覆膜砂型芯负压铸造转向节叉工艺的应用 作者：朱景芝
来源：《科技创新与应用》2013年第08期
摘 要：介绍了球铁QT500-7汽车转向机节叉采用覆膜砂型芯负压铸造工艺；简述了模具参数，覆膜砂选用，型芯组合装箱，陶瓷过滤器放置，负压浇注工艺，热处理工艺的确定；分析了工艺的优势与不足。
关键词：球铁；覆膜砂；负压铸造；工艺
新乡市鼎宏机械有限公司是以消失模铸造工艺为主，以覆膜砂、呋喃树脂砂、失蜡熔模铸造工艺为辅的生产各种牌号的球墨铸铁、灰铸铁、抗磨铸铁等类铸件的专业铸造公司。主要为二汽配套生产QT450-10汽车零部件毛坯和湖北大禹阀门公司的QT450-10阀体、阀盖、阀芯整套阀门毛坯，其中3寸美标阀门全部出口。2012年，我公司与中航工业新航转向机公司共同开发转向机节叉毛坯项目。月生产量10万件，采用覆膜砂型芯负压浇注工艺，批量生产取得了成功。
1 汽车转向机节叉概述与工艺选择
1.1 QT500-7转向机节叉毛坯技术要求
目前，生产四个型号转向机节叉，重量0.18-0.27kg，材质QT500-7，硬度HB170-229，目标控制HB180-200，硬度差小于HB10，球化率>85%，球化级别1-3级，表面粗糙度要求达到消失模铸造的粗糙度。铸件轮廓尺寸：62+0.5×41.5+0.5×30.5+0.5。主要壁厚7mm，不准有夹渣、气孔等缺陷。铸件的难点是尺寸精度高，表面粗糙度要求高，属于汽车一类安全铸件。根据铸件数量大重量轻要求高的特点，我公司对毛坯工艺进行了探讨与选择。
1.2 转向机节叉毛坯的试制与工艺确定
1.2.1 熔模精密铸造工艺
对于几百克的小件，推荐熔模精密铸造工艺。采用水玻璃粘接剂，石英砂粉为耐火骨料，4-5层壳传统精密熔模铸造工艺。节叉粗糙度达到要求，尺寸严重超差，主要是在浇注过程中，出现型壳开裂的数量较多。经查型壳有足够的强度，铸钢件型壳不开裂。我们认为是球墨铸铁凝固过程中的体积膨胀造成型壳变形或开裂，导致尺寸超差或跑火，放弃熔模铸造工艺。
1.2.2 消失模铸造工艺
转向机节叉毛坯，均有3mm的开口，涂挂三遍涂料后，3mm的开口余有2mm左右，干砂不能震实，涂料支撑不了铁水冲击，使两平面铁液串门，导致铸件报废。消失模铸造工艺有
批量生产的优势，能达到铸件尺寸精度和表面粗糙度的要求，无法解决2mm开口处铁液串门问题。在开口处预先用呋喃树脂自硬砂填满，一是工作量太大，二是白模变形，消失模铸造工艺不能直接用于节叉毛坯的批量生产。
2 覆膜砂型芯转向机节叉负压浇注工艺
2.1 覆膜砂型芯模具参数的确定
模具材质使用导热性较好的灰铸铁HT200。浇注组元尺寸与布局。浇注系统放置陶瓷过滤器，采用封闭式浇注系统，各组元的尺寸为直浇道？准32，横浇道38×27，每件内浇口4×8×2，∑直：∑横：∑内=1：1.3：0.8；起模斜度：铸件1°，壳型边沿8°；收缩率：0.3-0.6%；分型负数：0.2。
2.2 覆膜砂与涂料的选用
2.2.1 覆膜砂的选用
转向机节叉毛坯尺寸精度高，表面粗糙度要求高，砂芯最薄一块30×25×3。选用粒度140/70，流动性好，高强度，低膨胀，低发气商品覆膜砂。技术参数：砂子粒度140/70；树脂加入量1.5-2%；常温抗拉强度5.1MPa；热态抗拉强度2.6MPa；热膨胀率1000°C，0.6%；固化时间90s；发气量850°C，13ml/g。
2.2.2 涂料与施涂方法
采用兼顾光洁与防粘砂的酒精涂料，在型壳上套模板喷涂料，避免喷到芯头和影响型芯组合的部位。喷涂压力0.3-0.5MPa，涂料密度1.2-1.4g/cm3，喷涂一遍，涂料厚度约为0.15左右，粗糙度达到要求，铸件与浇注系统不出现粘砂现象。
2.3 陶瓷过滤器放置与型芯组合装箱
2.3.1 陶瓷过滤器选用与放置。
