一种耐磨件壳型铸造方法与流程

本发明应用于铸造领域，提供了一种薄壁壳型铸造方法，尤其适用于耐磨件的铸造生产。

背景技术：

用强度较高的热固性硅砂或锆砂与树脂的混合料形成薄壳铸型，浇注金属液获得铸件的方法为壳型铸造。覆膜砂在预热约280-320℃的金属模板内成型结壳，通常情况下，壳型分为两层，表层面为一层薄壳，可使铸件表面光洁，第二层为加固层，为增加壳型的强度。两个半壳型扣合，放入砂箱中，周围加入钢丸固定，浇注金属液，冷却后形成铸件。目前为提高生产率，壳型做成一层，为保证造型强度，厚度一般不低于5mm。大批量生产时，采用覆砂铁型，在预热后的金属型内腔覆上一层型砂，将壳型与金属型结合，可避免产生白口组织。

上述两种壳型造型工艺均有助于金属液的快速凝固，减小铸态组织，其缺点主要有两个方面，一是壳型厚度较厚，价格昂贵的覆膜砂用料大，生产成本高，二是壳型外面的金属型或钢丸冷却快，尤其是耐磨铸件，由于其碳化物多，脆性大，需要在凝固后缓慢冷却，尤其是相变完成后，防止温度应力和组织应力产生的裂纹，这就需要增加壳型厚度减缓冷却速度，但增加壳型厚度又带来金属液冷却速度慢，覆膜砂用量大的矛盾。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：提供一种耐磨件壳型铸造方法，在减薄壳型厚度，增加金属液的凝固速度条件下，减缓高温固体铸件的冷却速度，防止裂纹产生。

本发明采用的技术方案是：耐磨件壳型铸造方法包括砂箱造型和浇注，砂箱造型包括下列步骤：1）上箱造型，高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成上壳型和封箱壳，为减少覆膜砂用量，上壳型和封箱壳厚度不大于3mm，以金属模成型最小厚度为最佳。然后移走上金属模，更换为上箱体，检查壳型，对上壳型或封箱壳的局部未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。将浇口壳型定位在内浇口上，上箱体内添加钢丸，钢丸加满后，刮平上箱体上口，覆盖上农膜，上箱抽真空，从下金属模上脱模移走，完成上箱造型。2）下箱造型，高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成下壳型和封箱壳，为减少覆膜砂用量，下壳型和封箱壳厚度不大于3mm，以金属模成型最小厚度为最佳。移走上金属模，更换为下箱体，检查壳型，对下壳型或封箱壳的局部未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。下箱体内添加钢丸，钢丸加满后，刮平下箱体上口，覆盖下农膜，下箱抽真空，从下金属模上脱模移走，完成下箱造型。3）合箱，下箱翻转平放在振动浇注台上，上箱定位扣合下箱；对于中空铸件，合箱时需要下芯操作。4）覆盖保温层；在砂箱顶面及四周覆盖石英砂或保温棉保温层。浇注在振动浇注台上完成，浇注时砂箱处于真空状态，浇注后立即振动，撤真空前振动停止。振动采用低幅高频振动，振幅不大于5mm，频率为100-200hz。

本发明的有益效果是：壳型厚度减薄约一半，覆膜砂使用量降低一半。解决了增加凝固速度与减缓铸件冷却速度的矛盾，细化了铸态晶粒，避免了温度应力和组织应力产生的裂纹。本方法对铸件的热处理产生了较大影响，大大降低了热处理能耗。

附图说明

图1为实施例1砂箱结构示意图；

图2为实施例1上壳型制作示意图；

图3为实施例1上箱加砂示意图；

图4为实施例2砂箱结构示意图；

图5为实施例2下箱加砂示意图；

其中：1-石英砂、2-上农模、3-钢丸、4-浇口、5-上壳型、6-上箱体、7-下箱体、8-下农膜、9-下壳型、10-封箱壳、11-真空接口、12-上金属模、13-下金属模、14-砂芯。

具体实施方式

实施例1。

高铬篦条为烧结机常用耐热疲劳的耐磨易损件，附图1为高铬篦条壳型铸造砂箱结构示意图，砂箱由上箱和下箱合箱而成，一箱两件或四件。上箱底部由上壳型5和封箱壳10覆盖上箱体6的下口，上壳型5和封箱壳10的厚度不大于3mm，以模具成型的最小厚度为佳。上箱顶部由上农膜2覆盖上箱体6的上口，上箱体6的内部充填钢丸3，在上箱体6上设计有真空接口11，浇口4将篦条型腔引出上箱顶部，用作浇注系统，浇注系统的壳型厚度不小于5mm，保证上箱体6内添加钢丸时有足够的强度。下箱顶部由下壳型9和封箱壳10覆盖下箱体7的上口，下壳型9和封箱壳10的厚度不大于3mm，以模具成型的最小厚度为佳。下箱底部由下农膜8覆盖下箱体7的下口，下箱体7内部充填钢丸3，在下箱体7上同样设计有真空接口11。上箱和下箱的真空接口11连接真空泵，在上下箱合箱和浇注过程中，保持上下箱真空状态，防止塌箱。若上箱体6和下箱体7为钢铁材质，则石英砂1覆盖整个砂箱四周及上箱顶面，若上箱体6和下箱体7为木砂箱，则石英砂1只覆盖上箱顶面。

