二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法
【专利摘要】本发明公开一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，包括：模具制作、浇注系统制作、砂型的制作和浇注成型；模具安装面的反面设计在浇注位置的下部，内浇道口设在模具安装面的反面；浇注过程铁液从直浇道进入下横浇道，然后通过下横浇道进入A型过滤器，铁液在A型过滤器内部进行孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道进入B型过滤器再次净化过滤后的铁液通过内浇道口进入铸型型腔；砂型终强度1.3～1.4MPa，砂芯终强度0.9～1.0MPa；浇注温度1290℃～1310℃，浇注时间85s～100s；得到铸件。本发明具有不易出现石墨畸变、缩孔、缩松、夹砂等铸造缺陷，从而力学性能提高的优点。
【专利说明】二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大型(百吨及以上)铸件铸造【技术领域】，具体涉及一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法。
【背景技术】
[0002]现代注塑机正向大型、精密、稳定可靠和高度自动化方向发展，新技术、新工艺、新材料广泛应用于注塑设备的设计、制造过程中；其中，模板铸件是注塑机的关键机械部件，其重量占整个注塑机重量的70%左右，同时模板铸件是保证模具可靠闭紧和实现模具启闭动作的主要部件，它在工作中的状态很大程度上决定了塑料制件的质量。
[0003]我国虽然是注塑机生产大国，但不是注塑机生产强国，每年还需进口大型、精密的高端注塑机械，尤其是特大型、各种特殊专用精密注塑机械。究其主要原因是由于大型注塑机中作为保证模具可靠锁紧的关键部件一球墨铸铁模板铸件生产技术不过关，在铸造过程中，大型球墨铸铁模板铸件易出现石墨畸变、缩孔、缩松、夹砂等铸造缺陷，从而造成力学性能下降，很大程度上阻碍了注塑机械技术的进步。
[0004]经过几十年的发展，关于厚大断面球墨铸铁模板铸件的生产工艺取得了许多重要进展，但是对于百吨级球墨铸铁模板铸件的生产仍是一个十分棘手的问题，主要是因为:
[0005]1.铸件内腔结构复杂,铸件重量重(101吨左右),烧注所需要的铁液量大(烧注重量120吨左右)，防止大吨位球墨铸铁铁液球化衰退、孕育衰退的技术难度大；同时，球墨铸铁铁液具有较大的氧化倾向，防止氧化夹渣物进入型腔，是大吨位球墨铸铁铁液球化处理、孕育处理和浇注系统设计的行 业性难题。
[0006]2.二板式注塑机省去了合模装置中的尾板，将锁模力直接作用在两块模板铸件上，模板铸件的模具安装面受到压力作用，模具安装面的反面受到拉力作用容易产生开裂而导致整个注塑机停运。模板铸件的大平面是模具安装面，模具安装面要满足表面粗糙度Ral.6um的加工要求和80mm深的T型槽无铸造缺陷要求，造型时模具安装面的反面在下部，模板铸件大平面会在上部，模板铸件大平面质量就不能保证。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术的上述不足，提供一种不易出现石墨畸变、缩孔、缩松、夹砂等铸造缺陷，从而力学性能提高的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，步骤包括:
[0009](I)模具制作:
[0010]模具采用中空框架结构制作工艺，造型工艺采用三开箱造型；
[0011](2)浇注系统制作:
[0012]将模具安装面的反面设计在浇注位置的下部，内浇道设在模具安装面的反面；
[0013]浇注系统包括:直浇道，下横浇道，A型过滤器，B型过滤器，上横浇道，内浇道，内浇道的内径为Φ60 (60mm)的陶瓷弯管；将直浇道与下横浇道的上端面连通，将下横浇道两端通过A型过滤器与上横浇道连通，将上横浇道的下端面通过B型过滤器与多条连通铸件型腔的内浇道连通；
[0014]浇注过程铁液从直浇道进入下横浇道，然后通过下横浇道进入A型过滤器，铁液在A型过滤器内部进行型内孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道进入B型过滤器再次净化过滤后的铁液通过内浇道进入铸型型腔；
[0015]浇注系统采用半开放式(半封闭式浇注系统)，最小截面设置在直浇道，各组元截面积比为F直:F下横:F上横:F内=1:2.2~3.0:1.2~2.5:1.2~2.0 ;
