专利名称：铸铁件水冷铜金属型铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造方法，特别是涉及一种采用水冷却铜金属型的铸铁件铸造方法。
背景技术：
目前我国铸铁件生产主要是采用砂型铸造技术。砂型铸造产生粉尘、废砂、废气等，操作人员在恶劣的环境中工作，不仅劳动强度大，噪声大，而且影响工人的身体健康，特别是采用砂型铸造技术生产的铸铁件质量较差，机械加工量大，材料利用率低，能源消耗量大，生产效率低。金属型铸造技术是一种先进的清洁、精密成形技术。近年来在欧、美、日等国已开始在汽车、家电、机械等行业采用。我国对金属型铸造技术缺乏系统研究，目前还处在采用铁基金属型，人工操作，生产小型简单铸件阶段。铁钢金属型，在使用中因其巨大的温度梯度产生很大的热应力，从而影响铸件质量，同时，大大缩短了金属型的使用寿命，应用受到限制。
发明内容本发明的目的，是提供一种采用水冷铜合金型的铸铁件铸造方法，可大幅度提高铸件产品质量和生产效率，节约能源，并减少对环境的污染。
我们沈阳铸造研究所，在国内率先研究开发采用铜或铜合金型进行铸铁件生产的单位，并取得了有价值的科研成果，几年来我们进一步优选工艺参数，使采用铜或铜合金型的铸件铸造技术更适于生产实际，并产生更加显著的技术效果。
采用的技术方案是铸铁件水冷铜金属型铸造方法，包括铁液熔炼及处理工部、金属型铸造工部和铸件后处理工部。
铁液熔炼及处理工部，包括熔炼铁液、保温、定量出铁、球化处理和孕育处理。如将原料(包括生铁、废钢、铁合金、回炉料)，放入一台熔炼炉内，完成铁液化学成份调配及熔化。熔化速度采用0.5T/50-80min(以0.5T中频熔炼炉为例)，出炉温度1450-1580℃。出炉的铁液进入一台气压保温定量浇注炉，对铁液实施提温、保温和化学成分监控。气压保温定量浇注炉，包括三个部分a、工频感应加热部分由工频电源控制系统、有芯感应器和炉体等部分构成。通过控制电流和电压，实现铁液提温和保温功能；b、气压出铁部分由计算机气压控制系统、气压系统和气动执行机构构成。计算机通过出铁槽内的铁液液位控制装置和保温浇注炉内的气压测控装置，控制保温浇注炉内的气压，实现保温浇注炉内自动加压向出铁槽输送铁液，保持出铁槽内铁液液面高度恒定。
c、自动定量出铁部分由计算机控制自动定量控制系统和气动拔塞机构构成。实现铁液自动定量出铁。
提温速度100℃/h，保温及出铁温度≤1500℃。铁液定量精度≤±2.5％。球化处理和孕育处理是在小浇包内进行。球化剂和孕育剂加入方法可采用容积法。球化剂先进入浇包，再加入孕育剂，孕育剂覆盖在球化剂上，以保证球化效果。定量范围0-650g，定量精度球化剂≤±3％、孕育剂≤±8％。
出炉铁液可直接注入小浇包内进行球化和孕育处理。
金属型铸造工部，包括金属型准备及控制、铁液浇注、铸件形成及取出。使用的设备包括单工位金属型铸造机、中心控制系统、金属型涂料喷涂机、热处理炉、液压切边机、滚筒式抛丸清理机和超声波球化测定仪。铸造成形采用水冷铜或铜合金型。这是本发明的技术要点。在铸造机采用铜或铜合金型完成铸铁件的铸造过程中，我们经过深入研究，开发实验，优选其适于规模化生产的技术参数。
中心控制系统采用OMRONC60P-COR-AE型可编程控制器(CPU)。按工艺要求编制程序，接收铜合金型温度传感器、铁液重量传感器和金属型铸造机传输过来的数据，按预定程序进行数据处理并控制相关执行机构动作。实现合型、铁液浇注、开型操作及铸件顶出。开、合型动力由液压站提供，通过调整液压油工作压力和流量，改变铜合金型的锁型力、铸件顶出力和开、合型速度。锁型力0-40000kg，合型速度0-200mm/s、开型速度0-250mm/s，铸件顶出0-250mm/s。
金属型材料选用紫铜或铜合金制作铁铸件铸造用金属型。该紫铜或铜合金型由定型和动型组合构成，在定型和动型体内开设有多条冷却水通道，以便对紫铜或铜合金型进行快速水冷。铜合金包括铜铬合金(Cu-Cr)、铜铬锆合金(Cu-Cr-Zr)、铜铬锆铝合金(Cu-Cr-Zr-Al)及铜镍硅合金(Cu-Ni-Si)。铜金属型采用底注、开放式浇注、浇道比(F直∶F横∶F内)取1.0∶1.3-1.9∶1.65-3.0。
