铸钢件成型工艺铸型的制造方法与流程

本发明涉及铸造工艺技术领域，具体的说是利用数字化无模成型技术制造的一种铸钢件成型工艺铸型的制造方法。

背景技术：

传统的铸造生产模式为需按照铸造成型工艺制作模样，利用模样制造砂型形成铸型。模样制作周期长，成本高，严重制约着铸件产品的产出进度。新产品试制及新工艺验证难以快速推进，影响市场开拓。

数字化无模成型技术现已应用于铸件成型工艺铸型制造领域，其特点是改变传统铸造生产模式，节省了铸件成型工艺前期模样制作，即缩短模样制作生产周期，又节约模样制作材料及人工费用，还可以加快铸件投入产出进度，提高生产效率。目前该技术仅应用于铸铁产品及有色产品的生产，应用于铸钢产品的生产时，发现存在以下问题：

（1）数字化成型技术使用砂型需多次反复的搬运，易损坏。

（2）铸钢件成型工艺包含冷铁、冒口、流钢砖、出气孔、芯骨、退让性材料等工艺措施，现有数字化快速成型技术未考虑铸钢件成型工艺的特殊性，应用铸钢件生产时难度大。

（3）铸钢件浇注温度在1550℃左右，采用数字化快速成型技术加工成型的铸型表面沙粒裸露，粗糙，降低铸型表面型砂强度与致密度，易形成粘砂缺陷，铸件表面光洁度较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铸钢件成型工艺铸型的制造方法，以解决数字化无模成型技术应用于铸钢件生产时砂型易损坏，操作复杂，铸件表面光洁度较差，易形成粘砂的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：

一种铸钢件成型工艺铸型的制造方法，它包括以下步骤：

步骤一、三维立体工艺建模：设计人员应用solidworks三维建模软件对铸钢件的铸型工艺进行三维立体工艺建模，三维立体工艺模型的基本工艺要素包括收缩率、自硬树脂砂分芯负数、下芯斜度、机械加工余量、浇冒系统、冷铁、芯骨、出气孔和退让性材料，当铸钢件的铸型需由砂型与多个砂芯共同形成时，需对砂型与砂芯分别进行独立三维建模；

步骤二、砂型数字建模：依据步骤一设计的三维立体工艺模型应用ug软件中的“求差”命令获得砂型、砂芯、浇冒系统、冷铁、芯骨、出气孔、退让性材料的数字模型，在建好的数字模型的四个角处设置定位块，定位块为两两配合使用，其中一个定位块为凸形时与之相对应的另一份定位块为凹形，定位块一般为50mm×50mm×50mm的立方体；

步骤三、制作砂块:依据步骤二中数字建模获得的数字模型长、宽、高的数据，采用树脂砂为材料，制作数块体积适宜的砂块，砂块的抗拉强度为13kg/cm²～15kg/cm²，水分含量小于等于0.17%；砂块内部需预先放置多层错落有致的井字型空心钢管作为出气孔，出气孔的直径为φ10mm，出气孔深度离模型表面约30-50mm，每200mm×200mm面积内设置3个空心钢管；

步骤四、砂型加工：采用数字化无模铸造精密成型机对步骤三所制备的砂块进行砂型加工，砂型加工的速度为16公斤/小时，按对应的数字模型预留出浇冒系统、冷铁、芯骨、退让性材料的位置，砂型加工的速度为16公斤/小时，成型后的砂型精度为±0.2/500mm；

步骤五、刷涂料：将步骤四加工好的砂型与砂芯表面均匀涂刷3遍锆英醇基涂料，每遍涂料刷完后用明火点燃表面进行干燥，干燥后再刷下一遍涂料，刷好涂料的砂块整体烘干，烘干温度为180-200℃，烘干时间为30分钟；

