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消失模铸造工艺在铸造生产中的特殊应用
发表时间:2018-07-18     阅读次数:     字体:【

摘要:近几年,消失模铸造工艺有了较快发展,应用范围日渐广泛。该方法不用起模、修型、下芯、合箱,造型时采用无粘结剂的干砂填充塑料泡沫模样,在负压条件下实型浇注。它很大程度上简化了操作工序,提高生产效率;铸件质量好、工艺出品率高;既改善作业环境,又减轻劳动强度。消失模工艺的众多优点,决定了它在铸件成型及特殊应用方面具有很大潜力。比如,高锰钢件利用铸造余进行热水韧处理;消失模工艺解决壁薄耐磨、耐热铸件裂纹缺陷等。笔者在近几年的消失模生产实践中,积累了一些了经验。本文结合消失模铸造的特点,简述该工艺几方面的特殊应用。

1 高锰钢件利用铸造余热水韧处理

  铸态高锰钢必须进行水韧处理才能达到应用要求的性能。由于铸造时冷速较快,得到的组织是奥氏体和碳化物,碳化物的存在显著降低了高锰钢的强度和韧性。水韧处理就是把高锰钢铸件重新加热到1100℃左右(也就是A3线以上的奥氏体区域),保温一定时间,使碳化物全部溶解到奥氏体中,之后快速将铸件浸入到水中快速冷却,迫使碳化物无法析出,从而得到单一的奥氏体组织,使高锰钢具备高的韧性。

  水韧处理具有严格的工艺规范,保温时间是根据铸件的壁厚按每25mm保温1h进行推算,铸件入水前的温度应大于950℃,从保温到入水在时间上不应超过1min,否则因温降过大铸件温度不能得到保证,要求水的温度不超过40℃。用传统铸造方法生产高锰钢,由于落砂清理困难,铸件需要在常温环境进行清砂作业,水韧处理只能采取将铸件集中装炉重新加热保温的方法,耗费大量燃料和人工。

  消失模铸造采用干砂埋模,用微振、负压物理手段紧实铸型,浇注后释放真空,铸件相当于置身在松散的干砂中冷却。该工艺具有非常优越的落砂性,翻转砂箱或直接从干砂中拨出铸件,砂子自己散落,铸件表面只剩下薄薄的涂料层,这为铸件的快速入水处理创造了便利条件。我们先后用该法大量生产球磨机衬板、润磨机筛板、破碎机锤头等高锰钢件,水韧效果良好。根据不同铸件的成份、壁厚、重量等情况,靠经验掌握合适的落砂时间,以控制铸件入水前的温度。通过对水韧处理后的铸件进行金相、强度、硬度等指标的检验,组织中很难看到渗碳体,抗拉强度σb≥600MPa,延伸率δ≥20%,硬度HBS≤300。

  小结:采用消失模工艺生产高锰钢铸件,利用浇铸余热进行水韧处理方便、灵活、安全可靠,力学性能完全符合耐磨高锰钢要求。经测算,该方法比传统水韧处理每吨铸件节省燃动费和人工费近600元,并大幅度缩短工期,效益可观。

  2 解决壁薄耐磨、耐热铸件裂纹缺陷

  旋风子是多管除尘设备上的主要抗磨铸件,结构为管状,其内径为Φ230mm,长度为950mm,壁厚为12mm。材质为抗磨铸铁(KMTCr26),其特点是韧性差、收缩率大、易冷裂。起初采用CO2水玻璃砂造型,对开模样分型、水平浇注,铸件裂纹率高达40%。另有冶金回转窑铸件,包括推头(ZG30Cr24Ni7SiN)、窑头护铁、窑尾护铁(ZG30Cr26Ni20)等,这些铸件结构复杂,轮廓尺寸约为1600mm×600mm×800mm,平均壁厚为20mm,材质均属高铬、镍耐热合金钢,热裂倾向很大。原工艺采用树脂砂组芯造型,铸件裂纹率高达100%。