在浇注前要用金属型涂料喷涂机，对紫铜或铜合金型表面喷涂，形成均匀、牢固的涂料层。其中型腔只喷工作涂料。安放泡沫陶瓷过滤器后合型等待浇注。该金属型温度通过水冷控制在100-280℃，在生产球墨铸铁件时，每包(次)处理铁液5-40kg，球化剂主要成分3.0-8.0％Mg，1.0-5.0％RE，球化剂加入量0.9-2.2％，孕育剂可选用硅铁(SiFe)、钡硅铁等，加入量为0.41-1.6％。铜金属型生产灰铸铁件时，每包(次)处理铁液量5-40kg，孕育剂可选用硅铁(SiFe)、钡硅铁等，加入量为0.41-1.6％。将已经加入球化剂和孕育剂处理后的合格铁液经小浇包浇注到铜或铜合金属型内，浇注温度控制在1340-1450℃，浇注时间为4-30S。
铸件的后处理工部，包括铸件热处理、精整和在线无损检测。铸件在900-1020℃离型，清除浇冒口后，可在800-980℃进入热处理炉，利用铸件余热进行热处理。保温15-60分钟，出炉空冷。铸件由传送机构输送。切除铸件飞边、毛刺、消除铸件表面氧化皮。最后通过超声波球化率测定仪，快速测定铸件的球化率、球化等级和铸造缺陷，实现铸造质量的实时在线检测。
本发明具有如下优点1、铸件力学性能，内在质量均较砂型铸造件有明显提高，而且质量稳定；实现了近净形铸造，铸件尺寸精度达到CT4-5级，较砂型铸造件提高了5-6级；表面粗糙度达Ra6.3，较砂型铸造件提高了3级，而且非常稳定。
2、工艺流程设计正确、工艺布置合理。
3、生产工艺、技术及主要设备配套性好，实用性强。
4、实现了清洁生产，绿色铸造，由于不用型砂，没有废砂、粉尘、废气等，工业废弃物较砂型铸造生产线减少约80％。高质量、近净形的铸件几乎不用打磨，工业噪音大幅度减少。真正实现了清洁生产、绿色铸造。
5、生产效率高，占地面积小，机械化生产，不但生产效率高，而且，彻底消除了砂库、混砂机及砂处理设备，也不再需要大面积的造型作业区和铸件清理区，辅助生产面积大幅度减小。仅一台单工位金属型铸造机，单班生产，年产铸件即可达到15-30万件。
图1是紫铜或铜合金型的一种实施例的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图2的A-A视图。
图4是铸铁件铜金属型铸造工艺中熔化铁液、保温、球化及孕育处理、浇注过程示意图。
附图符号说明1为温控热电偶，2为冷却水通道，3为螺栓，4为垫圈，5为浇口杯，6为螺栓，7为复位杆，8为推杆，9为推板，10为推杆板，11为动型，12为定型，13为定位导柱套，14为导柱，15为动型支架，16为螺栓，17为垫圈，18为螺母，19为螺栓，20为铁液浇注通道，21为泡沫陶瓷过滤器。
具体实施方式
实施例一铸铁件水冷铜金属型铸造方法，包括熔化铁液及处理工部、金属型铸造工部和铸件后处理工部。所使用的设备包括一台0.5T中频熔化炉、一台0.5T气压保温定量浇注炉、一台单工位金属型铸造机、一套中心控制系统、一台金属型涂料机、一台热处理炉、一台液压切边机、一台滚筒式抛丸清理机和一套超声波球化率测定仪。
铁液熔化采用KGPS-500型中频感应炉，采用中性整体炉衬。熔化速度0.5T/50-80min，出炉温度1450-1580℃，出炉铁液进入一台PPF1-100型气压保温定量浇注炉内，对进入炉内的铁液实施提温、保温和定量出铁，将6kg铁液注入小浇包或将出炉铁液直接注入小浇包。在小浇包内加入球化剂，球化剂主要成份为3.0-8.0％Mg，1.0-5.0％/RE，球化剂加入量为0.9％。然后加入孕育剂，孕育剂采用SiFe或钡硅铁，加入量为0.5％。经过球化和孕育处理的铁液注入JZ4X6型金属型铸造机的水冷铜金属型内。水冷铜金属型及其使用为本发明的技术要点。
参见图1、2和3。铜金属型，包括定型12和动型11。定型12和动型11由紫铜材料制成。在定型12和动型11内开设有冷却水通道2。在铁液浇注通道20下部装设有泡沫陶瓷过滤器21。浇道比(F直∶F横∶F内)取1.0∶1.3∶1.7。在动型11底部固设有导柱14，在定型底部设有定位导柱套13，导柱14插入定位导柱套13内，实现准确定位。在向金属型中浇注铁液前，采用空气喷涂法对型腔表面喷涂涂料层，设备采用PT-IV涂料喷涂机。在金属铜型上(定型或动型)装设有金属型温控热电偶1。该紫铜型安装在JZ4X6型金属型铸造机上。经过球化和孕育处理的铁液浇注于紫铜型的型腔内。浇注铁液时，铁液经铁液浇注通道20，并经泡沫陶瓷过滤器21过滤后，分别进入各个型腔。在浇注过程中紫铜金属型的冷却水通道2通过冷却水冷却，并通过金属型温控热电偶测温，由CPU控制系统控制冷却水流量，使紫铜金属型温度控制在171℃。紫铜型锁定力为7500kg。
