的浇铸系统各主要单元总截面积比(各组元截面积比)为ΣA直∶ΣA1#横∶ΣA2#横∶ΣA1#内∶ΣA内＝1.01～1.1∶1.3～1.5∶1.3～1.5∶1∶1，采用上述方案，只需计算出最小截流面积ΣA内，即可确定其余各组元截面积；上述比例式中的直为直浇口， 1#横为第一横浇道，2#横为第二横浇道，1#内为辅助内浇道，内为内浇道。
进一步的，所述的液压腔所在的上端面上设置有多个冒口；采用上述方案，在铸件形成时补给铁液，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。
进一步的，所述的型砂层包括第一型砂层和第二型砂层，所述的第一型砂层位于液压腔的底部，所述的第二型砂层位于液压腔的侧壁与型砂骨架钢管之间；采用上述结构，通过两种不同的型砂层的设置，实现对铸件不同部位的型砂的设置，一来可见降低型砂层的制作难度，二来还可以防止整体型砂层制作过程容易出现的砂型强度不够、冷却不均的问题而导致的铁液浇注过程可能会出现的表面组织掉砂等现象。
更进一步的，所述的第一型砂层的砂层厚度控制在液压腔底部圆角线上5mm～10mm；所述的第二型砂层的砂层厚度控制在15mm～25mm；该结构既能保证浇铸过程型砂不会冲砂，并且还能保证此处铸件的浇铸质量。
更进一步的，所述的型砂骨架钢管为双层结构，双层结构中间为中空的夹层，中空的夹层具有进气口和出气口，所述的流动空气自进气口进入自出气口流出；采用上述结构，钢管不仅仅实现了对型砂的支撑和增强作用，还可以通过夹层实现空气流动，对铸件的浇铸液实现有效的冷却。
进一步的，所述的液压腔的上部覆盖有上砂箱，所述的型砂骨架钢管穿过所述的上砂箱并延伸至液压腔内；所述的型砂骨架钢管的上端面凸出于上砂箱的上端面；采用该结构，既可以对型砂骨架钢管的位置实现有效的固定，保证铸件浇铸尺寸的准确，同时还可以通过型砂骨架钢管通入流动空气对型腔内进行冷却、且不影响型腔内部的结构；方便型砂骨架钢管的安装和位置的有效固定，并且也方便型砂骨架钢管内部空气的通入。
更进一步的，所述的上砂箱的砂层高度为60mm～100mm，钢管外侧围砂以保护钢管；所述的型砂层为铸造砂(型砂)和型砂粘结剂组成的型砂层；采用上述结构，可以防止铁水浇注时出气或冒口溢出的铁水进入钢管；本申请的型砂和型砂粘结剂等材料，均为行业制备砂芯或者铸件砂箱常用的材料即可，即都是由铸造砂(型砂)、型砂粘结剂等组成，这种砂型的制作方法摒弃了传统的用铬铁矿砂，使得铁液冷却速度适中，型砂发气量少，确保了铸件不渗液，减少铬铁矿砂的用量，降低了生产成本。
本申请的优点和有益效果如下：
1.本申请制备的铸件属于大断面球墨铸铁，由于冷却速度缓慢，铸造时的热容量大，凝固缓慢，极易造成球化衰退与孕育衰退，从而导致铸件的组织和基体发生变化，特别是在铸件的心部更加严重，主要表现为石墨球粗大，石墨球数量减少，石墨漂浮，石墨球产生畸变，形成各种非球状石墨，主要有片状、蠕虫状、碎块状等。同时由于凝自时溶质元素的再分配还会出现严重的元素偏析及晶间碳化物、反白口等一系列问题，其结果使得球墨铸铁的力学性能变差，特别是延伸率和塑性明显降低；为了克服上述的缺陷，本申请的各种元素和用量的设定非常关键，通过合理的设置铁液成分以及具体的浇铸工艺和步骤，从而解决上述的技术问题；如本申请控制爆镁反应持续时间120s～180s，提高了镁和稀土的吸收率，增强了脱硫效果，相应地降低了球化剂的加入量，球化剂加入量为原铁液总量的1.0％～1.3％；孕育剂的加入量为原铁液质量的0.6％～1.0％。
2.本申请在铸造系统的制作过程，通过将液压铸件对应的浇铸用型腔中液压腔底部朝下，法兰部朝上设置，从而在浇铸过程，铁液自下向上蔓延，可以有效的降低液压腔底板表面的铸造缺陷；另外，本申请还创造性的将传统的全部是型砂构成的实心砂芯结构替换成本申请空心夹层的型砂骨架钢管和包覆于钢管外侧的砂芯层结构，该砂骨架钢管能作为支撑和加固、增强作用的型砂骨架，这样可以有效保证型砂的强度和型砂的用量，在铁液浇注填充型腔的过程中，不会造成掉砂、夹渣和气孔出现，从而保证了整个液压腔组织的致密，使得铸件在液压20Mpa下使用时，仍然不会出现渗液现象；此外，本申请的浇铸系统，与铸件型腔的摆放方向相匹配，使得铁液自底部至上部的方向进行蔓延填满整个型腔，整个浇铸结构的布置和进入型腔的位置都有特定的设置，内浇道与铸件液压腔底部连通，因为此处的铸件的壁厚较厚，直接从此处进入铁液可以有效实现铁液平稳进入铸件型腔，从而有效避免了圈气、夹渣缺陷的出现。
