覆砂鐵型鑄造方法及應用

發佈時間： 06 / 24 2021 作者：網站編輯訪問：12029

什麼是覆砂鐵模鑄件

鐵模覆砂鑄造是在金屬模具（稱為鐵模）的內腔上覆蓋一層薄薄的砂以形成模具的鑄造工藝。由於砂包覆層較薄（4～8mm），使用價格較高的優質造型材料在經濟上是合理的。從而大大提高鑄件質量，顯著減少浪費；由於鐵砂覆層鑄模的剛性非常好，從而顯著提高了鑄件的尺寸精度和緻密性。

覆砂鐵型鑄造方法及應用

德國、前蘇聯等國在1960年代左右開始在鑄件生產中使用鐵質覆砂鑄件，主要用於生產球墨鑄鐵曲軸、制動轂、制動盤、缸套、彈殼、坦克履帶和發動機底座等各種鑄件。我國鐵型覆砂鑄件的應用研究始於1970年代初。到1979年，浙江省機電設計院與永康市拖拉機廠合作，首次在S195曲軸毛坯的批量鑄造生產中使用該工藝。同時完成了該工藝生產的球墨鑄鐵曲軸在疲勞強度（疲勞極限應力σ-1的比較）、斷裂強度（閾值ΔKth的比較和斷裂韌性K1C的比較）方面的性能評價）和使用壽命（10000h台架耐久試驗對比）等，與砂型鑄造曲軸相比，優於砂型鑄造。在接下來的10年中，該工藝在應用中不斷改進。到1990年代初，已有1991家公司應用了該工藝，尤其是單缸曲軸和四缸曲軸的鐵砂塗層鑄造工藝。一個巨大的成功。這一時期的代表性企業有永康市拖拉機廠、上虞動力機械廠、王都曲軸連桿廠、皖北曲軸廠、金華內燃機零部件廠、常州柴油機廠等。5年，國家計委批型砂鑄件作為國家“八五”重點新技術推廣項目，浙江省機電設計院作為該項目的技術支持單位。這是我國鐵型覆砂鑄造技術的重大進步。發展起到了巨大的推動作用。我院承擔推廣項目後，在接下來的6-XNUMX年間，基本解決了量產覆鐵砂鑄件的一系列問題。

主要是：

①設計定型噴砂造型機，解決了長期存在的射芯改裝換代難題；
②標準鐵型砂鑄生產線定型、標準化，對原有較為簡單的鐵型砂鑄生產線進行改造，在上海球鐵廠等企業應用；
③噴砂鑄鐵件的應用擴大到一些鑄造工藝難度較大的鑄件，如六缸曲軸、三缸曲軸；
④將覆膜砂引入覆鐵砂鑄件生產，大大提高覆砂造型質量；
⑤鐵型覆砂鑄造工藝設計進一步規範，設計水平也有較大提高。開發了鐵型覆砂鑄造工藝計算機模擬軟件和鐵型覆砂鑄造工藝計算機輔助設計軟件。

目前，全國已有近百家企業應用鐵砂塗層鑄造工藝生產球墨鑄鐵曲軸、凸輪軸、平衡軸、耐壓閥體、缸套、耐磨等30多種鑄件。齒輪盤。預計年產量為鑄件。約10×104t。典型企業有上海汽車鑄造總廠、沉陽第一曲軸廠、廣西百礦集團、宜興機械總廠、山東九陽集團、浙江曙光曲軸廠、本溪天源曲軸廠、保定薄膜機械廠、山西鹿城曲軸廠、河北辛集曲軸廠等。但是，這些公司在工藝引進上的方式各不相同：有的委託我院設計或建造，有的自行模仿開發。因此，他們對鐵型砂包覆鑄造工藝的掌握程度大不相同。僅以鐵型覆砂鑄件廢品率為例，很多掌握較好的企業可以將其穩定在1%左右，並取得了很好的經濟效益。但也有少數企業鐵模覆砂鑄件廢品率高達3%左右，大大抵消了該工藝的經濟效益。究其原因，是這些企業沒有完全掌握工藝的設計和生產要領，忽視了生產管理。