铸件在950-1020℃，清除冒口后，进入热处理炉，选用SJKL-180-9型连续热处理炉。铸件在880-950℃入炉，在920±10℃保温15-20分钟，出炉空冷。铸件由步进式传送机构输送，选用SY-100型液压切边机切除铸件飞边、毛刺。再用Φ3110型抛丸清理机消除铸件表面的气化皮。最后选用ND·TESTER2型超声波球化率测定仪，快速测定铸件球化率、球化等级和铸造缺陷。
实施例二实施例二与实施例一基本相同，其不同之处主要是水冷金属型采用铜铬合金(Cu-Cr)或铜铬锆铝合金(Cu-Cr-Zr-Al)，浇道比为(F直∶F横∶F内)取1.0∶1.7∶2.3。铜铬合金或铜铬锆铝金属型使用时温度控制在215℃。球化剂加入量为1.3％，孕育剂加入量为0.8％。
实施例三实施例三与实施例一基本相同，其不同之处主要有水冷金属型选用铜镍硅合金(Cu-Cr-Zr)，浇道比为(F直∶F横∶F内)取1.0∶1.7∶2.6。使用时温度控制在260℃。球化剂加入量为1.8％，孕育剂加入量为1.2％。
权利要求
1.铸铁件水冷铜金属型铸造方法，包括铁液熔炼及处理工部、金属型铸造工部和铸件后处理工部；铁液熔炼及处理工部，包括熔炼铁液、定量出铁、球化处理和孕育处理；金属型铸造工部，包括金属型准备及控制、铁液浇注、铸件形成及取出；铸件形成及取出采用单工位金属型铸造机，其特征在于A、所述的铁液球化处理和孕育处理是球化剂主要成分为3.0-8.0％Mg、1.0-5.0％RE，球化剂加入量为铁液重量的0.9-2.2％，孕育剂包括硅铁、钡硅铁，加入量为铁液重量的0.41-1.6％；B、金属型为紫铜型或铜合金型；铜合金型可为铜铬合金或铜铬锆合金、铜铬锆铝合金型、铜镍硅合金型，浇注比为F直∶F横∶F内为1.0∶1.3-1.9∶1.65-3.0；上述铜或铜合金型的动型(11)、定型(12)上分别开设有多个冷却水通道(2)，动型(11)与定型(12)在合型时通过互相配合的导柱(14)和定位导柱套(13)定位；在向上述铜或铜合金型内浇注经球化和孕育处理后的铁液时，金属型体通过水冷温度控制在100-280℃。
2.根据权利要求1所述的铸铁件水冷铜金属型铸造方法，其特征在于所述的球化剂加入量为0.9％，孕育剂加入量为0.5％；紫铜型的浇道比F直∶F横∶F内为1.0∶1.3∶1.7；紫铜型温度控制在171℃。
3.根据权利要求1所述的铸铁件水冷铜金属型铸造方法，其特征在于所述的球化剂加入量为1.3％，孕育剂加入量为0.8％；铜铬合金型或铜铬锆铝合金型的浇道比F直∶F横∶F内为1.0∶1.7∶2.3；水冷金属型温度控制在215℃。
4.根据权利要求1所述的铸铁件水冷铜金属型铸造方法，其特征在于所述的球化剂加入量为1.8％，孕育剂加入量为1.2％；铜镍硅合金型的浇道比F直∶F横∶F内为1.0∶1.7∶2.6；使用时水冷金属型温度控制在260℃。
全文摘要
铸铁件水冷铜金属型铸造方法，包括铁液熔炼及处理工部、金属型铸造工部和铸件后处理工部。其技术要点是金属型为带冷却水通道的紫铜型或铜合金型。浇道比为1.0∶1.3－1.9∶1.65－3.0；使用时型体温度控制在100－280℃。铁液熔炼及处理工部中的球化剂主要成分是3.0－8.0％Mg、1.0－5.0％RE，加入量为铁液重量的0.9－2.2％，孕育剂包括硅铁、钡硅铁，加入量为铁液重量的0.41－1.6％。本发明铸件力学性能好，质量稳定；工艺流程设计正确、工艺布置合理。生产工艺、技术及主要设备配套性好，实用性强。真正实现了清洁铸造。生产效率高，占地面积小，机械化生产，不但生产效率高，仅一台单工位金属型铸造机，单班生产，年产铸件即可达到15－30万件。
文档编号C22C33/04GK1608770SQ20041005046
公开日2005年4月27日 申请日期2004年9月20日 优先权日2004年9月20日
发明者齐笑冰, 刘子安, 唐骥, 孙逊 申请人:沈阳铸造研究所