1、二零一三年八月薄壁排气管铸件的薄壁排气管铸件的铁模覆砂工艺铁模覆砂工艺内容提要内容提要1 1：薄壁排气管铸件介绍：薄壁排气管铸件介绍2 2：当前国内铸造工艺优缺点概述：当前国内铸造工艺优缺点概述3 3：铁模覆砂工艺介绍：铁模覆砂工艺介绍4 4：模具设计：模具设计5 5：铁型设计：铁型设计6 6：现场工艺控制：现场工艺控制7 7：质量状况：质量状况8 8：总结：总结-2- 公司图标 一、薄壁排气管铸件介绍一、薄壁排气管铸件介绍-3- 公司图标目目 录录 车用无水冷排气管是一种薄壁小件，毛坯重量车用无水冷排气管是一种薄壁小件，毛坯重量6-86-8千克，壁厚千克，壁厚4.5-6mm4.5-6mm，通
2、常，通常 牌号有牌号有QT450-10QT450-10、RuT300RuT300、RuTSi4MoRuTSi4Mo、QTSi4MoQTSi4Mo等等-4- 公司图标 排气管解剖图排气管解剖图 材材 质：质：RuT300RuT300 组组 织：蠕化率织：蠕化率50% 50% ，F F+P+P 拉伸强度：拉伸强度：300MPa300MPa 延延 伸伸 率：率：1.5%1.5% 硬硬 度：度：150-230HBS150-230HBS 主主 壁壁 厚：厚：4.54.5土土0.5mm0.5mm-5- 公司图标 二、二、当前国内铸造工艺优缺点概述当前国内铸造工艺优缺点概述-6- 公司图标 目前国内常用的铸
3、造工艺有潮模砂铸造、树脂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。几种工艺各有优砂铸造、组芯造型、消失模工艺。几种工艺各有优缺点：缺点： 1 1：传统的砂型铸造工艺，材料成本低，设备简单。：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有限，并且带来的人工成本增加和出
4、品率降低却不容乐观；容乐观； 2 2：树脂砂铸造以及组芯造型：铸型刚性有很大提高：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，但是材料成本高，超过潮模砂100-150%100-150%，经济效，经济效益很差；益很差； 3 3：消失模工艺：造型简单、成本低廉，可以解决缩：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，但是目前还孔缩松问题，表面质量也有很大提升，但是目前还没找到有效的办法来稳定变形问题，特别是长度超没找到有效的办法来稳定变形问题，特别是长度超过过500mm500mm的排气管。的排气管。 受到结构和铸造工艺受到结构和铸造工艺的
5、影响，容易形成缩的影响，容易形成缩孔缩松的部位孔缩松的部位-7- 公司图标 三、三、铁模覆砂工艺介绍铁模覆砂工艺介绍-8- 公司图标 铁模覆砂工艺（铁模覆砂工艺（Permanent Mold with Sand Lining ProcesPermanent Mold with Sand Lining Proces），是在铁型和模），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。点就是铸型刚性强和冷却速度快。 覆砂层覆砂层 铁型（砂箱）铁型（砂箱） 铸件铸件 铁
6、型代替了传统的砂铁型代替了传统的砂箱，型腔有非常高的刚性箱，型腔有非常高的刚性，在铸件凝固过程中，石，在铸件凝固过程中，石墨化膨胀阶段可以利用型墨化膨胀阶段可以利用型壁高刚性的特点实现自补壁高刚性的特点实现自补缩；缩； 覆砂层是过渡层，可覆砂层是过渡层，可以通过改变其厚度来调节以通过改变其厚度来调节铸件冷却速度在合理区间铸件冷却速度在合理区间；冷却速度提高对晶粒细；冷却速度提高对晶粒细化和减小珠光体片间距有化和减小珠光体片间距有显著作用。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
7、陷、晶粒细小、材质性能提升的铸件。对球铁、蠕铁、灰铁质量，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。都有显著地效果。 铁模覆砂工艺示意图铁模覆砂工艺示意图-9- 公司图标 四、四、模具设计模具设计-10- 公司图标传统工艺传统工艺 3 3：被主壁厚型腔吸收了：被主壁厚型腔吸收了部分热量的铁液，温度降部分热量的铁液，温度降低并沉积在法兰和底面凸低并沉积在法兰和底面凸台等厚大部位。台等厚大部位。 温度的降低可以减小温度的降低可以减小液态体收缩，对避免缩孔液态体收缩，对避免缩孔缩松有好处。缩松有好处。 1 1：对排气管类铸件，采：对排气管类铸件，采用从主壁厚