附图说明
图1本申请本申请铸件的结构示意图。
图2本申请的铸件剖视图的结构示意图。
图3本申请具有冷铁的铸件的结构示意图。
图4本申请的铸件浇铸系统的结构示意图(浇铸方位)。
图5本申请的铸件浇铸系统底部可见的结构示意图。
图6本申请的铸件浇铸系统液压腔可见的结构示意图。
图7本申请的浇铸系统处于浇铸方位的结构示意图。
图8本申请的浇铸系统一个角度的结构示意图。
图9本申请的浇铸系统另一个角度的结构示意图。
图10本申请的砂芯结构处的结构示意图。
图11本申请砂芯与铸件型腔配合后合模的结构示意图。
图12本申请型砂骨架钢管的结构示意图。
图13实施例1制备的液压铸件试块的金相组织图。
图14实施例2制备的液压铸件试块的金相组织图。
如附图所示：a.液压铸件本体，b.铸件液压腔，c.法兰，d.冷铁，e.浇铸系统，f.铸件型腔，f1.液压腔，f2.法兰部，f3.平台，1.型砂骨架钢管，2.型砂层，21.第一型砂层，22.第二型砂层，3.直浇口，4.横浇道，41.第一横浇道，42.第二横浇道，5.内浇道，6.过渡浇道，61.第一过渡浇道，62.第二过渡浇道，7.过滤平板砖，8.辅助内浇道，9.冒口，10. 上砂箱，11.下砂箱。
具体实施方式
下面将结合实施例中的附图，对本申请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优选实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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；
本申请的铸件型腔有与铸件相同的尺寸造型，因此，铸件各个位置的部件名称可以理解为与铸件型腔各个对应位置的部件名称一致。
此外要说明的是：当部件被称为“固定于”(及其与“固定于”类似含有的其它方式)另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者也可以存在另一中间部件，通过中间部件固定。当一个部件被认为是“连接”(及其与“连接”类似含有的其它方式)另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在另一中间部件。当一个部件被认为是“设置于”(及其与“设置于”类似含有的其它方式)另一个部件，它可以是直接设置在另一个部件上或者可能同时存在另一中间部件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如附图4-6、10-11所示，为本申请的一种注塑机锁模液压系统中的铸件浇铸系统，包括浇铸结构e和铸件型腔f，所述的浇铸结构e与铸件型腔f相连通，所述的铸件型腔f包括液压腔f1和位于液压腔f1开口位置的法兰部f2，浇铸时所述的液压腔f1底部朝下、法兰部f2朝上设置；所述的液压腔f1内设置有由型砂骨架钢管1和包覆于型砂骨架钢管外侧的型砂层2形成的砂芯；所述的浇铸结构e包括直浇口3、横浇道4和内浇道5，所述的直浇口3与法兰部f2同侧设置，且直浇口3与横浇道4相互连通，所述的内浇道5位于横浇道4的下方、一端与横浇道4连通，另一端与液压腔f1的底部相连通。
采用上述结构，本申请设置的浇铸系统，把液压腔底部朝下，法兰部朝上设置，从而在浇铸过程，铁液自下向上蔓延，可以有效的降低液压腔底板表面的铸造缺陷；此外，本申请将砂芯替换成内部设置钢管、外表面包覆型砂的砂芯结构，替换传统的全部型砂构成的砂芯结构，型砂骨架钢管能作为支撑和加固、增强作用的型砂骨架，这样可以有效保证型砂的强度和型砂的用量，在铁液浇注填充型腔的过程中，不会造成掉砂、夹渣和气孔出现，从而保证了整个液压腔组织的致密，使得铸件在液压20Mpa下使用时，仍然不会出现渗液现象；此外，本申请的浇铸结构，与铸件型腔的摆放方向相匹配，使得铁液自底部至上部的方向进行蔓延填满整个型腔，整个浇铸结构的布置和进入型腔的位置都有特定的设置，内浇道与铸件液压腔底部连通，因为此处的铸件的壁厚较厚，直接从此处进入铁液可以有效实现铁液平稳进入铸件型腔，从而有效避免了圈气、夹渣缺陷的出现。