步骤六、砂型组装合箱：将浇注系统所需的钢砖管、冒口所需的保温套、冷铁和芯骨放入加工好的砂型预先留好的位置，用钉子进行固定，然后将组合好的砂块以数字模块指定的顺序进行组装合箱，合箱后的整体铸型使用卡子、螺栓、压铁进行锁箱，组装合箱后砂型之间的披缝≤1.5mm，即得到所述的铸钢件成型工艺铸型。

优选的，步骤一中所述三维立体工艺建模模型尺寸=零件尺寸×收缩率。

优选的，步骤一中所述自硬树脂砂分芯负数根据铸钢件的规格选取1.5mm或2mm。

优选的，步骤一中所述下芯斜度视砂芯高度选取1：5或1:10或1:20或1:50。

优选的，步骤二中所述砂型数字建模时保证铸型周边吃砂量≥50mm。

优选的，步骤三所述树脂砂的抗拉强度≥15kg/cm²，水分含量≤0.2%。

优选的，步骤五中所述锆英醇基涂料的比重为1.80～1.85g/ml，涂料内无浮砂及其它夹杂物。

本发明应用solidworks三维建模软件与ug数字建模软件，采用数字化无模铸造精密成型机加工技术，将铸钢件成型工艺包含的浇冒系统、冷铁、芯骨、退让性材料等工艺元素相应的位置加工预留出，再将钢砖管、冒口所需的保温套、冷铁、芯骨、退让性材料放入加工好的砂型进行组装，固定，实施浇注，获得铸钢件产品的方法，与传统按照铸造成型工艺制作模样，利用模样制造砂型形成铸型的生产模式相比，不用制作实体模样，且不需要考虑拔模斜度等因素，提高了铸件尺寸精度，可以节约3%～5%的铸件毛坯重量，同时解决了传统新产品开发与新工艺验证模样制作周期长，成本费用高的问题。

本发明采用的铸钢件成型工艺建立三维立体模型，实现工艺立体可视化，可以更直观，更方便的指导生产；应用数字模型指导加工砂块形成铸型，与传统生产方式相比，不用制作实体模型，节约模型费用，缩短生产周期。

本发明在砂块四角设置定位块，可以有效的防止加工好的砂块合箱时无基准，无法固定，有利于加工好的砂块进行合箱操作，可以提高砂块合箱后的形位尺寸精度。

本发明在铸型周边施放适当的吃砂量，使铸型型壁有一定的厚度，保证铸型型壁强度，避免浇注时产生跑钢，产生浇不足现象，提高铸件浇注质量。

本发明中造型用砂块要求抗拉强度13kg/cm²～15kg/cm²。简单的提高型砂强度，需加入更多的树脂与固化剂，不但增加砂型造型成本，而且增加树脂、固化剂有机物的加入量会使铸型在受热后的发气量剧增，大量的气体无法及时的排出易侵入钢水形成皮下气孔缺陷，同时大量的气体会使型腔内压力剧增形成喷爆安全事故。若砂块强度低，在起吊、搬运、翻转时易损坏，影响操作。通多反复多次的工艺试验，当砂块抗拉强度强度在13kg/cm²～15kg/cm²时，砂块完全可以满足起吊、搬运、翻转等工况使用条件，在做好砂块出气的情况下不会形成侵入性气孔缺陷，合理的节约了造型用型砂混制成本的同时避免了生产安全隐患。

本发明中铸型采用机械加工方式成型，铸型成型精度达到±0.2/500mm，与传统模型造型的铸造生产模式相比，铸型不需要拔模斜度，浇注成型后的铸件产品尺寸精度与重量公差均可以提高2个等级；铸型出气孔采用预先设置多层错落有致的空心井字型空心钢管或圆管成型的加工方式，位置准确，排气效果更好。

加工后的砂型表面为裸露的砂型颗粒，表面致密性较差，本发明在砂型表面通过涂刷比重：1.80-1.85g/ml的锆英粉醇基涂料，填补砂型颗粒间的空隙，使铸型表面变得光滑致密，可以提高铸件表面光洁度，也可以有效防止铸钢件浇注温度高形成的铸件粘砂缺陷。