[0016](3)砂型的制作:
[0017]根据铸件的结构，其内部为分割成多个相互连通的大型空腔，形成大型空腔的大型砂芯采用呋喃树脂砂制作，并控制铸型的砂型终强度在1.3~1.4MPa，砂芯的终强度在
0.9 ~1.0MPa ；
[0018](4)浇注成型:
[0019]浇注成型时，铁液的化学成分为如下质量百分比的各组分:硅2.40%~2.60%，碳
3.50 ~3.70 %，锰 0.20 ~0.30%,磷〈0.04%,硫〈0.015%,镁 0.035 ~0.05%,稀土 0.01 ~
0.03%，锑0.005~0.008%，余量为铁；浇注温度为1290°C~1310°C，浇注时间为85s~IOOs ;浇注成型得到铸件。
[0020]作为优选，步骤(2)中各组元截面积比为F直:F下横:F上横:F内=1:2.6:1.6:1.6。
[0021]作为优选，步骤(3)中在砂芯内预置作为支撑用的铸铁芯骨。
[0022]上述浇注成型时，在铁液浇注前包括铁液的球化处理和型外孕育处理过程，采用冲入法进行球化处理，然后孕育处理；球化过程加入球化剂，其加入量为铁液重量的1.1~
1.25% ;球化后要扒干净铁液上表面的浮渣，并覆盖好覆盖剂(覆盖剂只需要铺满铁液表面即可)隔绝铁液与空气接触，防止出现二次氧化及回流现象。
[0023]孕育处理加入孕育剂，分为四次孕育处理(三次型外孕育即三级孕育，一次型内孕育即A型过滤器内部的型内孕育处理)，球化处理时进行第一次孕育处理，加入量为铁液重量的0.1~0.2% ;球化处理结束后进行第二次孕育处理，加入量为铁液重量的0.3~0.5% ；铁液倒入定量包时进行第三次孕育处理，加入量为铁液重量的0.1~0.2%;第四次在A型过滤器内部进行孕育处理，加入量为铁液重量的0.01~0.02% ;总孕育剂的加入量为铁液重量的0.5~0.9%ο
[0024]作为优选，所述的球化剂质量组分为:Re2~4%，Si35~45%，Mg5~8%，其余为Fe及微量杂质元素。
[0025]作为优选，所述的覆盖剂为河南金耐源新材料科技有限公司的JNY-T3调渣剂，成分为:三氧化二铝(Al2O3) 13.15%，二氧化硅(Si02)72.94%，三氧化二铁(Fe2O3) 1.04%，氧化钾(K2O) 3.85%,氧化钠(Na2O) 3.3%,铁(Fe) 5.71%。
[0026]作为优选，所述的四次孕育用的孕育剂，其中第一次孕育剂的成分为:Si72~80%，AKl.5%，S〈0.02%，其余为Fe及微量杂质元素；第二次孕育剂的成分为:Si70~74%，Al ( 1.5%，S≤0.02%, Ca0.5~1.5%，Bal.5~2.5%，其余为Fe及微量杂质元素；第三次、第四次孕育剂成分为:Si65 ~72%, A12.5 ~4.5%, S〈0.02%, Ca0.3 ~1.5%, Rel.5-3.5%,Mn4.5~6.5%，Sb0.3~1.5%，其余为Fe及微量杂质元素。[0027]作为优选，在砂型制作过程，在铸件型腔的相关部位摆放冷铁，具体为在铸件型腔的上部摆放一层冷铁以及在铸件型腔中部各铸件的吊钩位置摆放一块冷铁。
[0028]作为优选，为了便于控制浇注温度，采用4个30吨定量包同时浇注。
[0029]作为优选，球化时，铁液冲入球化包时的流量控制在2~2.5吨/分钟。
[0030]本发明上述的A型过滤器为孔径6~8mm的过滤器；B型过滤器为孔径3~5mm的过滤器；均为铸造行业常规过滤器，市售产品。
[0031]本发明铸件化学成分的控制原因:
[0032]由于大型厚断面球墨铸铁件尺寸大，重量大，壁厚厚，生产时的热容量大，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。同时，由于凝固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。本铸件属大型厚断面球墨铸铁件，牌号QT450-10A，因此，生产时要求严格控制化学成分。
[0033]含碳量的控制:球墨铸铁件的碳含量一般比较高，较高的碳含量可以增加金属的流动性，有利于石墨的析出，实现铸铁件的自补缩，减少收缩缺陷，但过闻易广生石墨漂浮。所以碳含量控制在3.50~3.70 %之间。
[0034]含硅量的控制:硅是一种强化铁素体的元素，由于硅能固溶于Fe中阻碍了铁原子和碳原子之间的化合，同时促进石墨析出，从而有利于获得铁素体组织，但是当Si含量高时，会提高低温脆性转变温度。综合这两个方面的考虑，硅含量控制在2.40~2.60%。