如附图4-9所示，本申请所述的横浇道4包括第一横浇道41和第二横浇道42，所述的直浇口3与第一横浇道41垂直连接，所述的内浇道5与第二横浇道42垂直连接，且第一横浇道41的高度低于第二横浇道42的高度；采用上述结构，可以使得铁水自直浇口先进入第一横浇道，对铁水的流速实现一个缓冲效果，然后再进入第二横浇道就更加的平缓，降低铁水对铸件型腔的冲击力，保证铸件的铸造质量。
如附图4-9所示，本申请所述的第一横浇道41和第二横浇道42之间还设置有过渡浇道6，所述的过渡浇道6包括第一过渡浇道61和第二过渡浇道62，所述的第一过渡浇道61与第一横浇道41连通、且二者底部等高，所述的第二过渡浇道62位于第一过渡浇道61的正上方，并与第二横浇道42连通、且二者底部等高；采用上述结构，通过设置过渡浇道有利于铁液平稳进入型腔，也有利于熔渣上浮在第二过渡浇道内，能够进一步的防止圈气、夹渣缺陷的出现，确保铁液的质量。
如附图4-9所示，本申请所述的第一过渡浇道61和第二过渡浇道62之间设置有过滤平板砖7(平板过滤器)；此处的过滤平板砖为直孔陶瓷耐火平板(生产商：长兴里塘耐火材料公司)，上述结构的设置有利于净化铁液，降低熔渣进入铸件型腔。
作为示例，如附图7-9所示，本申请所述的第二过渡浇道62的高度比第二横浇道42高20mm～30mm(即第二过渡浇道的内腔顶部的高度要高于第二横浇道的内腔顶部的高度，二者底部内腔的高度可以一致)，该结构有利于铁液平稳进入型腔，也有利于熔渣的上浮在第二过渡浇道内(高于第二横浇道的位置熔渣会被截留，从而有效防止熔渣进入型腔)，能够进一步的防止圈气、夹渣缺陷的出现，确保铁水质量。
如附图6、8所示，本申请所述的第二横浇道42上还设置有辅助内浇道8，所述的辅助内浇道8横向延伸出第二横浇道42，且所述的辅助内浇道8的高度小于第二横浇道 42的高度(即辅助内浇道的底部略凸出于第二横浇道的底部，上部低于第二横浇道)，所述的内浇道5竖向设置于辅助内浇道上(二者垂直连接)；采用该结构，可以进一步减缓铁液进入型腔的流速，从而获得铸造质量更好的铸件。
如附图4-9所示，本申请所述的内浇道5设置有两条，且两条内浇道5彼此相互平行设置(竖直方向平行，横向与铸件型腔连接的部分呈喇叭状张开)，所述的内浇道5 与液压腔f1底部反面上的平台f3相连通(具体见图5，平台处于液压腔底板的中心位置，为略凸出于底部的一个台阶面)；因为此处的铸件的壁厚较厚，直接从此处进入铁液可以有效实现铁水平稳进入铸件型腔，从而有效避免了圈气、夹渣缺陷的出现；而且两条内浇道可以保证铁液足量的进入型腔，使得型腔充满。
作为示例，本申请所述的浇铸系统各主要单元总截面积比(各组元截面积比)为ΣA直∶ΣA1#横∶ΣA2#横∶ΣA1#内∶ΣA内＝1.01～1.1∶1.3～1.5∶1.3～1.5∶1∶1，采用上述方案，只需计算出最小截流面积ΣA内，即可确定其余各组元截面积；上述比例式中的直为直浇口，1#横为第一横浇道，2#横为第二横浇道，1#内为辅助内浇道，内为内浇道；其中第一横浇道和第二横浇道的组元截面积相等。
如附图4-6所示，本申请所述的液压腔f1所述的上端面上设置有多个冒口9(示例中有五个，周向均匀分布与液压腔上端面上)；采用上述方案，在铸件形成时补给铁液，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。
如附图10-11所示，本申请所述的型砂层2包括第一型砂层21和第二型砂层22，所述的第一型砂层21位于液压腔f1的底部，所述的第二型砂层22位于液压腔f1的侧壁与型砂骨架钢管1之间；本申请的铸件型腔构成于上砂箱10和下砂箱11之间，其尺寸与铸件一致；采用上述结构，通过两种不同的型砂层的设置，实现对铸件不同部位的型砂的设置，一来可见降低型砂层的制作难度，二来还可以防止整体型砂层制作过程容易出现的砂型强度不够、冷却不均的问题而导致的铁液浇注过程可能会出现的表面组织掉砂等现象。
