一种铸钢浇注系统的制作方法

本发明涉及消失模铸造技术领域，更具体地说，涉及一种铸钢浇注系统。

背景技术：

消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，涂刷耐火材料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的铸造方法。消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺，该工艺无需取模、无分型面、无砂芯，因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度，并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达ra3.2至12.5um，铸件尺寸精度可达ct7至9，加工余量最多为1.5至2mm，可大大减少机械加工的费用，和传统型砂铸造方法相比，可减少大量的机械加工时间。

消失模铸造在浇注、充型过程中受多种因素的影响，钢水中不可避免的存在着一些杂质，钢水中存在的杂质通过浇注系统进入型腔后，在充型过程中继续氧化，其体积增大为一次氧化渣，钢液进入型腔后钢液流速过快产生飞溅、巻气等使钢液氧化生成的渣为二次氧化渣，其体积较小，由于壁厚较厚，导致浇铸的产品会产生一定程度的夹渣现象，影响产品的品质。如何提高浇注质量、减少铸件夹渣现象是行业内矢志不渝的追求。

经检索，中国专利申请号：2016100360449，申请日：2016年1月20日，发明创造名称为：一种消除工作台铸件氧化渣的浇注方法，该申请案公开了一种消除工作台铸件氧化渣的浇铸方法，包括以下步骤：(1)、设置浇铸系统：浇铸系统包括与工作台铸件相连的内浇道，内浇道与横浇道相连，横浇道两端与直浇道相连，两端的横浇道内分别设有陶瓷过滤网，陶瓷过滤网前端设有引流段，引流段通过阻流横浇道与直浇道相连，陶瓷过滤网后端设有导流段；(2)、浇注温度1380～1390℃，浇注重量525公斤，浇注时间20～25秒，铁液铁液通过浇口杯进入直浇道；(3)、再通过阻流横浇道、引流段进入陶瓷过滤网；(4)、铁液经过陶瓷过滤网、导流段进入横浇道；(5)、进入横浇道的铁液由搭接在横浇道上面的内浇道将铁液引入工作台的型腔内。该申请案在一定程度上有助于减少氧化渣的生成，但对于提高浇注质量仍有很大的优化空间。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中铸钢浇注质量欠佳、容易存在夹渣现象的不足，提供了一种铸钢浇注系统，可以有效减少钢水杂质，减少铸件夹渣，提高浇注质量。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种铸钢浇注系统，包括依次相连的直浇道、横浇道和分浇道，直浇道顶部设有浇口杯，浇口杯为非轴对称结构。

更进一步地，浇口杯的开口大小由上向下渐缩，浇口杯的一侧为锥形壁，浇口杯的另一侧为与锥形壁光滑过渡连接的弧形壁。

更进一步地，锥形壁的截面轮廓线为倾斜的直线，弧形壁的截面轮廓线为向外凸出的弧线。

更进一步地，弧形壁的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角α为10°-20°。

更进一步地，浇口杯的底部为与直浇道相连的结合段，结合段的一侧截面轮廓线为与锥形壁截面轮廓线平行的倾斜直线，结合段的另一侧截面轮廓线为竖直延伸的直线。

更进一步地，浇口杯的顶部开口直径为直浇道内径的至少三倍。

更进一步地，直浇道底部设有陶瓷材质的滤网。

更进一步地，直浇道底部设有开口大小由上向下渐扩的上连接段，上连接段下方设有开口大小由上向下渐缩的下连接段，滤网设置于上连接段和下连接段之间。

更进一步地，滤网的直径为直浇道内径的至少两倍。

更进一步地，滤网上均匀开设有过滤孔，过滤孔的直径为2-4mm，过滤孔之间间距为5-6mm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种铸钢浇注系统，浇口杯为非轴对称结构，其一侧保持传统的导流锥形结构，另一侧呈现出容纳性更好、坡度更大的弧状结构，钢液进入时一部分经锥形壁导流，更多的则是经弧形壁内壁的阻挡，随着钢水流向在其内部形成旋转循环，并与经锥形壁导流的钢液形成内部旋流混合，一方面避免高温钢液直接冲击浇口杯形成杂质混入钢液中，同时钢液在旋转过程中可以释放排出气体，避免钢液反向喷溅并减少气体夹杂，而且可以加快钢液浇注流动速度，充分保障了浇注质量。