8、处进铁水的工用从主壁厚处进铁水的工艺设计。艺设计。2 2：充型过程中，主壁厚型：充型过程中，主壁厚型腔被高温铁液动态填充，使腔被高温铁液动态填充，使得铸件大部分高温区覆盖在得铸件大部分高温区覆盖在薄壁部位，对避免薄壁区冷薄壁部位，对避免薄壁区冷隔有利。隔有利。 模具设计模具设计-11- 公司图标 在确定了进铁液位置在确定了进铁液位置后，设计了如下的布模后，设计了如下的布模方式，一箱四件。方式，一箱四件。 优点是布局紧凑、出优点是布局紧凑、出品率为品率为76.3%76.3%，各个铸件，各个铸件进铁液位置统一，排气进铁液位置统一，排气方向统一，利于后期质方向统一，利于后期质量分析和管理。量分析和管
9、理。 使用的铁型外廓规格使用的铁型外廓规格和公司其余产品相同，和公司其余产品相同，可以在现有的生产线上可以在现有的生产线上运行。运行。 坭芯排气方向坭芯排气方向 模具设计模具设计-12- 公司图标 浇注系统采用封闭式浇注系统采用封闭式设计，内浇道阻流，挡设计，内浇道阻流，挡渣能力较好，各浇道截渣能力较好，各浇道截面比为面比为直：直：横：横：内内=1.36:1.3:1=1.36:1.3:1。滤网座和集渣包滤网座和集渣包内浇道内浇道 模具设计模具设计-13- 公司图标 定位销孔定位销孔 模具加热电热管孔模具加热电热管孔 底部排布底部排布1.5Kw1.5Kw* *6 6条电阻加热条电阻加热管，配合温
10、控装置将模具温度保持管，配合温控装置将模具温度保持在在250-300250-300。 温度过低覆膜砂固化时间长，温度过低覆膜砂固化时间长，影响生产效率。最重要的是固化时影响生产效率。最重要的是固化时间长会引起覆膜砂铸型起模困难，间长会引起覆膜砂铸型起模困难，甚至崩烂铸型。甚至崩烂铸型。 温度过高会造成覆膜砂烤焦，温度过高会造成覆膜砂烤焦，强度下降，出现砂眼等缺陷。强度下降，出现砂眼等缺陷。 模具设计模具设计-14- 公司图标 五、五、铁型设计铁型设计-15- 公司图标公司图标 铁型的设计铁型的设计 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模覆砂工艺控制铸件冷却速度的关键是选择合
11、理的覆砂层和铁型壁厚。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，兼顾考虑覆砂层强度，一般设计为6-7mm6-7mm；而对于薄壁件，通常的；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。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
12、层厚度，我们做了下面的模型具体分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。析。 铁型设计铁型设计-16- 公司图标 E1E1 E2E2 铸件凝固过程，分别向坭芯铸件凝固过程，分别向坭芯和型壁释放热量。按照铸件壁厚和型壁释放热量。按照铸件壁厚4.5mm4.5mm计算，从计算，从14001400的浇注温度的浇注温度降到降到720720共析点，共释放结晶潜共析点，共释放结晶潜热热+ +热传递能量约为热传递能量约为1430J1430J。 E1+E2=1430JE1+E2=1430J 铁型设计铁型设计-17- 公司图标公司图标 铁型（砂箱）铁型（砂箱） 覆砂层覆砂层 铸件铸件 坭芯坭芯
13、 对于铸铁凝固，我们希望在共析对于铸铁凝固，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。光体，有利于力学性能提高。 铸型的工作温度为铸型的工作温度为200-250200-250，铸件凝固到共析点时放出的热量全部铸件凝固到共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：高。通过热传导计算，得出： 1 1：按照覆砂层厚度为：按照覆砂层厚度为10mm1
14、0mm，则铸，则铸件在共析点放出的热量使得覆砂层温件在共析点放出的热量使得覆砂层温度可以升高到度可以升高到718718； 2 2：按照覆砂层厚度为：按照覆砂层厚度为8mm8mm，则铸，则铸件在共析点放出的热量使得覆砂层温件在共析点放出的热量使得覆砂层温度可以升高到度可以升高到847847； 铁型设计铁型设计-18- 公司图标公司图标 8mm 8mm覆砂层会升高覆砂层会升高到此温度，高于共析到此温度，高于共析点点 共析温度共析温度 10mm10mm覆砂层会升高覆砂层会升高到此温度，和共析点到此温度，和共析点接近接近 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，在实际情况，铸型温度不