选用碳化硅质15PPI陶瓷过滤器，带座水平放置浇口杯下面。过滤器尺寸φ60×22，铁水通过量25-35Kg，流速2kg/s。既能满足10层100个节叉毛坯和浇注系统的铁水用量，又能满足铁水充型速度。过滤器座使用覆膜砂成形的喇叭口形状的大口端带有台阶的成型座，过滤器座大口（外径）74×（内径）？准54×（高）43，带有装过滤器的台阶，小口（外径）？准53×（内径）？准33×（高）43，装过滤器时，先在过滤器的外径上用纸胶带封闭外圆，防止砂子进入过滤器，再用粘接剂将过滤器粘接组装在基座上，然后将过滤器组件用呋喃树脂砂固定在上层型壳上，待下芯合型装箱组合时使用。
2.3.2 装箱与型芯组合
在负压箱中放200厚底砂震实刮平，将覆膜砂型芯在负压箱中下芯组合，叠高10层，层与层之间的缝隙用纸胶带密封，防止抽负压时砂尘进入型腔，每组间隔80-100，然后放干砂震实，砂箱上口用塑料薄膜密封，塑料薄膜上面放浇口杯，浇口杯周围平摊50厚砂子，防止浇注时溅出铁液，烧坏密封的塑料薄膜，造成负压达不到要求。
2.4 熔化与负压浇注工艺
2.4.1 配料与熔化
为保证铸件质量，我公司采取合成高韧性铁素体球铁的生产工艺，加大一级废钢用量，添加相应增碳剂，减少新生铁用量或不用新生铁，配入适当回炉料，控制铁水含硫量。配料比例：废钢70%，回炉料30%，增碳剂3.3%，适当硅锰铁，预留废钢150Kg作为调整成分使用。炉前用天津汇丰生产的炉前铁水质量管理仪，型号HF-2000T，快速检测铁液成分，含碳量低时，直接向炉内加增碳剂，碳吸收率按加到炉底的50%计算，含碳量高时，向炉内加入废钢。 原铁液成分控制：3.6-3.8%C，1.4-1.6%Si，（最终控制2.4-2.6），Mn≤0.3%，
P≤0.035%，S≤0.025%。硅含量可以在出铁水孕育时调整。出炉铁液温度控制为1550-1570°C。采用无锡永新专用稀土镁硅球化剂，成分为：RE1.7-2.1%，Mg5.2-6.1%，Si41-44%，微量元素适量。使用500Kg堤坝式球化包，经过球化拔渣到达浇注工位实测铁液降温80-120°C。考虑到泡沫陶瓷过滤器的影响，浇注温度定为1430-1450°C。
2.4.2 浇注与负压
浇注随流孕育0.1%，粒度100-200目75硅铁。使用含钡孕育剂效果更好；负压控制0.01-0.015MPa，防止铸件粘砂。铸件铸态金相组织为基体为铁素体+珠光体，球化级别2-3级，石墨大小6-8级。
2.5 热处理工艺
热处理工艺为400°C以下装炉，升温速度≤200°C/h。600°C，保温2.5-3h，250°C出炉空冷。铸件与试块同时热处理。测得铸件最薄处HB183，最厚处HB180；Y型试块HB180，σb=515MPa，δ=16%。
3 结束语
生产实践表明，覆膜砂型芯负压浇注球铁转向机节叉毛坯工艺可行。解决了叠高10层浇注跑火的问题，解决了字迹模糊、部分铸件尺寸超差，凹槽成形不理想的问题。负压浇注加快了铁液充型速度，加大了型壳强度，提高了铸件密度，明显比非负压浇注的毛坯棱角分明、字体清晰，尺寸精度高。采用负压浇注工艺，型壳外有砂子充填负压紧实，浇注过程中型壳不会开裂跑火。该工艺已投入批量生产。需要改进的是减薄型壳厚度，降低砂铁比，降低成本。 参考文献
[1]李远才，等.覆膜砂制型（芯）技术[M].北京：机械工业出版社，2007：164-172.
[2]刘玉满，刘翔.消失模空壳铸造·振动浇注及生产实用技术百例新解[M].北京：化学工业出版社，2010：41-42.
[3]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：第5卷铸造工艺[M].1版.北京：机械工业出版社，1994：195-200.
[4]中国铸造协会.铸造工程师手册[M].3版，北京：机械工业出版社，2010：524-539
[5]洪利兵.铸态合成高韧性铁素体球铁的生产工艺[J].铸造技术，2000，4：29-30.