(2)本发明的一种铸钢浇注系统，直浇道底部还设有陶瓷材质的滤网，有效滤除钢液中的氧化渣和杂质等，减少杂质进入型腔的概率，防止有杂质残渣等进入铸件中造成缺陷，与非对称形的浇口杯相配合，对钢液的初浇过程和流动过程都进行有效控制，减少钢液杂质，全面保障钢水的洁净，提高浇注质量。

(3)本发明的一种铸钢浇注系统，直浇道底部设有开口大小由上向下渐扩的上连接段，上连接段下方设有开口大小由上向下渐缩的下连接段，滤网设置于上连接段和下连接段之间，上连接段的渐扩式设计能有效增大滤网的过滤面积，并通过过滤孔的合理设计，既保障钢液的充分高效过滤，又防止过滤堵塞，下连接段的渐缩式设计则有助于进一步提高钢液流动速度，保障浇注质量。

(4)本发明的一种铸钢浇注系统，结构设计合理，原理简单，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的一种铸钢浇注系统的结构示意图；

图2为本发明中直浇道的结构示意图；

图3为本发明中浇口杯的结构示意图。

示意图中的标号说明：100、浇口杯；101、锥形壁；102、弧形壁；103、结合段；200、直浇道；201、上连接段；202、滤网；203、下连接段；300、横浇道；400、分浇道。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例的一种铸钢浇注系统，包括依次相连的直浇道200、横浇道300和分浇道400，分浇道400与模型相连，直浇道200顶部则设有开口大小向下渐缩的浇口杯100，浇注时钢水从浇口杯100中浇入，依次经直浇道200、横浇道300和分浇道400进入模型中，行业内通常采用具有较好导流作用的锥形或漏斗形浇口杯100，但实践应用中铸钢钢液更易氧化，更易在铸件中形成夹渣气孔等铸造缺陷，普通的锥形浇口杯100已经难以满足铸钢浇注产品的要求，如何进一步减少钢水杂质夹渣等、提高铸钢浇注质量成为亟待解决的难题。

本实施例的浇注系统正是针对铸钢浇注的高质量要求而设计的，需要说明的是，本实施例中的浇口杯100为非轴对称结构，具体如图3所示，浇口杯100周向的侧壁包括一侧的锥形壁101，和另一侧与锥形壁101光滑过渡连接的弧形壁102，锥形壁101的截面轮廓线为倾斜的直线，弧形壁102的截面轮廓线则为向外凸出的弧线，即弧形壁102的切线与水平面之间的夹角由下向上是逐渐增大的，其中弧形壁102的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角α为10°。浇口杯100的底部为与直浇道200相连的结合段103，相对应地，结合段103也为非轴对称结构，结合段103的周向侧壁包括一侧的锥形侧壁，和另一侧与该锥形侧壁光滑过渡连接的圆柱形侧壁，其锥形侧壁的截面轮廓线为与锥形壁101截面轮廓线平行且相连的倾斜直线，结合段103的另一侧(即圆柱形侧壁)截面轮廓线为竖直延伸的直线。

本实施例中采用陶瓷材质的浇口杯100，浇口杯100的顶部开口直径为直浇道200内径d的至少三倍，本实施例中具体为三倍；其中弧形壁102的开口大小远大于锥形壁101的开口大小，弧形壁102的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离d1不小于直浇道200内径d的1.5倍。本实施例突破性地采用了非对称型浇口杯100结构，其一侧保持传统的导流锥形结构，另一侧呈现出容纳性更好、坡度更大的弧状结构，且通过对夹角α的精妙控制，使得在结合段103上方形成左右明显不对称的开口形状，钢液进入时一部分经锥形壁101导流，更多的则是经弧形壁102内壁的阻挡，随着钢水流向在其内部形成旋转循环，并与经锥形壁101导流的钢液形成内部旋流混合，一方面避免高温钢液直接冲击浇口杯100形成杂质混入钢水中，同时避免钢液直接快速下流时产生大量气体造成铸件缺陷，且大量气体难以溢出容易造成钢液反向喷出，形成钢液喷溅。本实施例通过设置弧形壁102使钢液形成旋转循环流动，避免直接冲刷产生杂质，钢液在旋转过程中可以释放排出气体，避免钢液反向喷溅并减少气体夹杂，而且可以加快钢液浇注流动速度，充分保障了钢液浇注质量，减少铸件出现夹渣、气孔等缺陷，铸件加工合格率有明显提升。