铸型刷完涂料后在180℃～200℃温度范围内烘干30分钟，可以有效排除树脂砂造型后砂块的水分，使砂块水分含量≤0.2%，避免气孔缺陷的产生。

组合后的砂型需要使用卡子、螺栓、压铁进行锁箱，以防止浇入铸型的钢水流出。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

采用如图1所示的一种铸钢件成型工艺铸型的制造方法，采用呋喃树脂砂造型，生产产品型号：zb2.5-75-001-mp，名称:后轴承体，材质：35crmo的铸钢件产品15件，它包括以下步骤：

步骤一、三维立体工艺建模：设计人员应用solidworks三维建模软件对铸钢件的铸型工艺进行三维立体工艺建模，三维立体工艺模型的基本工艺要素包括收缩率、自硬树脂砂分芯负数、下芯斜度、机械加工余量、浇冒系统、冷铁、芯骨、出气孔和退让性材料，当铸钢件的铸型需由砂型与多个砂芯共同形成时，需对砂型与砂芯分别进行独立三维建模；三维立体工艺建模模型尺寸=零件尺寸×收缩率；

工艺参数表如表1所示。

步骤二、砂型数字建模：依据步骤一设计的三维立体工艺模型应用ug软件中的“求差”命令获得砂型、砂芯、浇冒系统、冷铁、芯骨、出气孔、退让性材料的数字模型，在充分考虑加工刀具、加工干涉、组箱结构稳定、起吊等问题，尽可能不改变铸造工艺分型面的前提下，将立体工艺模型分成6块，在建好的数字模型的四个角处设置定位块，定位块为两两配合使用，其中一个定位块为凸形时与之相对应的另一份定位块为凹形，定位块一般为50mm×50mm×50mm的立方体；

步骤三、制作砂块:依据步骤二中数字建模获得的数字模型长、宽、高的数据，采用树脂砂为材料，制作500mm×500mm×120mm砂块4块，200mm×200mm×100mm砂块两块，造型用型砂抗拉强度13.8kg/cm²，水分含量≤0.17%；砂块内部需预先放置多层错落有致的井字型空心钢管作为出气孔，出气孔的直径为φ10mm，出气孔深度离模型表面约30-50mm，每200mm×200mm面积内设置3个空心钢管；树脂砂的抗拉强度≥15kg/cm²，水分含量≤0.2%；

步骤四、砂型加工：采用数字化无模铸造精密成型机对步骤三所制备的砂块进行砂型加工，砂型加工的速度为16公斤/小时，按对应的数字模型预留出浇冒系统、冷铁、芯骨、退让性材料的位置，成型后的砂型精度为±0.2/500mm；

步骤五、刷涂料：将步骤四加工好的砂型与砂芯表面均匀涂刷3遍锆英醇基涂料，每遍涂料刷完后用明火点燃表面进行干燥，干燥后再刷下一遍涂料，刷好涂料的砂块整体烘干，烘干温度为180-200℃，烘干时间为30分钟；锆英醇基涂料的比重为1.80～1.85g/ml，涂料内无浮砂及其它夹杂物；

步骤六、砂型组装合箱：将浇注系统所需的钢砖管、冒口所需的保温套、冷铁和芯骨放入加工好的砂型预先留好的位置，用钉子进行固定，然后将组合好的砂块以数字模块指定的顺序进行组装合箱，合箱后的整体铸型使用卡子、螺栓、压铁进行锁箱，组装合箱后砂型之间的披缝≤1.5mm，即得到所述的铸钢件成型工艺铸型。

将钢水浇注入组装合箱好的铸型内，即可制得铸钢件后轴承体。

对所制备的铸钢件进行检验，检验结果如下：

（1）铸件重量公差达到gb/t11351mt11级。

（2）铸件尺寸公差达到gb/t6414ct10级。

（3）铸件表面缺陷及精整后的表面按《scrata铸钢件表面质量定义用对照块》检验，质量达到表2所示的等级。

表2