一种覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺的制作方法

本发明属于铸造领域，尤其涉及一种覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺。

背景技术：

铸造工艺就是应用铸造有关理论和系统知识生产铸件的技术和方法。包括造型材料制备、造型、制芯、金属熔炼、浇注和凝固控制等。铸件的性能决定于它的内部组织，铸件的组织是由铸造工艺决定的，通过对铸件凝固过程的控制获得既定的组织是生产铸件的关键环节。对一定化学成分和结构形状的铸件来说，铸型的冷却能力是进行凝固控制获得既定组织的关键因素。不同的铸型材料具有不同的导热能力，导致铸件不同的冷却速度从而得到不同的铸件组织。从导热能力来说，干砂型＜湿砂型＜金属型。对于干砂型来说往往由于其冷却速度慢而晶粒粗大，性能降低；而金属型具有高的导热性和蓄热性，加速了铸件的冷却，能细化晶粒提高力学性能，但冷却速度过快时薄壁处容易造成白口等组织缺陷；对于湿砂型，浇注后铸型表面水分迅速蒸发和迁移，铸件表层冷却速度极快而易形成过冷组织，随着型温迅速上升铸件冷却速度减慢直至达到热平衡，之后随型逐渐冷却，因而铸件的内外组织是不均匀的。以上造型方法，对于要求本体取样的产品往往因组织存在缺陷或组织不均匀而力学性能达不到要求。目前新兴了一种铁型覆砂铸造工艺，该铸型导热能力比干砂型大比金属型小，是一种比较理想的导热砂型，其退让性小可以避免和减少缩松。但铁型覆砂透气性不好、只能一模一型、投资大、占地面积大、返利周期长、成本高，不适于批量小、品种多、改型快的产品，适用范围较窄。

技术实现要素：

本发明针对上述的问题，提出一种覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，提供一种覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺，旨在造型和凝固控制方面作出创新，其特征在于：所述造型工艺采用两种材料复合造型，包括面砂和背砂，所述面砂和背砂为两种不同导热系数的材料。

作为优选，所述面砂为覆膜砂，所述背砂为钢砂，采用钢质砂箱，在面砂与砂箱之间用钢砂填实定型。

作为优选，所述覆膜砂为壳型，壳型厚度为6～30mm；所述钢砂粒度1～2.5mm，形状系数小于0.8的不多于20％，纯净度90％以上；钢砂厚度是铸件壁厚的1倍以上。

作为面砂的覆膜砂型，是一种干砂型，导热系数较低，表层凝固过冷度较小，避免了湿砂型铸件表层过冷度大导致的组织不良(如铸铁件的D型或E型石墨、激冷铁素体等)；作为背砂的钢砂，导热系数较大，及时吸收和传递了覆膜砂型的热量、降低了覆膜砂型温，加快了铸件的冷却速度，缩短了铸件凝固过程。该工艺特征使铸件组织均匀化、晶粒细化，提高了铸件的力学性能。还可以通过覆膜砂及钢砂厚度的设计调整铸件的冷却速度：考虑到钢砂的冷铁作用，覆膜砂壳型厚度(形成铸件表面的区域)设计为6～30mm；钢砂厚度设计为铸件模数的2倍以上。另外，考虑到钢砂的流动性和实用性，钢砂粒度设计为1～2.5mm，形状系数小于0.8的不多于20％，纯净度90％以上；考虑到铸型刚度，采用钢质砂箱，钢砂及钢质砂箱可以固定砂型、防止型壁迁移、减少缩松缺陷。

与以上所述传统铸造方法相比，通过对铸件冷却环境的改善，获得了组织相对均匀的铸件；与铁型覆砂相比：铸型透气性好、不需一模一型、模具可连续重复使用、钢砂可循环利用、成本低，适用于大多数中、小型铸造企业。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明铸件组织均匀化，该工艺改善了铸件随型冷却速度的不均匀程度，使铸件组织均匀化、晶粒细化，提高了铸件的力学性能。

