專利名稱：鑄型砂箱及其磁力緊實鑄造造型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)涉及到球墨鑄鐵的鑄造造型方法，尤其是一種鑄型砂箱及 其磁力緊實鑄造造型方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)上的鑄鐵是一種以鐵、碳、硅為基礎的復雜的多元合金，其
碳的質(zhì)量分數(shù)一般在2. 0% 4. 0%的范圍內(nèi)變動。純鐵在加熱或冷卻過 程中還有磁性的轉(zhuǎn)變，溫度高于77(TC時，無磁性，溫度低于770。C時 有磁性。球墨鑄鐵是指用球化劑處理鐵液后，石墨呈球狀的鑄鐵。鑄 鐵共晶轉(zhuǎn)變溫度是H53。C (Fe-C穩(wěn)定態(tài))或1147°C(Fe-Fe3C亞穩(wěn)定 態(tài))?？s孔和縮松是球墨鑄鐵的主要缺陷。 1.特點
縮孔和縮松在球墨鑄鐵中要比普通灰鑄鐵中更為普遍。要防止它 們，就必須給予更多的注意和控制。能夠明顯看出的、尺寸較大而又 集中的孔洞叫縮孔，不易看清的、細小分散的孔洞叫縮松。
大多在鑄件熱節(jié)的上部產(chǎn)生縮孔。在鑄件熱節(jié)處、在縮孔的下方 往往有比較分散的縮松。但是，對于一些壁厚均勻的中心，或者是在 厚壁的中心部位，也可能出現(xiàn)縮松。
有些縮松的體積很小，只有在顯微鏡下才能被發(fā)現(xiàn)。這種縮松呈 多角形，有時連續(xù)，有時斷續(xù)，分布在共晶團邊界。這種縮松叫顯微 縮松。球墨鑄鐵縮孔與縮松的體積比普通灰鑄鐵、白口鑄鐵和碳鋼的都
要大。球墨鑄鐵的縮孔與縮松的體積有可能是普通灰鑄鐵的3 4倍， 或者更多。
2.球墨鑄鐵縮孔與縮松增大的原因
2. l球狀石墨在鐵液中析出
經(jīng)過球化處理后，球狀石墨便會立即在鐵液中析出，并且，隨著 溫度的逐步降低，鐵液中的石墨球逐漸長大。石墨析出和長大的過程， 伴隨有液態(tài)金屬的膨脹。
2. 2離異共晶轉(zhuǎn)變
球墨鑄鐵以離異共晶的方式進行共晶轉(zhuǎn)變。其凝固方式是內(nèi)外幾 乎是同時進行的粥樣凝固，因而容易形成顯微縮松。 2. 3共晶凝固膨脹量大
由于呈粥樣凝固，鑄件在共晶轉(zhuǎn)變期間要持續(xù)很長時間，球墨鑄 鐵的共晶凝固時間可比普通灰鑄鐵延長一倍還要多。因此，導致共晶 轉(zhuǎn)變的石墨化膨脹增大。
2.4型壁移動
在共晶凝固期間，由于粥樣凝固決定了鑄件表面的凝固層很薄， 以致不能建立起足夠強度的凝固外殼，以抑制共晶凝固期間產(chǎn)生的石 墨化膨脹，致使鑄型內(nèi)壁向外移動。在鑄型剛度不夠的情況下，使型 腔尺寸增大，由此導致縮孔和縮松的體積進一步增大。
2.5球化處理使鐵液的過冷度加大
鐵液經(jīng)過球化處理后，原有的氫、氧、氮和CO氣體含量減少，鐵液得到凈化，致使外來的核心減少。并且，鐵液的過熱溫度越高，凈 化的程度也越高，由此導致的過冷傾向也更加劇。此外，球化元素鎂 和稀土均能與碳形成碳化物，由此減小了石墨化程度，加大了收縮傾 向。
3.防止產(chǎn)生縮孔和縮松的措施 3. 1鐵液成分
碳、硅、錳、稀土、鎂的含量必須適當。含碳量高，可使縮孔和 縮松的傾向減小，但含碳量過高，會產(chǎn)生石墨漂浮。對于薄壁鑄件來 說，碳、硅含量低時，易產(chǎn)生游離碳化物。對于厚壁鑄件，可采用較 低的碳量，并適當增加硅量。錳易形成碳化物，容易促使形成縮孔和 縮松。為此，應當力求降低含錳量，尤其是對于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵， 更應如此。
在保證球化的前提下，不使鎂和稀土的殘留量過高。 3. 2鐵液狀態(tài)
縮孔和縮松傾向小的鐵液，所具有的冷卻曲線的斜率應較小。共
晶凝固時的膨脹要小。為此，要滿足的條件是
① 冷卻速度慢。
② 碳當量高，析出石墨的傾向大。
③ 鐵液中有效石墨核心數(shù)量多。
④ 良好的孕育效果。
2.6鑄型剛度