15、可能超过铸件温度，因此可以得出结论，8mm8mm覆砂层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。而容纳不了铸件在共析点以上的热量，必定会像铁型传热。而10mm10mm覆砂层，温度和覆砂层，温度和铸件相当，说明没有向铁型传热，因此铸件相当，说明没有向铁型传热，因此10mm10mm覆砂层和普通树脂砂型铸造在共析点覆砂层和普通树脂砂型铸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。以前的冷却条件接近，只是会在共析点后加快铸件冷却。 铁型设计铁型设计-19- 公司图标公司图标 铁型体积比热容为砂的铁型体积比热容为砂的2.62.6倍。可以比型砂储存更多的热量，铁倍。可以比型砂
16、储存更多的热量，铁型参与传热时，型壁温度梯度陡峭。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：从以上两种冷却状态看出： （1 1）对于排气管铸件，如果选用）对于排气管铸件，如果选用10mm10mm覆砂层，砂层的蓄热能力过大覆砂层，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，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。没有太大意义。 （2 2）对于）对于8mm8mm覆砂层，型砂不足以容纳共析点以上的潜热，必须
17、传覆砂层，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。递热到铁型，因此可以比树脂砂铸型更快速地通过共析点。 因此因此10mm10mm覆砂层是薄壁铸件（覆砂层是薄壁铸件（4.5mm4.5mm）的临界点。综合考虑铸件）的临界点。综合考虑铸件结构和覆砂层强度，决定选取结构和覆砂层强度，决定选取8mm8mm作为排气管铸件覆砂层厚度。作为排气管铸件覆砂层厚度。 铁型设计铁型设计-20- 公司图标公司图标 铁型壁厚的确定铁型壁厚的确定 铁型的设计包含铁型壁厚和射铁型的设计包含铁型壁厚和射孔布置。孔布置。 1 1：壁厚：壁厚 壁厚要能满足连续生产的温度，壁厚要能
18、满足连续生产的温度，既不能低于覆膜砂的固化温度既不能低于覆膜砂的固化温度200-200-250250。为了铸件凝固放热维持铁型。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，将型腔平均壁薄。兼顾考虑强度，将型腔平均壁厚设计为厚设计为20mm20mm，周边加强筋厚度为，周边加强筋厚度为30mm30mm，铁型重量为，铁型重量为600kg600kg（包含上下（包含上下铁型）。铁型）。 铁型设计铁型设计-21- 公司图标公司图标2 2：射砂孔位置的确定：射砂孔位置的确定 射砂孔在铁模覆砂工艺中主要射砂孔在铁模覆砂工艺中主要有两个作用：有两个作用：
19、 1 1：覆膜砂从射孔喷入铁型和模具：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；左置，以保证获得完整的型腔；左图为排气管铁型射孔布置。图为排气管铁型射孔布置。 2 2：铸型浇注过程中型腔中的空气：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，半模高度一般于排气管类铸件，半模高度一般小于小于40mm,40mm,射孔高度小于射孔高度小于30mm30mm，同，同时还有分型面排气，现有的排气时还有分型面排气，现有的排气能力足够，不
20、需要在摸样高点设能力足够，不需要在摸样高点设置排气针引气。生产至今未发生置排气针引气。生产至今未发生过气隔气孔现象。过气隔气孔现象。 射砂孔射砂孔D=25mmD=25mm 铁型设计铁型设计-22- 公司图标公司图标 模具装在造型主机上模具装在造型主机上 覆好砂的铸型覆好砂的铸型 装好坭芯装好坭芯 开箱出来的铸件开箱出来的铸件 铁型设计铁型设计-23- 公司图标公司图标总结总结 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。用案例。 总结总结