作者简介：朱景芝（1958-），男，河南新乡人，学士，工程师，主要从事灰铁、球铁，高铬铸铁熔炼和砂型与消失模铸造工艺应用研究。
覆膜砂型芯负压铸造转向节叉工艺的应用 作者：朱景芝
来源：《科技创新与应用》2013年第08期
摘 要：介绍了球铁QT500-7汽车转向机节叉采用覆膜砂型芯负压铸造工艺；简述了模具参数，覆膜砂选用，型芯组合装箱，陶瓷过滤器放置，负压浇注工艺，热处理工艺的确定；分析了工艺的优势与不足。
关键词：球铁；覆膜砂；负压铸造；工艺
新乡市鼎宏机械有限公司是以消失模铸造工艺为主，以覆膜砂、呋喃树脂砂、失蜡熔模铸造工艺为辅的生产各种牌号的球墨铸铁、灰铸铁、抗磨铸铁等类铸件的专业铸造公司。主要为二汽配套生产QT450-10汽车零部件毛坯和湖北大禹阀门公司的QT450-10阀体、阀盖、阀芯整套阀门毛坯，其中3寸美标阀门全部出口。2012年，我公司与中航工业新航转向机公司共同开发转向机节叉毛坯项目。月生产量10万件，采用覆膜砂型芯负压浇注工艺，批量生产取得了成功。
1 汽车转向机节叉概述与工艺选择
1.1 QT500-7转向机节叉毛坯技术要求
目前，生产四个型号转向机节叉，重量0.18-0.27kg，材质QT500-7，硬度HB170-229，目标控制HB180-200，硬度差小于HB10，球化率>85%，球化级别1-3级，表面粗糙度要求达到消失模铸造的粗糙度。铸件轮廓尺寸：62+0.5×41.5+0.5×30.5+0.5。主要壁厚7mm，不准有夹渣、气孔等缺陷。铸件的难点是尺寸精度高，表面粗糙度要求高，属于汽车一类安全铸件。根据铸件数量大重量轻要求高的特点，我公司对毛坯工艺进行了探讨与选择。
1.2 转向机节叉毛坯的试制与工艺确定
1.2.1 熔模精密铸造工艺
对于几百克的小件，推荐熔模精密铸造工艺。采用水玻璃粘接剂，石英砂粉为耐火骨料，4-5层壳传统精密熔模铸造工艺。节叉粗糙度达到要求，尺寸严重超差，主要是在浇注过程中，出现型壳开裂的数量较多。经查型壳有足够的强度，铸钢件型壳不开裂。我们认为是球墨铸铁凝固过程中的体积膨胀造成型壳变形或开裂，导致尺寸超差或跑火，放弃熔模铸造工艺。
1.2.2 消失模铸造工艺
转向机节叉毛坯，均有3mm的开口，涂挂三遍涂料后，3mm的开口余有2mm左右，干砂不能震实，涂料支撑不了铁水冲击，使两平面铁液串门，导致铸件报废。消失模铸造工艺有
批量生产的优势，能达到铸件尺寸精度和表面粗糙度的要求，无法解决2mm开口处铁液串门问题。在开口处预先用呋喃树脂自硬砂填满，一是工作量太大，二是白模变形，消失模铸造工艺不能直接用于节叉毛坯的批量生产。
2 覆膜砂型芯转向机节叉负压浇注工艺
2.1 覆膜砂型芯模具参数的确定
模具材质使用导热性较好的灰铸铁HT200。浇注组元尺寸与布局。浇注系统放置陶瓷过滤器，采用封闭式浇注系统，各组元的尺寸为直浇道？准32，横浇道38×27，每件内浇口4×8×2，∑直：∑横：∑内=1：1.3：0.8；起模斜度：铸件1°，壳型边沿8°；收缩率：0.3-0.6%；分型负数：0.2。
2.2 覆膜砂与涂料的选用
2.2.1 覆膜砂的选用
转向机节叉毛坯尺寸精度高，表面粗糙度要求高，砂芯最薄一块30×25×3。选用粒度140/70，流动性好，高强度，低膨胀，低发气商品覆膜砂。技术参数：砂子粒度140/70；树脂加入量1.5-2%；常温抗拉强度5.1MPa；热态抗拉强度2.6MPa；热膨胀率1000°C，0.6%；固化时间90s；发气量850°C，13ml/g。
2.2.2 涂料与施涂方法
采用兼顾光洁与防粘砂的酒精涂料，在型壳上套模板喷涂料，避免喷到芯头和影响型芯组合的部位。喷涂压力0.3-0.5MPa，涂料密度1.2-1.4g/cm3，喷涂一遍，涂料厚度约为0.15左右，粗糙度达到要求，铸件与浇注系统不出现粘砂现象。
2.3 陶瓷过滤器放置与型芯组合装箱
2.3.1 陶瓷过滤器选用与放置。