鐵型覆砂鑄造工藝設計與實際生產的主要解決方案：

①鐵壁的厚度和覆砂層的厚度以及兩者的結合，可以滿足不同壁厚、不同材質的鑄件凝固和冷卻的不同要求；
②方便經濟的塗砂造型方法，滿足不同鑄件對錶面質量和尺寸精度的要求；
③工藝參數。如澆注系統、射砂系統、排氣系統等的確定；
④ 實現量產。例如，生產線和噴砂主機及輔助設備的設計和造型；
⑤工藝規程的製定，如澆注、冷卻、開箱規程，以及鑄件成分的調整。

鐵質覆砂鑄件的熱交換特性

將液態金屬倒入鐵包砂鑄模後，“鑄砂-包砂-鐵模”是一個不穩定的熱交換系統。為了簡化問題，假設鑄件是半有限的；假設系統中各部件的溫度場呈直線分佈。圖 1 顯示了系統的一部分。顯然，相同的比熱流 q 通過系統中的每個組件：

兩個傳熱準則分別代表鑄件與砂層、鐵模與砂層之間的熱交換強度。 k1為鑄件熱阻與砂層熱阻之比； k2是鐵類熱阻與砂塗層熱阻的比值。考慮k1和k2的組合，隨著砂覆層厚度的變化，“鑄-砂覆層-鐵模”之間可能出現以下三種不同的傳熱情況：

①當k≤1且k2≤1時，砂覆層在正常厚度範圍內，鑄件的冷卻速度隨著砂覆層厚度的減小而增加。
②當覆砂層厚度超過一定厚度時，鐵模對鑄件的冷卻沒有影響。這時就相當於普通砂型鑄造或樹脂砂型鑄造。由於覆砂層的導熱係數比鐵型小得多，鑄件冷卻緩慢。
③當k≧1，k2≧1時，砂層厚度過薄，相當於金屬型鑄造。

上述熱交換特性已被實驗證實。當曲軸（CTЦ-14）鐵型覆砂鑄件覆砂層厚度由4～32mm逐漸變化時，曲軸組織中滲碳體量不斷減少，珠光體和鐵素體量繼續增加。覆砂層厚度小於4mm時，鑄件的冷卻強度與金屬型（厚漆）相近；當覆砂層大於32mm時，冷卻強度與普通樹脂砂鑄件相當。

鐵砂鑄件在生產各種鑄件時，是通過實驗或經驗類比來確定砂層的厚度和鐵的厚度來控制鑄件的凝固速度。例如，在設計490Q球墨鑄鐵曲軸鐵模覆砂鑄造工藝中，覆砂層厚度為5-8mm，鐵模壁厚為20-30mm，生產出高質量的如- 沒有冒口的球墨鑄鐵。主要原因是：

①覆砂層有效地調節了鑄件的冷卻速度，一方面使鑄件不易出現白化，另一方面冷卻速度比砂型鑄件大。如圖2所示，當鐵水倒入覆砂鐵模時，930分鐘後鑄件溫度下降到8℃左右，砂模下降到相同溫度需要24分鐘，冷卻速度提高3倍左右。因此，鑄件的力學性能得到顯著改善。
②鐵模沒有讓步，但薄砂塗層可以適當降低模具的抗收縮性；鐵模的剛性有效利用球墨鑄鐵凝固過程中的石墨化膨脹，實現無冒口鑄造；由於砂層薄，型腔不易變形，鑄件的精度比砂型大大提高。

①當k≤1且k2≤1時，砂覆層在正常厚度範圍內，鑄件的冷卻速度隨著砂覆層厚度的減小而增加。
②當覆砂層厚度超過一定厚度時，鐵模對鑄件的冷卻沒有影響。這時就相當於普通砂型鑄造或樹脂砂型鑄造。由於覆砂層的導熱係數比鐵型小得多，鑄件冷卻緩慢。
③當k≧1，k2≧1時，砂層厚度過薄，相當於金屬型鑄造。

①覆砂層有效地調節了鑄件的冷卻速度，一方面使鑄件不易出現白化，另一方面冷卻速度比砂型鑄件大。如圖2所示，當鐵水倒入覆砂鐵模時，930分鐘後鑄件溫度下降到8℃左右，砂模下降到相同溫度需要24分鐘，冷卻速度提高3倍左右。因此，鑄件的力學性能得到顯著改善。
②鐵模沒有讓步，但薄砂塗層可以適當降低模具的抗收縮性；鐵模的剛性有效利用球墨鑄鐵凝固過程中的石墨化膨脹，實現無冒口鑄造；由於砂層薄，型腔不易變形，鑄件的精度比砂型大大提高。

