铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法
【专利摘要】本发明公开了铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，外砂箱采用铁型，覆膜砂为树脂砂，铁型的内腔按卡车悬架支架的形状随型制出，随型覆砂层厚度为10mm?30mm；浇注系统包含浇口杯、直浇口、横浇口和滤网，采用封闭式浇口；上半模的最高处射孔和四周围的芯头都装有气孔针，且不穿出箱面；在铁型的分型面上均匀分布排气槽；外模的上下模底板中间均分别设有加热装置，模具温度和铁型温度均控制在180?240℃，达到上述温度后射砂；做好砂芯后依次装芯、合箱、浇注、开箱。本发明的方法能消除皮下气孔和组织疏松，提高整体机械性能，组织致密无裂痕，工艺出品率高，综合性能高，用砂量少，设备投资少，生产周期短，设备占用面积少，生产效率高，制造成本低，环保。
【专利说明】
铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法
技术领域
[0001] 本发明属于卡车悬架支架铸造技术领域，特别是铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方 法。
【背景技术】
[0002] 铁型覆砂铸造是在金属型（又称铁型）内腔周围覆上一层薄薄的型砂（又称覆膜 砂)的一种铸造工艺方法。它是金属型铸造和壳型铸造两种方法的结合。获得的铸件具有尺 寸精度高、机械性能好、节约人工、材料和设备、生产成本低等优点。
[0003] 在国外，德国、前苏联等国早已于60年代前后开始把铁型覆砂铸造应用于生产，主 要用于生产球铁曲轴、刹车毂、刹车盘、缸套、炸弹壳、坦克履带和电机底座等30余种铸件。
[0004] 在国内，铁型覆砂铸造工艺的应用研究绝大部分都使用于曲轴或者球墨铸铁的生 产。近几年来，已有近百家企业应用了铁型覆砂铸造工艺，生产的零件除球铁曲轴外，还有 汽车的凸轮轴、平衡轴、耐压阀体、缸套，耐磨齿盘等30余种铸件，而运用铁型覆砂铸造工艺 生产汽车发动机悬架支架还是空白。
[0005] 国内外的卡车零件生产厂家，都是采用高压铸造或者静压铸造方法生产发动机卡 车悬架支架。该工艺在较大汽车发动机生产厂已普遍使用，虽然质量上相对来说比较稳定， 但还是属于砂型铸造，在造型时还是需要煤粉，用砂量很大，生产环境还未得到完全改善； 同时也需配备砂处理系统、材料仓库、型砂输送、除尘等设备，设备投资大，成本高，所占用 的面积也大，而且工作环境比较差，不利于铸造生产环保，如球铁轴承盖，牌号为QT600-3， 用湿型砂工艺生产珠光体一般只有40-50,球化级别一般在3级，组织部粗大同时还伴随缩 松，对后期使用寿命，安全性能造成极大影响。现今在汽车行业激烈竞争下，各汽车厂家生 产的卡车悬架支架要求越来越高，多种性能指标要求达到或超过国家标准，例如要求解决 组织缩松现象即属此类问题。由于使用常规的砂型铸造无法根本解决铸铁本身的组织缩松 的问题，必须另找出路。本发明方法采用公司先进技术能够在浇注的铸态球铁本体抗拉强 度绝大多数达到所要求牌号QT550-10,也是创国内首例铁型覆砂工艺铸造卡车悬架支架， 能够消除皮下气孔和组织疏松问题，提高铸件整体机械性能，组织致密无裂痕。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种能消除皮下气孔和组织疏松，提高整体机械 性能，组织致密无裂痕，工艺出品率高，综合性能高，用砂量少，设备投资少，生产周期短，设 备占用面积少，生产效率高，制造成本低，环保的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法。
[0007] 本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
[0008] 铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，工艺步骤如下：
[0009] (1)造型
[0010] 外砂箱采用铁型，覆膜砂为树脂砂，铁型的内腔按卡车悬架支架的形状随型制出， 随型覆砂层厚度为10mm-30mm;浇注系统包含浇口杯、直浇口、横浇口和滤网，采用封闭式浇 口；上半模的直浇道、冒口根据零件高度适当加高以增加压力补缩;外模的上下模底板中间 均分别设有加热装置，模具温度和铁型温度均控制在180-240°C，达到上述温度后射砂；
