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1、二零一三年八月 薄壁排气管铸件的 铁模覆砂工艺 内容提要 1 薄壁排气管铸件介绍 2 当前国内铸造工艺优缺点概述 3 铁模覆砂工艺介绍 4 模具设计 5 铁型设计 6 现场工艺控制 7 质量状况 8 总结 3 公司图标 一 薄壁排气管铸件介绍 4 公司图标目 录 车用无水冷排气管是一种薄壁小件 毛坯重量6 8千克 壁厚4 5 6mm 通常 牌号有QT450 10 RuT300 RuTSi4Mo QTSi4Mo等 5 公司图标 排气管解剖图 材 质 RuT300 组 织 蠕化率 50 F P 拉伸强度 300MPa 延 伸 率 1 5 硬 度 150 230HBS 主 壁 厚 4 5土0 5mm
2、 6 公司图标 二 当前国内铸造工艺优缺点概述 7 公司图标 目前国内常用的铸造工艺有潮模砂铸造 树脂 砂铸造 组芯造型 消失模工艺 几种工艺各有优 缺点 1 传统的砂型铸造工艺 材料成本低 设备简单 但是铸型刚性差 厚大部位最后凝固 得不到有效 补缩 因此形成缩松的概率非常大 只能依靠在对 应部位加冷铁或补缩冒口辅助解决问题 然而效果 有限 并且带来的人工成本增加和出品率降低却不 容乐观 2 树脂砂铸造以及组芯造型 铸型刚性有很大提高 但是材料成本高 超过潮模砂100 150 经济效 益很差 3 消失模工艺 造型简单 成本低廉 可以解决缩 孔缩松问题 表面质量也有很大提升 但是目前还 没找到
3、有效的办法来稳定变形问题 特别是长度超 过500mm的排气管 受到结构和铸造工 艺的影响 容易形成 缩孔缩松的部位 8 公司图标 三 铁模覆砂工艺介绍 9 公司图标 铁模覆砂工艺 Permanent Mold with Sand Lining Proces 是在铁型和模 具之间留有一定的缝隙 喷入覆膜砂并固化后 获得型腔的方法 其最突出的特 点就是铸型刚性强和冷却速度快 覆砂层 铁型 砂箱 铸件 铁型代替了传统的砂 箱 型腔有非常高的刚性 在铸件凝固过程中 石 墨化膨胀阶段可以利用型 壁高刚性的特点实现自补 缩 覆砂层是过渡层 可 以通过改变其厚度来调节 铸件冷却速度在合理区间 冷却速度提高对
4、晶粒细 化和减小珠光体片间距有 显著作用 利用铁模覆砂铸造工艺的高刚性和较快的冷却速度 我们可以得到组织致密 无缩孔缩松缺陷 晶粒细小 材质性能提升的铸件 对球铁 蠕铁 灰铁质量 都有显著地效果 铁模覆砂工艺示意图 10 公司图标 四 模具设计 11 公司图标传统工艺 3 被主壁厚型腔吸收了 部分热量的铁液 温度降 低并沉积在法兰和底面凸 台等厚大部位 温度的降低可以减小 液态体收缩 对避免缩孔 缩松有好处 1 对排气管类铸件 采 用从主壁厚处进铁水的工 艺设计 2 充型过程中 主壁厚型 腔被高温铁液动态填充 使 得铸件大部分高温区覆盖在 薄壁部位 对避免薄壁区冷 隔有利 模具设计 12 公司
5、图标 在确定了进铁液位置 后 设计了如下的布模 方式 一箱四件 优点是布局紧凑 出 品率为76 3 各个铸件 进铁液位置统一 排气 方向统一 利于后期质 量分析和管理 使用的铁型外廓规格 和公司其余产品相同 可以在现有的生产线上 运行 坭芯排气方向 模具设计 13 公司图标 浇注系统采用封闭式 设计 内浇道阻流 挡 渣能力较好 各浇道截 面比为 直 横 内 1 36 1 3 1 滤网座和集渣包 内浇道 模具设计 14 公司图标 定位销孔 模具加热电热管孔 底部排布1 5Kw 6条电阻加热 管 配合温控装置将模具温度保持 在250 300 温度过低覆膜砂固化时间长 影响生产效率 最重要的是固化
6、时间长会引起覆膜砂铸型起模困难 甚至崩烂铸型 温度过高会造成覆膜砂烤焦 强度下降 出现砂眼等缺陷 模具设计 15 公司图标 五 铁型设计 16 公司图标 铁型的设计 铁模覆砂工艺控制铸件冷却速度的关键是选择合理的覆砂层和 铁型壁厚 对于不同壁厚铸件 期望的冷却速度不一样 覆砂层厚度也要 做相应的调整 例如曲轴产品 厚大件不用过分担心白口或渗碳体问 题 只要表层不激冷就可以适当减薄覆砂层来加快铸型冷却速度 兼 顾考虑覆砂层强度 一般设计为6 7mm 而对于薄壁件 通常的观点 是增加覆砂层厚度 减小白口倾向 为了确定排气管铸件的覆砂层厚度 我们做了下面的模型具体分 析 铁型设计 17 公司图标 为