选用碳化硅质15PPI陶瓷过滤器，带座水平放置浇口杯下面。过滤器尺寸φ60×22，铁水通过量25-35Kg，流速2kg/s。既能满足10层100个节叉毛坯和浇注系统的铁水用量，又能满足铁水充型速度。过滤器座使用覆膜砂成形的喇叭口形状的大口端带有台阶的成型座，过滤器座大口（外径）74×（内径）？准54×（高）43，带有装过滤器的台阶，小口（外径）？准53×（内径）？准33×（高）43，装过滤器时，先在过滤器的外径上用纸胶带封闭外圆，防止砂子进入过滤器，再用粘接剂将过滤器粘接组装在基座上，然后将过滤器组件用呋喃树脂砂固定在上层型壳上，待下芯合型装箱组合时使用。
2.3.2 装箱与型芯组合
在负压箱中放200厚底砂震实刮平，将覆膜砂型芯在负压箱中下芯组合，叠高10层，层与层之间的缝隙用纸胶带密封，防止抽负压时砂尘进入型腔，每组间隔80-100，然后放干砂震实，砂箱上口用塑料薄膜密封，塑料薄膜上面放浇口杯，浇口杯周围平摊50厚砂子，防止浇注时溅出铁液，烧坏密封的塑料薄膜，造成负压达不到要求。
2.4 熔化与负压浇注工艺
2.4.1 配料与熔化
为保证铸件质量，我公司采取合成高韧性铁素体球铁的生产工艺，加大一级废钢用量，添加相应增碳剂，减少新生铁用量或不用新生铁，配入适当回炉料，控制铁水含硫量。配料比例：废钢70%，回炉料30%，增碳剂3.3%，适当硅锰铁，预留废钢150Kg作为调整成分使用。炉前用天津汇丰生产的炉前铁水质量管理仪，型号HF-2000T，快速检测铁液成分，含碳量低时，直接向炉内加增碳剂，碳吸收率按加到炉底的50%计算，含碳量高时，向炉内加入废钢。 原铁液成分控制：3.6-3.8%C，1.4-1.6%Si，（最终控制2.4-2.6），Mn≤0.3%，
P≤0.035%，S≤0.025%。硅含量可以在出铁水孕育时调整。出炉铁液温度控制为1550-1570°C。采用无锡永新专用稀土镁硅球化剂，成分为：RE1.7-2.1%，Mg5.2-6.1%，Si41-44%，微量元素适量。使用500Kg堤坝式球化包，经过球化拔渣到达浇注工位实测铁液降温80-120°C。考虑到泡沫陶瓷过滤器的影响，浇注温度定为1430-1450°C。
2.4.2 浇注与负压
浇注随流孕育0.1%，粒度100-200目75硅铁。使用含钡孕育剂效果更好；负压控制0.01-0.015MPa，防止铸件粘砂。铸件铸态金相组织为基体为铁素体+珠光体，球化级别2-3级，石墨大小6-8级。
2.5 热处理工艺
热处理工艺为400°C以下装炉，升温速度≤200°C/h。600°C，保温2.5-3h，250°C出炉空冷。铸件与试块同时热处理。测得铸件最薄处HB183，最厚处HB180；Y型试块HB180，σb=515MPa，δ=16%。
3 结束语
生产实践表明，覆膜砂型芯负压浇注球铁转向机节叉毛坯工艺可行。解决了叠高10层浇注跑火的问题，解决了字迹模糊、部分铸件尺寸超差，凹槽成形不理想的问题。负压浇注加快了铁液充型速度，加大了型壳强度，提高了铸件密度，明显比非负压浇注的毛坯棱角分明、字体清晰，尺寸精度高。采用负压浇注工艺，型壳外有砂子充填负压紧实，浇注过程中型壳不会开裂跑火。该工艺已投入批量生产。需要改进的是减薄型壳厚度，降低砂铁比，降低成本。 参考文献
[1]李远才，等.覆膜砂制型（芯）技术[M].北京：机械工业出版社，2007：164-172.
[2]刘玉满，刘翔.消失模空壳铸造·振动浇注及生产实用技术百例新解[M].北京：化学工业出版社，2010：41-42.
[3]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：第5卷铸造工艺[M].1版.北京：机械工业出版社，1994：195-200.
[4]中国铸造协会.铸造工程师手册[M].3版，北京：机械工业出版社，2010：524-539
[5]洪利兵.铸态合成高韧性铁素体球铁的生产工艺[J].铸造技术，2000，4：29-30.
作者简介：朱景芝（1958-），男，河南新乡人，学士，工程师，主要从事灰铁、球铁，高铬铸铁熔炼和砂型与消失模铸造工艺应用研究。