本发明涉及一种静压造型铸造成型工艺生产高锰钢履带板的方法。
背景技术：
目前国内外采用静压造型生产方式生产铸铁件比较成熟，但生产铸钢没有成熟的工艺，且工艺可靠性极差，高锰钢履带板作为一种高碳、高合金材质、结构复杂和高速重载工况的产品，其铸造成型工艺主要有酚醛树脂砂壳型(芯)铸造和熔模铸造，以及震击式造型、气冲造型和抛砂造型方式。其基本流程是将制备好的砂型、壳型(芯)和型壳，浇注高锰钢金属液成型为高锰钢履带板。酚醛树脂砂壳型(芯)铸造具有铸件尺寸精度高和表面质量好的优势，但酚醛树脂砂壳型(芯)表面要涂敷铸造涂料，壳型(芯)热固化能耗高，且酚醛树脂粘结剂在热固化时气味大，铸件浇注时苯酚、甲醛扩散，造成环境污染的等问题，且存在生产效率低、生产成本高问题；熔模铸造成型工艺虽然也具有同壳型(芯)铸造成型方法铸件尺寸精度高和表面质量好优点，适合于碳钢和其它合金钢铸件的生产，但对铸造收缩率较大冶金特性的高锰钢材质来说，由于熔模铸造型壳材料的线收缩小的特性，使型壳退让性变差，阻碍了铸件的自由收缩，导致铸件容易产生裂纹。而铸件的收缩对型壳产生一定的应力，增加了型壳的变形、裂纹和铸件跑火及铸件尺寸超差问题。加之高锰钢履带板板类结构的铸造工艺性差，裂纹和型壳变形、裂纹，以及铸件跑火及尺寸超差问题更加严重。同时由于型壳比砂型散热条件差、冷却速度小，高锰钢金属液结晶时容易形成柱状晶粒，降低了高锰钢履带板力学性能；并且也同样存在着生产效率低、生产成本高和工业化生产难度大问题；湿型粘土砂震击式造型砂型铸造成型工艺具有生产效率较高、劳动强度较小、成本低的优点，但其压实比压小，砂型的硬度低且硬度不均，砂型的表面质量差，在浇注金属液时，型壁发生位移，造成砂型涨箱和铸件尺寸涨大，以及产生重量和尺寸超差问题，且铸件的内部组织不致密，尺寸精度低、表面质量差；湿型粘土砂气冲造型砂型铸造成型工艺，虽然属于高压造型成型的范畴，也具有成本低、生产效率高、劳动强度小的优点，但存在生产噪音大、生产环境差；同时由于砂型缺少压实环节，远离模型的砂型硬度低、造成砂型的废型率高，砂型硬度分布也不均匀。湿型粘土砂抛砂造型砂型铸造成型工艺也属于高压造型成型的范畴，也具有成本低的优点，但生产效率低、生产环境差、劳动强度大、砂型废型率高，砂型硬度分布也不均匀。
技术实现要素：
本发明解决了目前湿型粘土砂震击式造型砂型铸造成型方式压实比压小、砂型的硬度低、硬度不均，砂型的表面质量差，在浇注高锰钢金属液时型壁产生位移，造成砂型涨箱和铸件尺寸涨大、产生重量和尺寸超差、铸件的内部组织不致密，尺寸精度低、表面质量差；湿型粘土砂抛砂造型砂型铸造成型方式生产效率低、生产环境差、劳动强度大、废型率高，且砂型硬度分布不均匀以及湿型粘土砂气冲造型砂型铸造成型方式砂型废型率高的问题。
本发明是由以下技术方案实现的：
一种静压造型铸造成型工艺生产高锰钢履带板的方法，包括以下步骤：
原材料秤量——高密度湿型粘土砂制备——松砂——型砂性能检测——模型准备——气渗工艺疏导型砂充填砂箱——多触头补压——砂型成型——起模——扎气眼——下芯——合箱——浇注；
其中，高密度湿型粘土砂各组分的主要技术要求：
制备的原材料为新砂、回用旧砂、膨润土、型砂粘结剂；
a)新砂：石英砂，粒度为40/100目，粒型为圆形或椭圆；
b)膨润土：人工钠化膨润土，粒度过200目≥90％，湿压强度≥120kPa；
c)回收旧砂：无铸件气眼针的金属杂物以及大块砂、废芯子，含水量控制在1％～2％的范围，温度不超过45℃，含泥量不超过10％；
d)型砂粘结剂：JL-02F1型砂粘结剂
主要成分为高分子胶质组份、多糖组份、有机纤维质、热敏性组份粉状混合物复合材料，密度＜0.85g/cm3，pH值8；
e)工业水：pH值＜6；
高密度湿型粘土砂制备工艺及工艺性能要求：