[0011] (2)砂芯
[0012] 砂芯采用覆膜砂热心盒成型，与造型区别在于:造型时形成填砂部分的空腔是由 铁型砂箱和外型模具合在一起形成，而砂芯是两半都是模具和在一起形成填砂部分的型 腔;但实际原理是一样的，都是通过热量将覆膜砂快速固化形成所需的外型模样或砂芯模 样。砂芯固化脱模出来后只需修除掉批锋或射嘴即可使用。
[0013] ⑶装芯
[0014]采用人工装芯或用固定式装芯工位夹具装芯或机器人装芯;装芯前吹干净下半模 型，装芯时芯头面放上适量粘胶将坭芯粘稳在外型上，防止坭芯掉落或遇铁水上浮。
[0015] ⑷合箱
[0016] 合箱前检查坭芯、浇注系统上过滤网是否安装完全;上半模型吹净散砂后合箱，扣 上箱扣;浇口杯采用直冲漏斗浇口杯，安装时在浇口杯小口边沿放适量粘胶，起到粘稳、放 漏铁水作用；
[0017] (5)浇注
[0018] 用牌号为HT250的铁水浇注，浇注温度控制在1420-1440 °C，1套/型的浇注时间为 9.5-10.5s ；
[0019] (6)开箱
[0020] 浇注后25分钟开箱扣;铸件凝固30分钟后落箱，冷却至室温。
[0021] 所述浇注系统的铁水流道是由浇口杯到直浇口到横浇口，再由横浇口通过过滤网 后均衡分到两个分横浇口，再由两个分横浇口分别分到两个内浇口到铸件。
[0022] 所述浇注系统各浇口总截面之比为：E分直：E分横：E分内=1: (0.75-0.78): (0.68-0.72);过滤网采用悬架支架专用的直孔陶瓷滤网。
[0023] 上半模最高处射孔部位装有外径O 8mm气孔针，上半模四周围芯头装有外径〇 10mm气孔针。
[0024] 所述射砂气压为0 ? 20-0 ? 40Mpa，固化时间为50-60S。
[0025] 所述合箱前砂箱四角分别垫上0.3-0.4mm厚的垫片。
[0026]所述合箱的扣箱力为80-85N.M。
[0027]所用铁水牌号为QT550-10，其化学成分及其质量比为：
[0028] C:3.6~3.9% Si:1.9~2.4% Mn:0.25~0.6% Cu:0.2~0.7% P彡0.04% S彡 0.03%〇
[0029]本发明的有益效果在于：
[0030]本发明方法利用铁型增加铁水在铸造过程中的冷却速度，细化组织，提高了卡车 悬架支架在冷却收缩不均情况下的组织致密性。在同等熔炼铁水的成分下，使用铁型覆砂 铸造工艺生产悬架支架比砂型铸造工艺可以获得更高的抗拉强度、硬度和更好的石墨形态 和石墨大小级别，稳定珠光体在95%以上。最重要的是以往卡车悬架支架砂型铸造出现的 缩松缩孔问题能得到有效解决。
[0031]使用本发明的方法，出品率达到83.75%以上，因铁型使用了不含水分的树脂砂做 覆砂造型材料，从而消除了皮下气孔缺陷;铁水凝固过程中得到快速冷却，基本消除了卡车 悬架支架常有的组织缩松、疏松等缺陷，解决了卡车悬架支架在压力工作环境下的裂痕问 题，提高了铸件的整体机械性能，满足或超过目前卡车悬架支架生产要求的各项性能指标； 减少了砂处理系统庞大的设备、场地投入和造型用砂量;改善了铸造长期以来的恶劣环境， 环保性好。整个工艺流程简单，质量容易控制，产品的生产成本比砂型铸造工艺生产低30~ 50%，且适用于各种类型汽车/卡车悬架支架、汽缸盖和排气管等重要复杂零部件的生产和 多种要求高质量的其它零件生产。
【附图说明】
[0032]图1是本发明的悬架支架上半模的正视结构示意图；
[0033]图2是图1的俯视结构不意图；
[0034] 图1-2中：1、第一冒口，2、直浇道，3、第二冒口，4、第三冒口，5、钢板弹簧座，6、第一 横浇道，7、试样，8、端盖，9、第二横浇道，10、悬架支架。
[0035]图3是本发明的悬架支架下半模的正视结构示意图；
[0036]图4是图3的俯视结构不意图；
[0037]图3-4中，1、钢板弹簧座，2、直浇口涡，3、悬架支架，4、试块，5、定位孔，6、第三横浇 道，7、第四横浇道，8、试样，9、端盖。
【具体实施方式】