[0035]含锰量的控制:锰可以促进碳化物的形成，在共析转变过程，降低共析转变的温度，起稳定和细化珠光体的作用。溶入奥氏体中的锰有强烈偏析的倾向，引起网状碳化物、黑色网状组织的形成，这些在晶界上形成的物质严重降低低温韧性。碳化物、偏析是影响球铁低温脆性转变温度的主要因素，锰每增加0.1%，脆性转变温度大约提高10~12°C。所以锰含量控制在0.20~0.30%。
[0036]含磷量的控制:球铁中，由于其他成分的影响，磷的溶解度很小，当含磷量超过一定值时，磷将以磷共晶形态析出。由于成分、冷却速度、偏析等原因，球铁中的磷很容易形成磷共晶。由于磷共晶熔点较低，在凝固时富集于共晶团边界处最后凝固，沿晶界析出。严重时形成网状或断续网状，较严重降低球铁的韧性和塑性，降低低温冲击性能，所以磷要尽可能低，其含量低于0.04%。
[0037]含硫量的控制:硫高会造成稀土镁残留量不足而导致球化不良及球化衰退。控制原铁水的硫含量小于0.06%,降低球化剂的加入量。球化处理后含硫量要小于0.01%。
[0038]镁、稀土残留量:铁液中应有一定的镁和稀土元素的残留量才能保证球化。镁在铁液中主要起球化作用。稀土主要是除气、脱硫和中和干扰元素，起到净化铁水的作用。镁和稀土又是强烈形成碳化物的元素。如果残留量过高，会恶化石墨形态，增大铸件白口倾向和夹渣、缩孔、皮下气孔 等铸造缺陷。因此，在保证球化良好的情况下，应尽可能降低镁和稀土的残留量，残留镁量控制在0.035~0.05%，残留稀土量控制在0.01~0.03%。
[0039]添加微量合金元素:研究表明在厚大断面球墨铸铁中，与稀土元素按一定比率加入铋、锑，可有效地改善石墨形态，增加石墨球数，减少或消除厚大断面球墨铸件心部的变异石墨，改善球铁性能。有研究证明，向铁水中加入质量分数为(20X10_6--50X10_6)的Sb，即使W(Si)高达2.5%也不会出现碎块状石墨。同时，锑强烈促使基体中形成珠光体，加入微量锑后，基体中珠光体量大幅增多，强度、硬度明显增加。因此，结合公司的多年生产经验，加入0.005~0.008%锑。
[0040]本发明的优点和有益效果:
[0041]1.本发明通过技术攻关，确定了铸件大平面在上部的铸造工艺，铸件大平面局部采用设置冷铁进行强制冷却，满足了铸件整体的质量要求；采用冲天炉-电炉双联技术和在横浇道部位设置多个大型过滤器的净化铁液技术(其中A型过滤器8个:800mmX 166mmX25mm平板上有480个Φ 8的净化铁液通道，B型过滤器4个:1200_X166_X25mm平板上有3156个Φ4的净化铁液通道)，实现了重量118吨、温度13000C的球墨铸铁铁液90秒充型结束，铸件无损检测(PT)符合三菱企业标准:没有线状缺陷；内浇道设在模具安装面的反面从而达到型腔内铁水平稳上升且温度均衡。
[0042]2.本发明通过技术攻关，形成大型空腔的大型砂芯分体制作，分成砂芯1、砂芯2、砂芯3、砂芯4、砂芯5、砂芯6、砂芯7、砂芯8共8个砂芯，最后再将砂芯1、砂芯2、砂芯3、砂芯4、砂芯5、砂芯6、砂芯7、砂芯8组合成为一个整体，有效解决了重量10.2吨、外形尺寸4000mmX 3600mmX 1195mm的大型砂芯上抬、位移、漂浮甚至断裂的铸造难题。
[0043]3.本发明通过冲天炉、电炉双联熔炼技术，并采用多合金元素合金化、定量包浇注等多种手段，确保铸件基体材质的均一性，利用铸件本体热量+回火的节能热处理工艺改善了铸件的珠光体量，降低铸造应力，实现百吨级大型厚断面球墨铸铁件铸态生产。
[0044]4.本发明大型二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件是先进的大型节能二板式注塑机的关键件，铸件重量重，组织性能要求很高，其铸造过程是集先进材料、先进工艺和数字化制造为一体的技术，该类铸件的铸造关键技术的研发不仅能够解决大型二板式注塑机制造企业迫切需要解决的配件问题，还可以优化注塑机产业结构，具有显著的经济和社会效益。大型二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件采用自硬树脂砂、大吨位球墨铸铁铁液一次成型工艺，主要通过合理选择铸造工艺设计方案和严格控制熔炼过程中的成分来确保铸件的金相组织和力学性能，才能实现大型二板式注塑机百吨级球墨铸铁模板铸件的铸态生产。本铸件的三维立体如图1所示，本铸件基本参数见表1。
[0045]表1:本铸件基本参数
[0046]
【权利要求】