7、了确定覆砂层厚度 我为了确定覆砂层厚度 我 们从排气管壁厚切取们从排气管壁厚切取 10 10mm10 10mm单元 做定量分析单元 做定量分析 E1 E2 铸件凝固过程 分别向坭芯 和型壁释放热量 按照铸件壁厚 4 5mm计算 从1400 的浇注温度 降到720 共析点 共释放结晶潜 热 热传递能量约为1430J E1 E2 1430J 铁型设计 18 公司图标 铁型 砂箱 覆砂层 铸件 坭芯 对于铸铁凝固 我们希望在共析 点以上有足够的冷却速度 有利于奥 氏体枝晶骨架生长和晶粒细化 通过 共析点速度要快 可以促成细片状珠 光体 有利于力学性能提高 铸型的工作温度为200 250 铸件凝固到共
8、析点时放出的热量全部 传递到覆膜砂层 使得覆膜砂温度升 高 通过热传导计算 得出 1 按照覆砂层厚度为10mm 则铸 件在共析点放出的热量使得覆砂层温 度可以升高到718 2 按照覆砂层厚度为8mm 则铸 件在共析点放出的热量使得覆砂层温 度可以升高到847 铁型设计 19 公司图标 8mm覆砂层会升高 到此温度 高于共析 点 共析温度 10mm覆砂层会升 高到此温度 和共析 点接近 在实际情况 铸型温度不可能超过铸件温度 因此可以得出结论 8mm覆砂层 容纳不了铸件在共析点以上的热量 必定会像铁型传热 而10mm覆砂层 温度和 铸件相当 说明没有向铁型传热 因此10mm覆砂层和普通树脂砂型铸
9、造在共析点 以前的冷却条件接近 只是会在共析点后加快铸件冷却 铁型设计 20 公司图标 铁型体积比热容为砂的2 6倍 可以比型砂储存更多的热量 铁 型参与传热时 型壁温度梯度陡峭 从以上两种冷却状态看出 1 对于排气管铸件 如果选用10mm覆砂层 砂层的蓄热能力过大 完全可以容纳共析点以上的凝固潜热 形同树脂砂铸造 只有在共 析转变后才能借助铁型加快冷却 然而此时对铸件性能提升已经没有 太大意义 2 对于8mm覆砂层 型砂不足以容纳共析点以上的潜热 必须传 递热到铁型 因此可以比树脂砂铸型更快速地通过共析点 因此10mm覆砂层是薄壁铸件 4 5mm 的临界点 综合考虑铸件 结构和覆砂层强度 决
10、定选取8mm作为排气管铸件覆砂层厚度 铁型设计 21 公司图标 铁型壁厚的确定 铁型的设计包含铁型壁厚和射 孔布置 1 壁厚 壁厚要能满足连续生产的温度 既不能低于覆膜砂的固化温度200 250 为了铸件凝固放热维持铁型 在工作温度 铁型必须设计的较轻 薄 兼顾考虑强度 将型腔平均壁 厚设计为20mm 周边加强筋厚度为 30mm 铁型重量为600kg 包含上下 铁型 铁型设计 22 公司图标 2 射砂孔位置的确定 射砂孔在铁模覆砂工艺中主 要有两个作用 1 覆膜砂从射孔喷入铁型和模 具之间的缝隙 获得铸型 因此 射砂孔要布置在模具高点对应的 位置 以保证获得完整的型腔 左图为排气管铁型射孔布置
11、 2 铸型浇注过程中型腔中的空 气和型壁挥发气体渗出的通道 对于排气管类铸件 半模高度一 般小于40mm 射孔高度小于30mm 同时还有分型面排气 现有的排 气能力足够 不需要在摸样高点 设置排气针引气 生产至今未发 生过气隔气孔现象 射砂孔D 25mm 铁型设计 23 公司图标 模具装在造型主机 上 覆好砂的铸 型 装好坭 芯 开箱出来的铸件 铁型设计 24 公司图标 总结 对比潮模或者树脂砂方式生产的排气管 铁模覆砂工艺由于具备冷却 快 自补缩能力强等特点 铸件组织致密 缩孔缩松废品率大大降低 并 且尺寸准确 变形小 原材料和生产成本较低 采用上文描述的工艺 可 以满足实际生产需要 工艺成熟 是铁模覆砂工艺生产薄壁零件的成功应 用案例 总结 此课件下载可自行编辑修改 此课件供参考 部分内容来源于网络 如有侵权请与我联系删除