對于濕砂型來說，鑄型的剛度要求在90 (B型硬度計)以上，希望能達到40MPa的抗壓強度。此外，砂箱的緊固也十分重要的。對于 金屬型覆砂(覆砂厚度8mm左右)以及用自硬砂制作大型鑄件時，可 以實現(xiàn)無冒口鑄造。此時，要滿足的條件是
式中 G —由碳的石墨化而引起的鐵液膨脹量；
鐵液的液態(tài)收縮；
a2一凝固收縮；
P —鑄型膨脹量。
自硬砂制作大型鑄件，生產(chǎn)效率低，適宜用于小批量生產(chǎn)。在大 批量生產(chǎn)中，濕砂型工藝的致命弱點是鑄型的剛度不均勻，有的部 位，如垂直面的剛度就往往難以達到90以上的要求。目前用得最多的
是金屬型覆砂造型方法。該方法鑄型剛度好，鑄型膨脹量小，防止縮 孔和縮松的效果好。但該方法有如下缺點
① 生產(chǎn)線所需的金屬型砂箱數(shù)量多，資金投入大，生產(chǎn)的成本高。
② 生產(chǎn)線柔性差。 一種金屬型砂箱只能生產(chǎn)固定的品種的鑄件， 更換鑄件品種時，就要更換金屬型砂箱。難度大，難以組織小批量多 品種的生產(chǎn)。
③ 金屬型砂箱不透氣，澆注鐵液時，覆砂中樹脂等物品燃燒發(fā)出 的氣體排出困難，易侵入鐵液，形成氣孔缺陷。
④ 球墨鑄鐵鑄造應力是灰鑄鐵的2 3倍，與鑄鋼相近。因此， 球墨鑄鐵具有冷裂傾向。而金屬型砂箱又阻礙鑄件的收縮，使鑄件的 鑄造應力增大，從而加大了鑄件冷裂的傾向，影響產(chǎn)品的可靠性。3. 4澆注溫度
為了防止產(chǎn)生縮孔和縮松，就要使液態(tài)收縮量減小，澆注溫度低 是有利的。但是，對于薄壁(lOmm)鑄件來說，容易出現(xiàn)碳化物。此 時，采用冒口補縮難以發(fā)揮作用。因此，適宜的澆注溫度還是取決于 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄件壁厚。
3.5澆注系統(tǒng)
采取順序凝固方式，對于鑄件、冒口、冒口頸、內(nèi)澆道、和橫澆 道的設計與安裝以及外冷鐵的設置和必要時采取金屬型等，均是行之 有效的防止縮孔和縮松的措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將垂直分型的殼型鑄型垂直立于截面 積上大下小的砂箱中，周邊用磁性金屬丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液 凝固結(jié)束期間砂箱底部的磁鐵工作，磁性金屬丸在重力和吸力的作用 下，在截面積上大下小的砂箱中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置 的殼型鑄型擠緊，增強了鑄型的剛性。殼型鑄型外面包有磁性金屬丸， 磁性金屬丸外面是截面積上大下小的砂箱，磁性金屬丸在重力和吸力 的作用下，在上大下小的砂箱中，向下擠壓，增強了鑄型的剛性，結(jié) 構(gòu)簡單，制造容易，安裝使用方便，鑄件質(zhì)量好，防止有縮孔和縮松 的鑄件出現(xiàn)。
根據(jù)球墨鑄鐵的機理和性能要求，本發(fā)明提出了如下滿意的技術(shù) 解決方案，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣的，其特征在于① 鑄型磁力緊實鑄造造型方法是將垂直分型的殼型鑄型垂直立 于截面積上大下小的砂箱中，周邊用磁性金屬丸充填，澆注鐵液結(jié)束 至鐵液凝固結(jié)束期間砂箱底部的磁鐵工作，磁性金屬丸在重力和吸力 的作用下，在截面積上大下小的砂箱中，其向下運動的趨勢將中間垂 直放置的殼型鑄型擠緊，增強了鑄型的剛性。
② 鑄型砂箱的結(jié)構(gòu)構(gòu)造是殼型鑄型外面是磁性金屬丸，磁性金 屬丸外面是截面積上大下小的砂箱，截面積上大下小的砂箱底下是底 板，底板底下是磁鐵。
將垂直分型的殼型鑄型垂直立于截面積上大下小的側(cè)面與垂線成 20 30°的倒立正棱臺型砂箱中，周邊用粒度l 5mm的鐵丸充填，澆