实施例2

如图1-图3所示，本实施例的一种铸钢浇注系统，基本同实施例1，进一步地，本实施例中直浇道200底部还设有陶瓷材质的滤网202，具体地，直浇道200底部设有开口大小由上向下渐扩的上连接段201，上连接段201下方设有开口大小由上向下渐缩的下连接段203，滤网202设置于上连接段201和下连接段203之间。需要说明的是，本实施例中滤网202的直径为直浇道200内径的两倍，滤网202上均匀开设有过滤孔，过滤孔的直径为2-4mm，过滤孔之间间距(相邻两个过滤孔的孔壁之间间距)为5-6mm。

本实施例采用陶瓷滤网202，有效滤除钢液中的氧化渣和杂质等，减少杂质进入型腔的概率，防止有杂质残渣等进入铸件中造成缺陷，与非对称形的浇口杯100相配合，对钢液的初浇过程和后流动过程都进行有效控制，全面保障钢水的洁净，提高浇注质量；且陶瓷滤网202具有很好的高温工作强度、抗热震性能和抗金属液流冲击的能力，具有极高的机械强度和抗机械冲击能力，使充型平缓可靠，上连接段201的渐扩式设计能有效增大滤网202的过滤面积，并通过过滤孔的合理设计，既保障钢液的充分高效过滤，又防止过滤堵塞，下连接段203的渐缩式设计则有助于进一步提高钢液流动速度，保障浇注质量。

实施例3

本实施例的一种铸钢浇注系统，基本同实施例1，所不同的是：

本实施例中弧形壁102的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角α为15°；

本实施例中浇口杯100的顶部开口直径为直浇道200内径d的4倍；其中弧形壁102的开口大小远大于锥形壁101的开口大小，弧形壁102的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离d1为直浇道200内径d的2.5倍；

本实施例中滤网202的直径为直浇道200内径的2.5倍。

实施例4

本实施例的一种铸钢浇注系统，基本同实施例1，所不同的是：

本实施例中弧形壁102的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角α为20°；

本实施例中浇口杯100的顶部开口直径为直浇道200内径d的4.5倍；其中弧形壁102的开口大小远大于锥形壁101的开口大小，弧形壁102的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离d1为直浇道200内径d的3倍；

本实施例中滤网202的直径为直浇道200内径的3倍。

利用本实施例的铸钢浇注系统进行浇注的方法，按照以下步骤进行：

步骤一、熔炼钢液，钢液中包括以下质量比的组分，c：0.25-0.3％，si：0.2-0.5％，mn：0.5-0.9％，ni：0.4-0.5％，cu：0.3-0.4％；

步骤二、钢液出炉前添加脱氧剂，具体采用纯度为98-99％的铝作为脱氧剂，铝的添加量为钢液质量的1.8-2.2％；

步骤三、向浇口杯100中浇注钢液，钢液经直浇道200、横浇道300和分浇道400进入泡沫模型，模型消失并形成铸件；钢液浇注温度为1620-1680℃；浇注时并采用真空抽气；浇注过程在25min以内完成；优选在10-15min内完成；

更具体地，制作泡沫模型并将泡沫模型和浇注系统粘结成模组，其中制作泡沫模样的泡沫比重为10-22g/cm³；分浇道400与泡沫模型相连，使用涂料机对模组进行浸挂水基涂料，然后将模组放入砂箱，填入干砂，对砂粒和模组进行烘干，烘干后振动造型使干砂充填到砂箱内腔并紧实，用塑料膜密封砂箱并放置浇口杯100；模型上还设有补缩用冒口，泡沫模型与浇注系统、冒口的制作粘结等均属于常规技术，在此不再详述；然后向浇口杯100中浇注钢液；