[0038] 本发明铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，造型采用专用的ZXTF-Z-1350*740造 型主机自动化生产线。按照铁型规格要求，卡车悬架支架模具设计布置为"1件/型+其他零 部件"模式，分上下模。如图1-2所示，上半模布置有第一冒口 1、直浇道2、第二冒口 3、第三冒 口 4、钢板弹簧座5、第一横浇道6、试样7、端盖8、第二横浇道9和悬架支架10。如图3-4所示， 下半模布置有钢板弹簧座1、直浇口涡2、悬架支架3、试块4、定位孔5、第三横浇道6、第四横 浇道7、试样8和端盖9。
[0039] 该造型主机额定生产率为15型/h，两台造型主机则为30型/h。砂箱是金属型，内腔 是按照卡车悬架支架的形状，，留有覆砂层厚度并随型制出，外模模底板下面设有加热装 置，模具温度一般恒温控制在180-240°C。铁型温度一般控在180-240°C左右。造型采用覆膜 砂，当模具和铁型温度达到设定的温度后，在铁型内腔周围覆上一层薄薄的型砂。
[0040] 由于铁型覆砂工艺所使用的覆膜砂是流动干型的，无水分，经过射砂表面硬化后， 其表面光洁度很好，不用上涂料，而静压砂型铸造工艺是属湿型（潮型)铸造，其表面需要上 涂料才能保证铸件的光洁度。因此铁型覆砂铸造工艺可以大量节约涂料成本。
[0041] 以生产柳汽卡车悬架支架为例，采用静压铸造生产工艺时，造型用砂量单台为 275kg以上，而用采用本发明方法生产卡车悬架支架（1件/型混合型）时，铸造造型单件使用 砂量仅需25-20kg左右；按目前价格计算成本的话，年产8万件光造型用砂量可以节约10万 元以上。而上述规模的铁型覆砂铸造生产线比国内静压铸造生产线减少投资1500万元，比 进口静压铸造生产线减少投资4000万元以上。
[0042] 具体工艺步骤如下：
[0043] 1.造型
[0044] 外砂箱采用铁型，造外型采用覆膜砂，按照1套/型组合搭配进行设计，铁型的内腔 是按照卡车悬架支架的形状随型制出，试制时随型覆砂层厚度为l〇mm，因该零件外部较复 杂，有些局部部位的覆砂层为10_30mm左右，铸件热节较大部位为8mm。浇注系统是由浇口杯 到直浇口到横浇口，再由横浇口通过滤网后均衡分到两个内浇口到铸件;浇注系统采用封 闭式浇口，其各浇口总截面之比为：E分直：E分横：E分内=1: (0.75-0.78): (0.68-0.72);滤网采用悬架支架专用的直孔陶瓷滤网。上半模最高处射孔装有外径〇8_气孔针， 上半模四周围芯头装有外径〇 l〇mm气孔针，且均不穿出箱面。外模的上下模底板中间都分 别设有加热装置，模具温度和铁型温度均控制在180-240°C;待温度达到工艺要求后进行射 砂，射砂气压为0.20-0.40Mpa，固化时间为50-60S，射砂后的覆砂层颜色尽量控制在棕褐 色。在连续生产时，经浇注后的铁型必须经过水冷后达到温控要求时才能进行循环使用。
[0045] 2 ?砂芯
[0046] 砂芯是采用热心盒模具生产卡车悬架支架用的热芯芯砂，工艺参数与造型一样， 模具内腔形状随坭芯形状而成。热芯盒模温度一般控制在180-240°C，射砂后固化2-3分钟 即可开模顶出坭芯取出。
[0047] 3 ?装芯
[0048] 在批量生产情况下，用固定式装芯工位夹具或人进行装芯，定位准确、方便可靠； 否则可采用人工装芯、简易装芯吊架下芯。
[0049] 4.合箱
[0050] 在合箱之前使用封箱条分别压住芯头、芯头出气孔位置、和坭芯直浇道，在坭芯头 的浇注系统装上过滤网，并流转至合箱机处，砂箱四角垫有0.3-0.4mm厚垫片;上半模型吹 净散砂，进行合箱;推进浇注滚道，扣上箱扣，扣箱力在80-85N .M;浇口杯采用直冲漏斗浇口 杯，安装到铁型时使用封箱条；
[0051] 5?浇注
[0052]所用铁水，牌号为QT550-10，其化学成分及其质量比为：
[0053] C:3.6~3.9% Si:1.9~2.4% Mn:0.25~0.6% Cu:0.2~0.7% P彡0.04% S彡 0.03%
[0054] 浇注温度控制在1420-1440°C之间，浇注时间是在9.5-10.5s之间；待浇口杯铁水 成糊状时打断浇口杯；
[0055] 6 ?开箱
[0056]浇注后25分钟开箱扣;铸件凝固时间30分钟时落箱，落箱后的铸件为暗红色，然后 自然冷却到室温。
[0057] 检验结果
[0058]铸件经过清理抛丸后，不经过热处理，直接铸态解剖铸件检测得到结果如下：
[0059] 1)卡车悬架支架各个部位金相组织和硬度情况如下：
[0061 ] 2)机械性能