鐵砂塗層鑄件的冷卻速度

影響鐵砂鑄件冷卻速度的因素包括鑄件壁厚、鑄件材料、澆注溫度、砂覆層厚度、砂覆層材料、鐵模厚度、鐵模材料和模溫。這裡只討論鑄件壁厚 (bc)、砂層厚度 (bm) 和鐵皮厚度 (bi) 的影響。

bc、bm和bi對鑄件冷卻的影響

不同鑄件壁厚（分別為10mm、20mm、40mm、80mm）、不同砂層厚度（分別為4mm和32mm）和不同鐵型壁厚（分別為32mm和8mm）在以下實驗條件下的影響鐵類覆砂鑄件的冷卻速度：鑄件化學成分為3.52%C、2.46%Si、0.80%Mn、0.18%P、0.031%S，覆砂層化學成分為：石英砂90%，粘土8%，煤粉2%，水分3%

①鑄件壁厚、覆砂厚度和鐵壁厚影響鑄件的冷卻速度。因此，在實際生產中，應根據不同的鑄件壁厚選擇合適的鐵模厚度和砂層厚度，以獲得所需的冷卻速度。
②不同厚度的鑄件可以通過選擇合適的砂塗層厚度和鐵壁厚度來獲得相同的冷卻速度。例如，在圖3中，I區表示厚度為10mm和20mm，II區表示20mm和40mm，III區表示40mm。與80mm鑄件的冷卻範圍重疊。
③雖然對於不同厚度的鑄件，改變bm和bi可以獲得相同的冷卻速度，但並不是所有厚度的鑄件都能得到相同的冷卻速度。在實驗條件下，10mm厚和40mm厚的鑄件無法獲得完全相同的冷卻速度（曲線之間沒有重疊）。

砂層厚度（bm）和鐵壁厚度（bi）的選擇

Bm和bi一般根據經驗或實驗確定。這是一個圖表方法，適用於10到80mm的鑄件厚度（bc）和600℃的開箱溫度。縱坐標是冷卻時間。右側曲線橫坐標標有砂層厚度，可根據已知鑄件冷卻至600℃所需時間和各種鑄件厚度確定，在要求的鑄件壁厚中(10, 20, 40, 80mm)是已知的，那麼就可以很方便的確定砂層的厚度和鐵模的厚度。從曲線左半部分的水平軸找到對應的bc（例如bc=20mm），並畫一條水平線。

如果兩條線相交在陰影線範圍內，則表明該鑄件適用於鐵砂塗層鑄件。將這條水平線向右延伸，將延伸到bc=20mm的區域，在該區域向下畫一條垂直線，得到所需的砂層厚度。但這條豎線要盡量向右畫，才能得到最小的砂層厚度和鐵模厚度。如果需要確定的覆砂層厚度不在此範圍內，可類似地從相鄰曲線範圍內查找。

①鑄件壁厚、覆砂厚度和鐵壁厚影響鑄件的冷卻速度。因此，在實際生產中，應根據不同的鑄件壁厚選擇合適的鐵模厚度和砂層厚度，以獲得所需的冷卻速度。
②不同厚度的鑄件可以通過選擇合適的砂塗層厚度和鐵壁厚度來獲得相同的冷卻速度。例如，在圖3中，I區表示厚度為10mm和20mm，II區表示20mm和40mm，III區表示40mm。與80mm鑄件的冷卻範圍重疊。
③雖然對於不同厚度的鑄件，改變bm和bi可以獲得相同的冷卻速度，但並不是所有厚度的鑄件都能得到相同的冷卻速度。在實驗條件下，10mm厚和40mm厚的鑄件無法獲得完全相同的冷卻速度（曲線之間沒有重疊）。

轉載請保留本文出處和地址: 覆砂鐵型鑄造方法及應用

明和壓鑄公司致力於製造和提供優質和高性能的鑄件（金屬壓鑄件範圍主要包括薄壁壓鑄,熱室壓鑄,冷室壓鑄),圓形服務（壓鑄服務，數控加工,模具製作，表面處理）。任何定制的鋁壓鑄件、鎂或 Zamak/鋅壓鑄件和其他鑄件要求歡迎與我們聯繫。