步骤四、铸件冷却后取出铸件并做后续清理。

本实施例通过对各工序的工艺控制来保障对铸件的加工质量，其中对钢液的成分控制尤其重要，直接影响着铸件的收缩比和铸件的成型质量，c、mn比例越高收缩比越大，铸件变形越难以控制，且c的含量还影响着气孔的形成与否，c的含量过低时空气中c成分容易进入钢液，而空气的进入又容易导致铸件中形成氧化层及夹杂气泡等形成缺陷。本实施例通过对钢液成分的精确控制，结合各步骤的相互配合来保障整体工艺的可控性。首先，制作泡沫模样的泡沫比重为10-22g/cm³，具体本实施例中为10g/cm³，泡沫的比重不仅影响浇注表面质量，更影响着铸件收缩比，经长期实践总结和理论探索发现，超出该比重的泡沫，过轻则发粒度较大，容易变形且表面粗糙度较大，成型铸件精度难以控制且表面质量差；过重则发粒度较小，但泡沫增碳高，增碳效果不稳定，导致钢液中碳成分含量波动，铸件收缩比不稳定难以控制，具体地，钢液浇注时泡沫模样被高温熔化燃烧产生co2，对钢液产生增碳效果，本实施例采用的泡沫制作模样，在浇注过程中经熔化燃烧可以使钢液中碳含量稳定增加0.03-0.04％，本实施例在熔炼钢液时即考虑到泡沫模样的后续增碳效果，对初始碳含量控制在0.25-0.3％之间，经过后续少量增碳后铸件仍保持较好的收缩比。

需要说明的是，本实施例在钢液出炉时向钢液中添加脱氧剂，具体采用纯度(含铝量)为98-99％的铝作为脱氧剂，可采用生产中常见的废铝丝或铝粒，且铝的添加量为钢液质量的2.2％。通过添加铝丝铝粒实现对钢液的有效脱氧，防止铸件中夹杂氧化层、气泡等各种缺陷。本实施例脱氧剂的添加时机与钢液的浇注时间是相配合的，钢液出炉后控制在25min之内浇注结束，浇注温度为1620℃。本实施例在钢液出炉时才添加铝丝铝粒，并在添加脱氧剂后快速完成整个浇注过程，2-5min内铝丝即可熔化，且由于铝比重较轻，在倾倒钢水的浇注距离中将慢慢上浮带走气泡，保障铸件的浇注质量；而浇注时间一旦超出控制，在浇注距离内脱氧剂上浮结束，则空气会重新进入钢液中，在最终铸件表面形成氧化层、气孔等缺陷。本实施例通过长期实践摸索，采用出炉时添加铝脱氧剂、同时控制浇注时间的方式有效避免了以上问题，减少了铸件缺陷，提高了浇注质量，对于保障铸件的加工精度提供支持。

实施例5

本实施例的一种铸钢浇注系统，基本同实施例4，所不同的是，利用本实施例的铸钢浇注系统进行浇注的方法中，钢液中包括以下质量比的组分，c：0.3％，si：0.5％，mn：0.5％，ni：0.4％，cu：0.4％；以及不可避免的微量杂质；钢液出炉时铝的添加量为钢液质量的2.0％；制作模型的泡沫比重为22g/cm³；钢液出炉后在10-15min内完成浇注；钢液浇注温度为1680℃。

实施例6

本实施例的一种铸钢浇注系统，基本同实施例4，所不同的是，利用本实施例的铸钢浇注系统进行浇注的方法中，钢液中包括以下质量比的组分，c：0.28％，si：0.3％，mn：0.6％，ni：0.45％，cu：0.45％；以及不可避免的微量杂质；制作模型的泡沫比重为20g/cm³；钢液出炉时铝的添加量为钢液质量的1.8％，且钢液出炉后在15min内完成浇注，钢液浇注温度为1650℃。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。