铸造工艺过程设计的主要要素

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：造芯时，纵横设置通气绳，芯砂的强度等性能必须符合要求。舂砂造芯全过程须精心操作，使整个砂芯有足够均匀的紧实度，达到所需的强度、刚度、通气性及溃散性等性能要求。砂芯采用醇基铸铁涂料，主要成分为石墨粉。涂料层厚度为0.8～1.5mm。

一、浇注位置及分型面

根据大型碱锅的结构特点及主要技术要求等，应采用将锅底朝下的垂直浇注位置。这样有利于优先保证最重要的锅底的质量，同时有利于铸型中气体的排除，以减少气孔等铸造缺陷。

浇注位置确定后，根据锅体的外形，仅在锅口上平面设置一道分型面，如图9-1所示。

二、铸型

1.铸型种类

大锅的铸型必须具有足够的强度及刚度，以承受运输、铸型翻转、合箱等过程中的机械载荷及浇注时的浮力作用，不允许产生任何变形及裂纹等现象。还须具有良好的透气性及耐火度，防止产生气孔、砂孔及粘砂等铸造缺陷。铸型最好具有良好的耐用性能，可重复使用多次而不易损坏，若实现一型多铸，则可大幅度降低造型成本，提高生产率。

为满足以上基本要求，必须采用干型。

2.造型材料

中央砂芯与外铸型可采用相同的或不同的造型材料。

（1）芯砂

宜采用冷硬呋喃树脂砂。它具有足够的强度、良好的透气性及溃散性等，经实践证明效果最好。

（2）外型砂如果是一次性铸型，可选用与芯砂材料相同的冷硬呋喃树脂砂。必须指出，自硬树脂砂不适用于刮板造型法，如果采用刮板造型法，则须选用粘土砂等。

大型固碱锅的生产，较成熟的经验是采用一型多铸工艺，既能确保质量，又能降低成本。型砂材料应选用强度较高的粘土砂，型砂组成可参考表9-5。

表9-5 型砂组成

注：1.若加入部分粘土浆，可适当减少粘土粉的加入量。

2.龙口砂粒度为1～3mm。

3.水分适量。

3.造型方法

对于大型锅形铸件，应根据所选铸型种类、造型材料及产量等因素，确定模样的制作形式。如果选用呋喃树脂砂或属大批量生产，则可制成实体模样；如果属单件、小批量生产或采用一型多铸工艺，则可采用刮板造型法。制作模样时，大锅的铸造线收缩率选用0.8%。

刮板造型的方法是：首先将刮板造型轴杠底座（图9-1件7）紧固在砂箱底板（图9-1件8）上，然后将轴杠（φ100mm×3500mm）插入底座中，并将大型钢结构刮板套在轴杠上，调整刮板位置及尺寸后，方可进行刮制铸型操作。要采取相应措施，防止在刮型过程中轴杠摆动，确保铸型尺寸准确。铸型须有足够的紧实度，工作表面要“插钉”。

4.造芯

大型砂芯与箱盖连在一起，一次成形成为整体。

（1）芯盒采用金属型芯盒，设计的整体结构形式如图9-3所示。下段芯盒1沿垂直方向分成两半对开组成整圆，上段圆弧芯盒2成整体形状。顶端局部球面部分3留作填砂口，便于造芯时填砂，最后用小刮板造芯而成。

图9-3 大型锅体芯盒结构示意图

1—下段芯盒（两半对开组成整圆） 2—上段圆弧芯盒（整体） 3—顶端局部球面部分（刮板造芯） 4—箱盖

（2）芯骨大锅芯骨须具有足够的强度和刚度，以承受外界的强力作用而不产生任何变形；应便于装卸；不阻碍铸件收缩等。造芯前，将芯骨装配紧固于箱盖内平面上，其设计结构形式如图9-4所示。材质为ZG200-400或球墨铸铁，芯骨外径的砂层厚度约为150mm。芯骨分为两节，下节芯骨1由4块组成整圆，每块之间留有间隙量30mm，组装时，要在间隙中放入楔形垫铁；上节芯骨2呈球面整块状。上、下两节芯骨须紧固连接，芯骨外表面须铸有骨刺或焊上φ8～φ12mm的圆钢，以便于芯砂连接，增加砂芯强度。