作为示例，本申请所述的第一型砂层21的砂层厚度控制在液压腔f1底部圆角线(铸件型腔的液压腔内底部设置有圆角结构)上5mm～10mm(轴向厚度)；所述的第二型砂层22的砂层厚度控制在15mm～25mm(径向厚度)；该结构既能保证浇铸过程型砂不会冲砂，并且还能保证此处铸件的浇铸质量。
如附图10-12所示，本申请所述的型砂骨架钢管1为双层结构(中空夹层结构)，双层结构中间为中空的夹层，中空的夹层具有进气口和出气口，所述的流动空气自进气口进入自出气口流出；采用上述结构，钢管不仅仅实现了对型砂的支撑和增强作用，还可以通过夹层实现空气流动，对铸件的浇铸液实现有效的冷却。
如附图10-11所示，本申请所述的液压腔f1的上部覆盖有上砂箱10(冒口也预埋于上砂箱中)，所述的型砂骨架钢管1穿过所述的上砂箱10并延伸至液压腔f1内；所述的型砂骨架钢管1的上端面凸出于上砂箱10的上端面；采用该结构，既可以对型砂骨架钢管的位置实现有效的固定，保证铸件浇铸尺寸的准确，同时还可以通过型砂骨架钢管通入流动空气对型腔内进行冷却、且不影响型腔内部的结构；方便型砂骨架钢管的安装和位置的有效固定，并且也方便型砂骨架钢管内部空气的通入。
作为示例，本申请所述的上砂箱10的砂层高度为60mm～100mm(轴向高度)，钢管外侧围砂以保护钢管(可以防止高温的铁液对钢管造成影响)；所述的型砂层2为铸造砂(型砂)和型砂粘结剂组成的型砂层；采用上述结构，可以防止铁水浇注时出气或冒口溢出的铁水进入钢管；本申请的型砂和型砂粘结剂等材料，均为行业制备砂芯或者铸件砂箱常用的材料即可，即都是由铸造砂(型砂)、型砂粘结剂等组成，这种砂型的制作方法摒弃了传统的用铬铁矿砂，使得铁液冷却速度适中，型砂发气量少，确保了铸件不渗液，减少铬铁矿砂的用量，降低了生产成本。
本申请的砂芯结构是一种通过具有夹层的中空钢管构成的内支撑，和位于钢管外表面包覆的芯砂构成的型砂层的砂芯结构，为了便于描述此处的结构，附图10-11中没有示出浇铸结构和冒口结构，仅仅以上、下砂箱和构成的铸件型腔与本申请具有钢管内撑的砂芯结构的附图作为说明；本申请的铸件型腔的尺寸结构和液压铸件的尺寸结构完全吻合，二者指代的部位部件可以理解为一致；本申请的冒口位于铸件型腔上端面内圈位置，作为示例可以设置5个冒口(上部为圆柱形，下部为逐渐收口的锥形)，周向均匀分布，因此此处的厚度相对较厚，冒口的设置可以实现充分的补缩。
作为示例，本申请所述的直浇口为圆柱形的直浇口，本申请的直浇道横截面积呈梯形(上小、下大)，本申请的内浇道呈圆柱形。
本申请的砂芯具体制作方法：第1步如图10所示，在液压腔(由模样作为支撑形成铸件的型腔结构，制作完成后去除模样从而在此处形成铸件型腔，方便后续铁液的浇铸成型)内放入第一型砂层，第一型砂层的厚度控制在型腔液压腔底部圆角线上5mm～ 10mm；第2步如附图10-11所示在液压腔内放入钢管，控制钢管侧面同型腔液压腔内壁之间的砂层厚度15mm～25mm，厚度要均匀一致为第二型砂层；第3步是不断敲打钢管，将钢管下沉到第一型砂砂层，边放砂(第二型砂层的砂)边轻敲钢管，钢管与液压腔壁之间的空间填满型砂并紧实。
作为示例，本申请所述的直浇口为圆柱形的直浇口，本申请的直浇道横截面积呈梯形(上小、下大)，本申请的内浇道呈圆柱形。
实施例1
(1)称取以下质量百分比的原料：生铁50％，废钢30％，回炉料20％，碳化硅：生铁、废钢、回炉料总量的0.7％，增碳剂：生铁、废钢、回炉料总量的0.8％。
(2)将全部的碳化硅、生铁、废钢和回炉料放入熔炼炉内，加料中途一次性加入增碳剂；加热使得炉料熔化，待炉料熔清后加入FeSi75硅铁，硅铁的加入量为生铁、废钢及回炉料总质量的0.6％，得到原铁液；将原铁液继续加热到1452℃，获得的该原铁液的成分及质量百分比为C 3.75％，Si 1.55％，Mn 0.25％，P 0.025％，S 0.023％，其余为铁。
(3)采用冲入法进行球化，球化包一侧的球化堤坝内先加球化剂并紧实，加入原铁液质量的0.006％纯锑，再加粒径为3～8mm的孕育剂并紧实；