[0062] 试棒取样，其结果抗拉强度为587Mpa;硬度为HB268;延伸率9.8% ;石墨大小为2~ 3级;珠光体95 %。
[0063] 本发明方法铸造的卡车悬架支架，在满足性能要求的条件下可以减少或者不用加 入合金，如Cu合金可以由原来的0.7~0.8%减少到0.2~0.3%;在保证卡车悬架支架本体 硬度符合要求下，完全可以不加铬铁，锰铁也可减少。
[0064] 卡车悬架支架，本体机械性能比砂型铸造本体要求牌号要高出一个牌号以上。
[0065] 用本发明的方法，不仅可以生产出蠕墨铸铁或灰铸铁卡车悬架支架、缸盖、排气管 等高质量的汽车重要零部件，还可以用于如航空、铁路机车车辆、农用机械、建筑机械和军 工等等需承受高强度、高韧性、高致密性、高耐磨的零件生产的机械制造。
【主权项】
1. 铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，工艺步骤如下： (1) 造型 外砂箱采用铁型，覆膜砂为树脂砂，铁型的内腔按卡车悬架支架的形状随型制出，随型 覆砂层厚度为10mm-30mm;浇注系统包含浇口杯、直浇口、横浇口和滤网，采用封闭式浇口； 上半模的直浇道、冒口根据零件高度适当加高以增加压力补缩;外模的上下模底板中间均 分别设有加热装置，模具温度和铁型温度均控制在180-240°C，达到上述温度后射砂； (2) 砂芯 砂芯采用覆膜砂热心盒成型，与造型区别在于：造型时形成填砂部分的空腔是由铁型 砂箱和外型模具合在一起形成，而砂芯是两半都是模具和在一起形成填砂部分的型腔;但 实际原理是一样的，都是通过热量将覆膜砂快速固化形成所需的外型模样或砂芯模样。砂 芯固化脱模出来后只需修除掉批锋或射嘴即可使用。 (3) 装芯 采用人工装芯或用固定式装芯工位夹具装芯或机器人装芯；装芯前吹干净下半模型， 装芯时芯头面放上适量粘胶将坭芯粘稳在外型上，防止坭芯掉落或遇铁水上浮。 (4) 合箱 合箱前检查坭芯、浇注系统上过滤网是否安装完全;上半模型吹净散砂后合箱，扣上箱 扣;浇口杯采用直冲漏斗浇口杯，安装时在浇口杯小口边沿放适量粘胶，起到粘稳、放漏铁 水作用； (5) 浇注 用牌号为HT250的铁水浇注，浇注温度控制在1420-1440°C，1套/型的浇注时间为9.5-10.5s； (6) 开箱 浇注后25分钟开箱扣;铸件凝固30分钟后落箱，冷却至室温。2. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，所述浇注系统的 铁水流道是由浇口杯到直浇口到横浇口，再由横浇口通过过滤网后均衡分到两个分横浇 口，再由两个分横浇口分别分到两个内浇口到铸件。3. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，所述浇注系统各 浇口总截面之比为：Σ分直：Σ分横：Σ分内=1: (0.75-0.78): (0.68-0.72);过滤网采用悬 架支架专用的直孔陶瓷滤网。4. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，上半模最高处射 孔部位装有外径Φ 8mm气孔针，上半模四周围芯头装有外径Φ IOmm气孔针。5. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，所述射砂气压为 0 · 20-0 · 40Mpa，固化时间为 50-60S。6. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，所述合箱前砂箱 四角分别垫上0.3-0.4mm厚的垫片。7. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，所述合箱的扣箱 力为 8〇_85Ν·Μ。8. 如权利要求1所述的铁型覆砂铸造卡车悬架支架的方法，其特征是，所用铁水牌号为 QT550-10，其化学成分及其质量比为： C:3.6 ~3.9% Si:1.9 ~2.4% Mn:0.25 ~0.6% Cu:0.2 ~0.7% P^0.04%S^ 0·03%〇
【文档编号】B22C9/08GK105880473SQ201610310800
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】谭锦赐
【申请人】广西玉柴机器配件制造有限公司