高铬篦条金属液浇注时，由浇口4经内浇道进入篦条型腔，浇注系统的壳型厚度较厚，可起到保温作用，篦条型腔的壳型厚度较薄，金属液可实现快速凝固，包围型腔的钢丸3可快速吸热，加大金属液的过冷度，有利于凝固形核，起到减小晶粒，防止粗大铸态树枝晶的作用。篦条型腔金属液凝固后，上下箱可撤掉真空。由于砂箱四周由不良导热物体包围，如石英砂、木材，所以高温固态篦条冷速缓慢。这种砂箱结构保证了篦条的快速凝固和缓慢的固态冷却，在保证细小铸态晶粒的同时，避免了温度应力和组织应力产生的裂纹。

高铬篦条上壳型5的制作如附图2所示，上金属模12和下金属模13之间的空腔为上壳型5和封箱壳10，高压空气将覆膜砂送入该空腔，加热280-320℃硬化后，上金属模12移走，换为上箱体6。检查壳型质量，如果有局部壳型未成形，可快速补加覆膜砂，利用下金属模13的预热硬化。上箱造型如附图3所示，浇口4壳型定位在内浇口上，上箱体6内添加钢丸3。钢丸3加满上箱体6之后，刮平上箱体6上口，覆盖上农膜2。上箱的真空接口11接真空泵，抽真空，上箱从下金属模13上脱模移走，完成上箱操作。

上箱内充填钢丸时，壁厚较薄的壳型在下金属模13的随形支撑下，不会因强度不足产生受压破坏。上箱抽真空使得钢丸成为一体，不产生流动，同时，在负压作用下，上壳型5和封箱壳10从下金属模13上脱模更为顺利。一般情况下，上箱的高度不高于700mm，钢丸3对壳型产生的向下压力低于大气压向上压力，在上农膜2、上壳型5和封箱壳10完整不透气的情况下，大气压的作用使得上箱作为一个整体，不会产生塌箱。本实施例上箱高度不足100mm，在脱模和移动过程中，无塌箱风险。

高铬篦条下箱造型同上箱，主要区别有两个方面，一是不需要浇口壳型，用下箱体7替换上金属模12后直接添加钢丸3，覆盖下农膜8即可。二是需要翻箱操作，下箱加钢丸脱模前与附图3一致，抽真空脱模后需要翻转180°放平，如附图1下箱所示。

由于高铬篦条的上箱体和下箱体尺寸较小，钢丸用量较少，木质砂箱的强度能够满足要求。木质砂箱保温性较好，上下箱合箱后，在上箱顶面撒铺一层石英砂，该石英砂层厚度不小于50mm，主要起保温作用，同时该石英砂层还起到保护上农膜2，防止浇注过程中高温金属液烫坏上农膜2的作用，从而保证上箱的真空度，保证较薄的壳型不塌箱。

若覆膜砂在金属型中充型不良，壳型成型有缺陷，上金属模12脱模后，添加钢丸前，用覆膜砂修补，保证不漏气即可。所以从降低覆膜砂用量和提高金属液凝固速度而言，尽可能减小壳型的厚度。该造型方法在减薄壳型壁厚、大大降低覆膜砂用量的前提下，几乎不产生壳型废品，使得覆膜砂材料成本比原来降低1/2-2/3。

高铬篦条砂箱合箱后放置在振动浇注台上，金属液快速浇注，当浇口充满时，启动振动电机，金属液在高频低幅的振动下，铸态树枝晶被振断，形成核心，进一步细化晶粒。振动振幅不大于5mm，振动频率为100-200hz。

按照上述方法生产的高铬篦条，不经热处理，铸态下可以直接使用，使用寿命与热处理状态相当。与粘土砂高铬篦条生产成本相比，虽然造型成本增加，但省去了高耗能的热处理工序，总得来说，生产成本降低，而且表面质量明显好于粘土砂，具有明显的竞争优势。

实施例2。

斗齿是挖掘机上用量最大的耐磨件，附图4为斗齿壳型铸造砂箱结构示意图，砂箱同样由上箱和下箱合箱而成，与实施例1的区别有两点，一是斗齿为中空结构，设计有螺栓孔，所以斗齿壳型型腔内安装有砂芯14，二是上下箱体均采用钢铁材质，石英砂1保温层除覆盖上箱顶面外，还覆盖砂箱四周，防止钢铁砂箱向四周散热。

附图5为斗齿壳型铸造下箱加砂示意图。下壳型9由上下金属模成型后，移走上金属模，换为下箱体7，同时检查下壳型9和封箱壳10质量，如果有局部壳型未成形，可快速补加覆膜砂，利用下金属模13的预热硬化，只要保证砂箱抽真空不漏气即可。下箱体7内添加钢丸3，钢丸3加满后刮平，覆盖下农膜8。浇注前合箱时，真空接口11接真空泵，抽真空，下箱从下金属模13上脱模移走，然后旋转180°平放，完成下箱操作。

上箱造型与实施例1的上箱操作一致，只是合箱操作时，增加了下芯工序。下箱在振动浇注台放置平稳后，安放砂芯14，然后合上箱。砂箱上及四周覆盖好石英砂保温层，即可浇注。在合箱及浇注过程中，上下箱保持抽真空，金属液凝固后方可撤掉真空。

斗齿壳型合箱后快速浇注金属液，当浇口充满时，启动振动电机，金属液在高频低幅的振动下，铸态树枝晶被振断，形成核心，起到细化铸态晶粒作用。振动时，振幅不大于5mm，频率为100-200hz。

采用上述造型和振动浇注方法生产的挖掘机斗齿，晶粒细化，同等硬度条件下，韧性好，产品使用寿命长。挖掘机斗齿多采用中低碳合金钢材质，铸造后需经退火、淬火和回火三道热处理工序，本方法生产的斗齿清理后高频淬火即可，大大降低了热处理能耗。

上述两个实施例均采用石英砂保温，也可以采用保温棉等其他保温措施，虽然保温棉保温效果好，但材料成本较高。