球化剂为稀土镁合金：Mg 5.8％，RE 1.49％，Si 42.8％，Ca 2.45％，Al 0.85％，余量为Fe。
球化剂加入量为原铁液总量的1.2％，爆镁反应持续时间125s。
孕育剂的加入量为原铁液总质量的0.62％，孕育剂为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为Si 72％，Ca 1.0％，Ba 2.0％，Al 0.70％，S 0.015％，余量为铁。
得到铁液的成分及质量百分比为C 3.55％，Si 2.45％，Mn 0.25％，P 0.025％，S0.0098％，Mg 0.037％，RE 0.008％，Sb 0.0055％，CE＝4.38，其余为铁；
(4)将铁液扒渣、静置，当温度降至1295℃时将铁液浇注至上述图1-12所述的铸造系统中以形成液压铸件；浇注的同时用孕育粉进行随流孕育(Si 72％，Ca 1.0％， Ba2.1％，Al 0.85％，S 0.015％，余量为铁)，加入量为原铁液总量的0.12％，待铸件冷却后，得到本发明的液压铸件(液压铸件的结构见图1-2所示)。
铸件进行超声波探伤检测符合EN12680-3标准1级要求，磁粉探伤检测符合EN13697标准的2级要求。铸件附铸试块(70mm×70mm×105mm)的物理性能如表1、表2所示
表1附铸试块力学性能
Figure BDA0003555094690000121
表2附铸试块金相组织
项目 球化率 石墨大小
标准值 ≥90％ 5～8
实测值 94.2％ 6
金相组织具体参考附图13所示，从该金相组织图可知本申请的铸件的微观结构：石墨大小均匀，球化率高。
实施例2
1)称取以下质量百分比的原料：生铁45％，废钢30％，回炉料25％，碳化硅：生铁、废钢、回炉料总量的0.75％，增碳剂：生铁、废钢、回炉料总量的1.0％。
(2)将全部的碳化硅、生铁、废钢和回炉料放入熔炼炉内，加料中途一次性加入增碳剂；加热使得炉料熔化，待炉料熔清后加入FeSi75硅铁，硅铁的加入量为生铁、废钢及回炉料总质量的0.5％，得到原铁液；将原铁液继续加热到1461℃，获得的该原铁液的成分及质量百分比为C 3.7％，Si 1.45％，Mn 0.26％，P 0.027％，S 0.022％，其余为铁；
(3)采用冲入法进行球化，球化包一侧的球化堤坝内先加球化剂并紧实，然后加粒径为3～8mm的孕育剂并紧实，再加入原铁液质量的0.005％纯锑；
球化剂为稀土镁合金：Mg 5.8％，RE 1.49％，Si 42.8％，Ca 2.45％，Al 0.85％，余量为Fe。
球化剂加入量为原铁液质量的1.25％，爆镁反应持续时间129s。
孕育剂的加入量为原铁液质量的0.78％，孕育剂为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为Si 72％，Ca 1.0％，Ba 2.0％，Al 0.70％，S 0.015％，余量为铁。
得到铁液的成分及质量百分比为C 3.52％，Si 2.48％，Mn 0.26％，P 0.026％，S0.0096％，Mg 0.038％，RE0.0075％，Sb 0.0046％，CE＝4.36，其余为铁；
(4)将铁液扒渣、静置，当温度降至1300℃时将铁液浇注至上述图1-12所述的铸造系统中以形成铸件；浇注同时用孕育粉(为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为：Si 73％，Ca1.1％，Ba 2.0％，Al0.95％，S0.010％，余量为铁)进行随流孕育，加入量为原铁液总量的0.1％，待铸件冷却后，得到本发明的液压铸件(铸件结构件附图1-2所示)。
铸件进行超声波探伤检测符合EN12680-3标准1级要求，磁粉探伤检测符合EN13697标准的2级要求。铸件附铸试块(70mm×70mm×105mm)的物理性能如表3、表4所示
表3附铸试块力学性能
项目 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 硬度(HB) 备注