1.一种二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:步骤包括: (1)模具制作: 模具造型工艺采用三开箱造型； (2)浇注系统制作: 将模具安装面的反面设计在浇注位置的下部，内浇道设在模具安装面的反面； 浇注系统包括:直浇道，下横浇道，A型过滤器，B型过滤器，上横浇道，内浇道，内浇道的内径为Φ60的陶瓷弯管；将直浇道与下横浇道的上端面连通，将下横浇道两端通过A型过滤器与上横浇道连通，将上横浇道的下端面通过B型过滤器与多条连通铸件型腔的内浇道连通； 浇注过程铁液从直浇道进入下横浇道，然后通过下横浇道进入A型过滤器，铁液在A型过滤器内部进行型内孕育处理和过滤净化处理，然后通过上横浇道进入B型过滤器再次净化过滤后的铁液通过内浇道进入铸型型腔； 浇注系统采用半开放式，最小截面设置在直浇道，各组元截面积比为Fi:FT?:F±?:F?=1:2.2 ~3.0:1.2 ~2.5:1.2 ~2.0 ; (3)砂型的制作: 根据铸件的结构，其内部为分割成多个相互连通的大型空腔，形成大型空腔的大型砂芯采用呋喃树脂砂制作，并控制砂型的终强度在1.3~1.4MPa，砂芯的强度在0.9~1.0MPa ； (4)浇注成型: 浇注成型时，铁液的化学成分为如下质量百分比的各组分:硅2.40%~2.60%，碳3.50 ~3.70 %，锰 0.20 ~0.30%,磷〈0.04%,硫〈0.015%,镁 0.035 ~0.05%,稀土 0.01 ~.0.03%，锑0.005~0.008%，余量为铁；浇注温度为1290°C~1310°C，浇注时间为85s~IOOs ;浇注成型得到铸件。
2.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:步骤(2)中各组元截面积比为F直:F下横:F上横:Frt=l:2.6:1.6:1.5。
3.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:步骤(3)中在砂芯内预置作为支撑用的铸铁芯骨。
4.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:所述的浇注成型时，在铁液浇注前还包括铁液的球化处理和型外孕育处理过程；球化剂的加入量为铁液重量的1.1-1.25% ;型外孕育分为三级孕育。
5.根据权利要求4所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:所述的三级孕育为球化处理时进行第一次孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.1~0.2% ;球化处理结束后进行第二次孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.3~0.5% ;铁液倒入定量包时进行第三次孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的.0.1 ~0.2% ；
6.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:所述的A型过滤器内部的型内孕育处理，孕育剂的加入量为铁液总重量的0.01~.0.02%。
7.根据权利要求4所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:球化时，铁液冲入球化包时的流量控制在2-2.5吨/分钟。
8.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:所述的球化剂重量组分为:Re2~4%，Si35~45%，Mg5~8%，其余为Fe及微量杂质元素。
9.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:所述的覆盖剂成分为三氧化二铝13.15%，二氧化硅72.94%，三氧化二铁1.04%，氧化钾3.85%，氧化钠3.3%，铁5.71%。
10.根据权利要求1所述的二板式注塑机用百吨级球墨铸铁模板铸件的铸造方法，其特征在于:砂型制作过程，在铸件型腔的上部摆放一层冷铁以及在铸件型腔中部各吊钩处摆放一块冷铁。
【文档编号】B22D3/00GK103882286SQ201410121407
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】宋贤发, 傅明康, 郑燕华, 马超 申请人:日月重工股份有限公司