2、铸件尺寸精度好，覆膜砂型强度高、轮廓清晰，表面粗糙度达Ra6.3～12.5μm，尺寸精度达CT7～CT9级。

3、砂眼缺陷率低，与粘土湿砂型相比，铸型内表面全为覆膜砂型，表面强度高，砂眼缺陷率低。

4、减少气阻类缺陷，与金属型、铁型覆砂工艺相比，具有良好的透气性，减少了排气不良引起的气阻类铸件缺陷，如浇不足、冷隔、侵入性气孔等。

5、减少缩松缺陷，一方面，与粘土湿砂型相比：砂型强度高、刚性大、退让性小，能有效抵抗球铁件石墨析出膨胀导致的表面胀砂，减少内部缩松缺陷；另一方面，作为背砂的钢砂实质是一种随形布置的间接冷铁，可利用其助冷作用减少收缩缺陷。

6、生产成本低，该工艺生产的铸件成品率95％以上，与铁型覆砂工艺相比，产品效果近似但成本较低。

7、适用性好，一方面，钢砂作为一种随形布置的间接冷铁，适用于各种复杂形状表面的助冷；另一方面，其操作简便灵活，适用于大多数中、小型铸造企业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的覆膜砂壳型覆钢砂凝固造型示意图；

图2为实施例1提供的覆膜砂壳型覆钢砂凝固铸型示意图；

图3为实施例1提供的覆膜砂壳型覆钢砂凝固砂箱示意图；

图4为实施例1提供的覆膜砂壳型覆钢砂凝固铸型与砂箱配合示意图；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

发明人以一种轴承调节器铸件的生产方法为例，具体说明采用覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺的有益效果。

铸件的材质为D5506，本体取样的抗拉强度Rm≥550MPa，延伸率A≥6％；硬度217-255HB。与SAE J434标准材质D5506(Rm≥552MPa，A≥6％；硬度187-255HB)相比：最低硬度提高了约16％，根据球墨铸铁的硬度和抗拉强度的关系结合发明人生产经验，经研究该铸件需满足下列要求：本体Rm≥650MPa，A≥6％。由于硬度范围从68HB缩小为38HB，所以对铸件的冷却过程需进行有效和稳定地控制。由于本体取样受铸件结构的影响而非均质程度大，致密度不及标准试块好，在同样材质的条件下试验不合格率高，所以本例的铸件生产有一定难度。类似铸件(相同材质、相似形状)在DISA线的生产经验表明，满足强度、硬度要求的前提下，延伸率大约在4％～6％之间。表1为类似产品在DISA线的生产结果：

表1类似铸件试验结果

生产结果表明：在保证硬度合格是情况下，抗拉强度偏高、延伸率偏低。DISA线工艺不能完全满足产品的技术要求。

为此，发明人采取覆膜砂壳型覆钢砂凝固的铸造工艺进行铸造。首先根据铸件形状，研究分型、制型方案，为了使用钢砂辅助铸件冷却控制其凝固过程，铸型设计为壳型，如图2所示，根据铸件壁厚情况并考虑可操作性，对形成铸件表面区的壳型厚度除加强筋部外设计为8～20mm。其次是砂箱2的设计，如图3所示，根据铸件壁厚情况及可操作性，设计最小吃钢砂量为30mm，根据砂型外形尺寸，设计砂箱内尺寸为450mm×380mm×240mm。

如图1和图4所示，在造型前准备好与造型数相匹配且检验合格的覆膜砂壳型1及砂箱2、钢砂3，钢砂3的粒度在1～2.5mm之间，纯净度90％以上，砂箱2选用钢质砂箱。其次将砂箱2在造型位置放平，没有特殊要求时砂箱2底面应水平。接着将覆膜砂壳型1浇口向上平放在已铺平的钢砂面上，向下按住覆膜砂壳型1前后、左右往返移动数次，满足箱周吃砂量要求、捣实底部钢砂3、盖严浇口。填入钢砂3并捣实，注意砂面高度低于浇口平面。刮平上口，造型完成。浇注前小心移走浇口盖，防止砂粒落入铸型。浇注温度一般比粘土湿型砂铸型低40℃左右，以利于提高铸件力学性能。对准浇口按“慢—快—慢”的原则在规定的时间内浇满铸型，浇注过程不可断流，在铸件温度700℃～510℃时落砂，考虑铸件变形时冷却至黑色落砂。落砂完成后用筛分法，滤掉过细的钢砂3、旧砂和尘土，满足钢砂粒度和纯净度要求，以备下次使用。

表2中是连续三天发明人对生产数据所做采集：

表2轴承调节器铸件力学性能

以上数据表明，该方法生产的轴承调节器铸件完全达到了其要求标准。这是因为，铸件组织均匀化以后，保证了本体试棒的组织均匀性，提高了抗拉强度和延伸率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。