a)高密度湿型粘土砂原材料加料顺序及工艺配方
回用旧砂93％～97％+新砂3％～7％+膨润土0.3％～0.6％+型砂粘结剂0.25％～0.6％+适量工业水；
b)高密度湿型粘土砂混砂时间
干混：10s～20s，湿混：90s～150s；
c)高密度湿型粘土砂的工艺性能要求
紧实率：42±4％；透气率：150～300；水分：2.5％～3.4％；湿压强度：70kPa～130kPa；含泥量：7.0％～10.0％；有效膨润土：5.0％～7.0％；灼烧减量：≤4.5％。
对于铸件内部组织要求高时，下芯时放置过滤网和/或冷铁。
本发明发挥了静压造型砂型铸造成型方式生产效率高、压实时间短、噪音小、砂型硬度均匀、铸件拔模斜度小，以及湿型粘土砂成本低、原材料来源广、旧砂回用率高、环境污染小的优势；同时也具备了壳型(芯)铸造和熔模铸造铸件尺寸精度高、表面质量好的优点；集中了气冲造型和高压多触头造型砂型铸造的优点，克服了两者的不足，既有气冲造型的预紧实效果，又有高压多触头的补充压实作用，从而达到砂型硬度内外一致的效果。
具体实施方式
本发明是一种静压造型铸造成型工艺生产高锰钢履带板的方法，包括以下步骤：
原材料秤量——高密度湿型粘土砂制备——松砂——型砂性能检测——模型准备——气渗工艺疏导型砂充填砂箱——多触头补压——砂型成型——起模——扎气眼——下芯——合箱——浇注；
其中，高密度湿型粘土砂各组分的主要技术要求：
本发明的湿型粘土砂为高密度湿型粘土砂(单一砂)，制备的原材料为新砂(原砂)、回用旧砂、膨润土、型砂粘结剂等。
(a)新砂(原砂)：石英砂，粒度为40/100目，粒型为圆形或椭圆；
(b)膨润土：人工钠化膨润土，粒度(过200目)≥90％，湿压强度≥120kPa；
(c)回收旧砂：无铸件气眼针等金属杂物以及大块砂、废芯子，含水量一般控制在1％～2％的范围，温度不超过45℃，含泥量不超过10％；
(d)型砂粘结剂：JL-02F1型砂粘结剂
主要成分为高分子胶质组份、多糖组份、有机纤维质、热敏性组份粉状混合物复合材料，密度(g/cm3)＜0.85，pH值8；
(e)工业水：水是润湿膨润土的载体，钠化膨润土对水的pH值有一定的要求，pH值＜6。
3)高密度湿型粘土砂(单一砂)制备工艺及工艺性能要求
(a)高密度湿型粘土砂(单一砂)原材料加料顺序及工艺配方
回用旧砂(93％～97％)+新砂(3％～7％)+膨润土(0.3％～0.6％)+型砂粘结剂(0.25％～0.6％)+工业水(适量)。
(b)高密度湿型粘土砂混砂时间
干混：10s～20s，湿混：90s～150s。
(c)高密度湿型粘土砂(单一砂)的工艺性能要求
紧实率：(42±4)％；透气率：150～300；水分：2.5％～3.4％；湿压强度：70kPa～130kPa；含泥量：7.0％～10.0％；有效膨润土：5.0％～7.0％；灼烧减量：≤4.5％。
实施例：
1、技术方案
技术路线；
1)原材料秤量——混砂(型砂制备)——松砂(调匀)——型砂性能检测——模型准备——气渗工艺疏导型砂充填(冲入)砂箱——多触头补压——砂型成型(上、下箱)——起模——扎气眼——下芯(放置过滤网、冷铁)——合箱——浇注。
2)高密度湿型粘土砂(单一砂)各组分的主要技术要求：
本发明的湿型粘土砂为高密度湿型粘土砂(单一砂)，制备的原材料为新砂(原砂)、回用旧砂、膨润土、型砂粘结剂等。
(a)新砂(原砂)：石英砂，粒度为40/100目，粒型为圆形或椭圆；
(b)膨润土：人工钠化膨润土，粒度(过200目)≥90％，湿压强度≥120kPa；
(c)回收旧砂：无铸件气眼针等金属杂物以及大块砂、废芯子，含水量一般控制在1％～2％的范围，温度不超过45℃，含泥量不超过10％；
(d)型砂粘结剂：JL-02F1型砂粘结剂