标准值 ≥390 ≥260 ≥8.0 140～190 客户标准
实测值 411 284 17.5 150 产品测试
表4附铸试块金相组织
项目 球化率 石墨大小
标准值 ≥90％ 5～8
实测值 92.8 6
金相组织具体参考附图14所示，从该金相组织图可知本申请的铸件的微观结构：石墨大小均匀，球化率高。

Claims (13)

1.一种液压铸件的铸造方法，其特征在于：包括：
(1)首先根据液压铸件的结构进行树脂砂铸造，形成铸造系统；铸造系统包括浇铸系统和铸件型腔，浇铸系统和铸件型腔彼此相互连通；且树脂砂铸造获得的铸件型腔其液压腔底部朝下，法兰部朝上设置，并通过在液压腔内设置由型砂骨架钢管和包覆于型砂骨架钢管外侧的型砂层形成的砂芯结构，其中型砂骨架钢管为中空的夹层结构，其中空的夹层内用于空气的流通；
(2)称取以下重量百分比的原料：生铁30％～50％，废钢30％～40％，回炉料20％～30％，碳化硅：生铁、废钢、回炉料总量的0.7％～0.9％；增碳剂：生铁、废钢、回炉料总量的0.6％～1.3％；从而获得浇铸铸件的铁液主要原料；
将全部的碳化硅、生铁、废钢和回炉料放入熔炼炉内，加料中途加入增碳剂；加热使得炉料熔化，待炉料熔清后加入FeSi75硅铁，上述硅铁的加入量为生铁、废钢及回炉料总质量的0.5％～1.0％，得到原铁液；将原铁液继续加热到1440-1500℃，获得的该原铁液的成分及质量百分比为C 3.60％～3.80％，Si 1.2％～1.6％，Mn≤0.35％，P≤0.035％，S≤0.025％，其余为铁；
(3)对步骤(2)获得的原铁液采用冲入法进行球化，球化包一侧的球化堤坝内先加球化剂并紧实，再加入粒径为3-8mm的孕育剂并紧实，最后加入原铁液质量的0.005％～0.008％纯锑；控制球化反应的起爆时间和爆镁反应持续时间，出铁量达到球化处理铁液量的70％～80％时开始起爆反应，爆镁反应持续时间120s～180s；
通过上述球化和孕育之后得到铁液的成分及质量百分比为：C 3.45％～3.70％，Si2.3％～2.60％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S 0.008～0.015％，Mg 0.003～0.045％，RE(稀土)0.006～0.01％，Sb 0.004％～0.008％，CE(碳当量)＝4.25～4.50，其余为铁；
(4)将铁液扒渣、静置，当温度降至1280℃～1330℃时将铁液浇注至步骤(1)制备的铸造系统内以形成铸件；浇注同时用孕育粉进行随流孕育，加入量为原铁液总量的0.1％～0.12％(即步骤(2)获得的最终原铁液)；待铸件冷却后，得到本申请的液压铸件。
2.根据权利要求1所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：步骤(1)中砂芯的具体制作方法：首先在液压铸件型腔的液压腔底部对应位置放入型砂构成型砂层，型砂层厚度控制在液压腔底部圆角线上5mm～10mm；然后放入钢管，控制钢管侧面同液压腔内壁之间的型砂层厚度15mm～25mm，厚度要均匀一致；不断的敲打钢管，将钢管下沉到液压腔底部放入的型砂中，然后边放砂边轻敲钢管，钢管与液压腔壁之间的空间填满型砂并紧实；然后放砂箱、出气或冒口，并控制上箱砂层高度，高度H＝60mm～100mm，以防止铁水浇注时出气或冒口溢出的铁水进入钢管。
3.根据权利要求1所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：
步骤(2)所述的碳化硅为元素质量百分比为：SiC≥85％，Si≥60％，C≥25％，S 0.02％～0.05％，粒度为1-5mm的碳化硅；
步骤(2)所述的增碳剂为元素质量百分比为：C≥98％，S≤0.05％，N≤0.01％，灰份≤0.3％，挥发份≤0.3％，粒度为0.5-3mm的增碳剂；
步骤(3)的球化剂为稀土镁合金：元素质量百分比为Mg 5.0％～6.0％，RE1.0％～2.0％，Si 42％～46％，Ca 2.2％～2.8％，Al≤1.2％，余量为Fe；