造芯时，纵横设置通气绳，芯砂的强度等性能必须符合要求。舂砂造芯全过程须精心操作，使整个砂芯有足够均匀的紧实度，达到所需的强度、刚度、通气性及溃散性等性能要求。

图9-4 大型锅体芯骨结构形式示意图

1—下节芯骨（由4块组成整圆） 2—下节芯骨（球而整块）

5.涂料

涂料须具有足够的强度和耐火度等。砂芯采用醇基铸铁涂料，主要成分为石墨粉。涂料层厚度为0.8～1.5mm。

一型多铸粘土砂型采用水基铸铁涂料，因型砂粒度较粗，应涂刷2～3次。涂料层厚度达1～2mm。涂料的组成见表9-6。

表9-6 涂料组成

涂料须碾压成膏状，碾压时间不小于8h。使用时加入适量水，在搅拌机内充分搅拌，并调至所需浓度，防止沉淀。必须注意保持两遍涂料层之间的粘结强度，防止浇注时在铁液作用下产生涂料剥落缺陷。

6.烘干

粘土砂型的烘干温度为350～450℃，烘干时间约为8h。

合箱后，用热风烘干器进行干燥。热风的温度控制范围为160～170℃，保温时间为14～16h。如果将树脂砂芯置于干燥炉内进行干燥，则干燥温度为180～190℃，保温时间为8h。

7.铸型修复

一型多铸铸型在浇注一次后，须对铸型表面进行整修。如有局部损坏部位，应用原有型砂进行修补：首先将残留涂料层清除干净，然后对整个铸型重新刷上1～2遍涂料，并经烘干待再次使用。如能对铸型进行精心制作和维修，一般可重复使用4～6次。

三、浇注系统

大型锅形铸件的典型浇注形式，是采用雨淋式顶注浇注系统。经实践，其效果最好，被广泛应用。在图9-1中，24道φ25mm内浇道3均匀分布于锅口圆周上。为防止内浇道表面因受高温铁液的强力冲刷而将型砂冲入型腔中，常采用石墨棒车制或用高强度型砂特制而成。采用大容量浇注箱及集渣槽，具有很强的集渣能力，可防止熔渣等夹杂物流入铸型中。

锅口上平面设有4个溢流冒口，在浇注最后阶段，让其溢流出一定数量的铁液，可防止上平面产生气孔、砂孔、夹杂等铸造缺陷。

浇注时间的控制非常重要，宜取较快的浇注速度。内浇道的总面积为118cm²，12.5t铁液的浇注时间为70～90s。可在较短时间内，很快建立起较大的静压头，从而缩短了对铸型表面的高温烘烤作用时间，可减少气孔、砂孔及夹杂等铸造缺陷。

四、熔炼及浇注

1.化学成分

根据所需的化学成分，选用优质炉料在冲天炉或电炉中熔炼。须注意提高铁液的纯净度，尽量减少气体及夹杂物的含量，以提高耐蚀性能。冲天炉熔炼的出炉温度为1420～1440℃。

按以上工艺生产的稀土灰铸铁固碱锅，经化工企业实际使用，获得了较好的效果。工厂的部分实际资料见表9-7，可供参考。

表9-7 稀土灰铸铁固碱锅的化学成分、力学性能

2.浇注温度

浇注温度过高，会显著增加对一型多铸铸型的损伤程度；浇注温度过低，则会增加产生冷隔等铸造缺陷的危险性。为保护铸型，增加其使用次数，在不产生气孔、夹杂、皱皮及冷隔等铸造缺陷的前提下，宜取较低的浇注温度，并控制在1300～1320℃的范围内，能获得较好的效果。

3.冷却时间

在大锅的凝固冷却过程中，为减轻中央砂芯对收缩的机械阻碍作用，在浇注后40min时，须将芯骨之间的楔形垫铁卸除掉，并将紧固螺栓松开。浇注后1h，须撤掉砂箱上的全部销子及螺栓，以利于铸件收缩，减小铸造内应力。浇注后，铸件在铸型中的冷却时间应大于48h。

铸造工艺过程设计的主要要素

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