主要成分为高分子胶质组份、多糖组份、有机纤维质、热敏性组份粉状混合物复合材料，密度(g/cm3)＜0.85，pH值8；
(e)工业水：水是润湿膨润土的载体，钠化膨润土对水的pH值有一定的要求，pH值＜6。
3)高密度湿型粘土砂(单一砂)制备工艺及工艺性能要求
(a)高密度湿型粘土砂(单一砂)原材料加料顺序及工艺配方
回用旧砂(93％～97％)+新砂(3％～7％)+膨润土(0.3％～0.6％)+型砂粘结剂(0.25％～0.6％)+工业水(适量)。
(b)高密度湿型粘土砂混砂时间
干混：10s～20s，湿混：90s～150s。
(c)高密度湿型粘土砂(单一砂)的工艺性能要求
紧实率：(42±4)％；透气率：150～300；水分：2.5％～3.4％；湿压强度：70kPa～130kPa；含泥量：7.0％～10.0％；有效膨润土：5.0％～7.0％；灼烧减量：≤4.5％。
按上述制备工艺将制备好的型砂——高密度湿型粘土砂(单一砂)通过皮带输送到静压造型机上方的储砂斗备用，可使用时间一般情况不超过1h。预先将高锰钢履带板模型体装配到型板框内组成完整的上、下模型，安装在静压造型机旋转工作台上。开启静压造型机，湿型粘土砂通过气渗工艺即空气气流路径疏导将其导(冲)入四周密闭砂箱内，充填覆盖铸件模型。砂粒随气流的压力被导(冲)入砂箱，气流顺着模板排气塞排出，实现了砂型的气流预紧实效果，湿型粘土砂(单一砂)添砂量一般控制在高出砂箱20mm～50mm的高度，感应多触头按照工艺所设定的砂型压实比压(硬度)对砂型的背面进行压实，当某一感应触头压实砂型达到所设定的压实比压(硬度)后自动停止压实并升起，未达到所设定的砂型压实比压(硬度)的感应触头继续施压，直至达到所设定的砂型压实比压(硬度)停止。最终使砂型各单元(部位)达到相同的压实比压(硬度)，实现了砂型各单元(部位)均匀一致压实比压(硬度)效果，砂型(上、下箱)起模后，输送到下芯工位扎气眼、下芯(放置过滤网、冷铁)、合箱，砂型合箱后待浇时间一般允许不超过4h，砂型合箱后浇注高锰钢金属液，成型为高锰钢履带板铸件。
一般情况下，感应多触头补压砂型的压实比压(硬度)设定80GF～120GF，生产的高锰钢履带板铸件的尺寸精度为CT6～CT8级；铸件表面粗糙度为Ra12.5～Ra25μm；铸件合格率在95％以上。
本发明解决了：壳型(芯)铸造壳型(芯)表面涂敷铸造涂料工序多，壳型(芯)酚醛树脂粘结剂在热固化时气味大、能耗高，铸件浇注时的苯酚、甲醛扩散，环境污染大，生产效率低、生产成本高问题；熔模铸造适合于碳钢和其它合金钢非板(杆)类铸件的生产，不适合铸造收缩率较大冶金特性的高锰钢材质，在凝固过程中产生较大的收缩，由于制壳材料的线收缩较小和型壳退让性差的限制，阻碍了铸件的自由收缩，造成型壳变形、裂纹和铸件跑火，使铸件产生裂纹和尺寸超差问题，加之高锰钢履带板板状类结构的铸造工艺性差，铸件产生裂纹和型壳变形、裂纹，以及铸件跑火及尺寸超差更加严重问题：同时由于型壳的散热条件差、冷却速度小，高锰钢履带板容易产生柱状晶粒，降低力学性能；并且也同样也存在生产效率低、生产成本高，工业化生产难度大问题。
同时，本发明克服了湿型粘土砂震击式造型砂型铸造压实比压小，砂型硬度低且硬度不均，砂型表面质量差，在浇注高锰钢金属液时型壁产生位移，造成砂型涨箱和铸件尺寸涨大、产生重量和尺寸超差，铸件的内部组织不致密，尺寸精度低、表面质量差问题；也克服了湿型粘土砂抛砂造型砂型铸造成型方式生产效率低、生产环境差、劳动强度大、废型率高，且砂型硬度分布不均匀问题；同时解决了湿型粘土砂气冲造型砂型铸造成型方式砂型废型率高问题。
本发明铸件生产效率比壳型(芯)铸造和熔模铸造提高6～10倍；生产成本比壳型(芯)铸造和熔模铸造降低3～5倍；并降低了劳动强度，提高了生产效率。