  上述铸件在采用砂型铸造时,存在的共同问题是极易出现裂纹缺陷,旋风子铸件裂纹严重时沿轴向贯通裂断。即使裂纹较小,因该材质无法进行焊补而只能报废。推头、护铁铸件大都在筋壁交接处产生裂纹,裂纹严重时宽度达10mm,长度400mm,废品率高达到30%。裂纹小的铸件焊补后勉强可以发货,但耐热钢铸件工况温度≥800℃,工作中在很短时间内又会引发裂纹,甚至断开。

  为了解决上述铸件的裂纹问题,在砂型铸造工艺条件下,进行了如下工艺改进:使用石灰石70#砂制芯;芯子内放草绳;提前松箱、早落砂;筋壁交接处插铁钉(内冷铁)等措施,但均未收到良好的效果。去年年初,均定采用消失模工艺生产这类铸件,裂纹问题得到有效地解决。生产中主要控制好真空度的释放时间,待铸件表面凝固到一定程度不会涨箱时就释放真空,让铸件在干砂中自由收缩,最大限度地减小铸造应力。旋风子属于薄壁高铬铸铁件,需要控制好铸型充满后马上释放真空;推头、护铁等壁薄耐热钢铸件,浇注完毕后1~2min停泵释放真空。上述措施都收到良好的效果:旋风子铸件裂纹缺陷全部被杜绝;推头、护铁铸件的裂纹率降至10%,之后将钢水碳含量控制在标准的下限,裂纹缺陷得到彻底解决。

  小结:消失模铸造使用干砂埋模,去除负压后铸型具有很好的退让性,是其他使用粘结剂硬化的型砂铸造不可比拟的,这为解决高合金薄壁件的裂纹缺陷,提供了很有效的解决办法。

  3 砂型铸造中部分采用实型模样,简化大型铸件生产难度

  底座、工作台、立柱、横梁是8m立式车床的主要零部件,横梁的材质为HT250,其余均为HT200。灰口铸铁具有优良的减震性和耐磨性,广泛应用于大型加工设备的机体。底座、工作台的轮廓尺寸为DN8m×0.8m,平均壁厚为30mm~50mm;横梁轮廓尺寸为9.5m×1.2m×0.8m,主要壁厚为30mm;立柱轮廓尺寸为9m×5m×0.5m,主要壁厚为30mm。以上铸件单重均在12t以上,均属大型非标铸件,生产性质往往是单件小批。

  上述铸件体积大、结构复杂,铸造生产具有很大的难度。如果采用实型铸造,由于许多部位不便于填充型砂,加上在组模、刷涂、烘干及埋型时都容易造成模样变形,浇铸很难保证成功。对于传统的砂型铸造,围绕如何制作型腔,必然要考虑多分型、多开箱、多设计砂芯;需要制作大量的工装、木模、芯盒;造型、下芯、合箱都很麻烦,工作量大、生产周期长。对于类似的大型铸件本公司采用以砂型铸造为主,利用白模实型方便、灵活的优点,将二者结合起来,较大程度地简化了铸造工艺,取得良好的效果。

  将大型铸件上的局部复杂结构划分出来单独制作实型白模,造型时作为活块预埋到主体木模的周围,可以实现少分箱、少下芯的目的,从而简化了传统铸造工艺。铸件上局部是否选择实型模样,要针对不同铸件结构进行具体分析。只要方便填砂和定位,局部预埋实型模样活块不但不会对铸件质量造成影响,而且能够较大程度地简化造型操作,此时就可考虑局部预埋实型模样。铸件上的筋板、局部凸起等结构,甚至一个其他局部结构,均可以考虑采用预埋实型模样活块。该方法要求最好选择不需烘干的自硬砂,实型模样要预先涂刷抗粘砂涂料。

  小结:对于单件小批的大型铸件,生产以砂型铸造为主,局部采用实型模样,能够实现少开箱、少下芯,较大程度简化造型的难度;可以缩短生产周期,提高生产效率,降低生产成本;并可减少错箱、错芯造成铸件尺寸偏差,达到事半功倍的目的。

  结束语

  利用消失模铸造可以实现金属复合铸造,配制特种涂料可对铸件进行表面合金化,选用高密度泡沫模样制作耐火型壳,可实现中、大件型精密铸造等。相信随着消失模工艺的迅速发展,它的应用范围越来越广泛。

 
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