步骤(3)球化剂加入量为原铁液总量的1.0％～1.3％，孕育剂的加入量为原铁液质量的0.6％～1.0％；
步骤(3)的孕育剂为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为：Si 71％～73％，Ca 0.7％～1.3％，Ba 1.6％～2.4％，Al≤1.2％，S≤0.02％，余量为铁；
步骤(4)的孕育粉为硅钡孕育剂，其元素质量百分比为：Si 71％～73％，Ca 0.7％～1.3％，Ba 1.6％～2.4％，Al≤1.2％，S≤0.02％，余量为铁。
4.根据权利要求1所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：步骤(1)中所述的浇铸系统包括直浇口、横浇道和内浇道，所述的直浇口与法兰部同侧设置，且直浇口与横浇道相互连通，所述的内浇道位于横浇道的下方、一端与横浇道连通，另一端与液压腔的底部相连通。
5.根据权利要求4所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的横浇道包括第一横浇道和第二横浇道，所述的直浇口与第一横浇道垂直连接，所述的内浇道与第二横浇道垂直连接，且第一横浇道的高度低于第二横浇道的高度。
6.根据权利要求5所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的第一横浇道和第二横浇道之间还设置有过渡浇道，所述的过渡浇道包括第一过渡浇道和第二过渡浇道，所述的第一过渡浇道与第一横浇道连通、且二者底部等高，所述的第二过渡浇道位于第一过渡浇道的正上方，并与第二横浇道连通、且二者底部等高。
7.根据权利要求6所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的第一过渡浇道和第二过渡浇道之间设置有过滤平板砖；所述的第二过渡浇道的高度比第二横浇道高20mm～30mm。
8.根据权利要求6所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的第二横浇道上还设置有辅助内浇道，所述的辅助内浇道横向延伸出第二横浇道，且所述的辅助内浇道的高度小于第二横浇道的高度，所述的内浇道竖向设置于辅助内浇道上。
9.根据权利要求4所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的内浇道设置有两条，且两条内浇道彼此相互平行设置，所述的内浇道与液压腔底部反面上的平台相连通。
10.根据权利要求8所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的浇铸系统各主要单元总截面积比(各组元截面积比)为ΣA直∶ΣA1#横∶ΣA2#横∶ΣA1#内∶ΣA内＝1.01～1.1∶1.3～1.5∶1.3～1.5∶1∶1。
11.根据权利要求2所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的液压腔所在的上端面上设置有多个冒口；所述的型砂层包括第一型砂层和第二型砂层，所述的第一型砂层位于液压腔的底部，所述的第二型砂层位于液压腔的侧壁与型砂骨架钢管之间。
12.根据权利要求2所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的第一型砂层的砂层厚度控制在液压腔底部圆角线上5mm～10mm；所述的第二型砂层的砂层厚度控制在15mm～25mm；所述的型砂骨架钢管为双层结构，双层结构中间为中空的夹层，中空的夹层具有进气口和出气口，所述的流动空气自进气口进入自出气口流出。
13.根据权利要求12所述的液压铸件的铸造方法，其特征在于：所述的液压腔的上部覆盖有上砂箱，所述的型砂骨架钢管穿过所述的上砂箱并延伸至液压腔内；所述的型砂骨架钢管的上端面凸出于上砂箱的上端面；所述的上砂箱的砂层高度为60mm～100mm；所述的型砂层为铸造砂和型砂粘结剂组成的型砂层。
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