注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱底部的磁鐵工作，鐵丸在重力和吸力 的作用下，在截面積上大下小的倒立正棱臺型砂箱中，其向下運動的 趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型擠緊，增強了鑄型的剛性。
將垂直分型的殼型鑄型垂直立于截面積上大下小的側(cè)面與垂線成 20 30°的倒立錐臺型砂箱中，周邊用粒度1 5mm的鐵丸充填，澆注
鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱底部的磁鐵工作，鐵丸在重力和吸力的 作用下，在截面積上大下小的倒立錐臺型砂箱中，其向下運動的趨勢 將中間垂直放置的殼型鑄型擠緊，增強了鑄型的剛性。
本發(fā)明的優(yōu)點是
① 鑄型剛度好，鑄型膨脹量小，防止縮孔和縮松的效果好。
② 由于鐵丸的透氣性好，砂箱壁設置有帶網(wǎng)格的排氣 L，排氣通 暢，防止氣孔的效果好。③ 生產(chǎn)線十分方便組織小批量、多品種生產(chǎn)，如要更換鑄件品種 時，只需更換殼型鑄型就行了，這樣可以減少投資，降低成本。
④ 鐵液凝固結(jié)束后砂箱底部的磁鐵即停止工作，吸力解除，這時 磁性金屬丸僅僅受到重力作用下，有利于鑄件的收縮，有利于減小鑄 件的鑄造應力，從而減小了鑄件冷裂的傾向，提高了產(chǎn)品的可靠性。
每次生產(chǎn)消耗和排放的是殼型鑄型，其余的如磁性金屬丸等可 以重復使用，屬綠色生產(chǎn)。


附圖為本發(fā)明鑄型磁力緊實鑄造造型方法整體結(jié)構(gòu)主視加剖視圖。
附圖中殼型鑄型(l)、磁性金屬丸(2)、截面積上大下小的砂箱(3)、底 板(4)、磁鐵(5)。
具體實施例方式
本發(fā)明的最佳實施例是箱體是截面積上大下小的砂箱(3)，砂箱 (3)底下是底板(4)，底板(4)底下是磁鐵(5)，砂箱(3)里面充填磁性金屬丸
(2)，磁性金屬丸(2)中間是殼型鑄型(1)，即殼型鑄型a)外面有磁性金屬
丸(2)包裹著。
具體實施方式
1:將垂直分型的殼型鑄型(l)垂直立于截面積上大 下小的砂箱(3)中，周邊用磁性金屬丸(2)充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝 固結(jié)束期間砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，磁性金屬丸(2)在重力和吸力的 作用下，在截面積上大下小的砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(l)擠緊，增強了鑄型(l)的剛性。
具體實施方式
2:將垂直分型的殼型鑄型(l)垂直立于截面積上大下小的側(cè)面與垂線成1 45°的倒立正棱臺型砂箱(3)中，周邊用粒度0. 1 10mm的鐵丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，鐵丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立正棱臺型砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(l)
擠緊，增強了鑄型a)的剛性。
具體實施方式
3:將垂直分型的殼型鑄型(l)垂直立于截面積上大下小的側(cè)面與垂線成5 40°的倒立正棱臺型砂箱(3)中，周邊用粒度0. 5 8mm的鐵丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，鐵丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立正棱臺型砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(l)擠
緊，增強了鑄型a)的剛性。
具體實施方式
4:將垂直分型的殼型鑄型a)垂直立于截面積上大
下小的側(cè)面與垂線成10 35°的倒立正棱臺型砂箱(3)中，周邊用粒度1 5mrn的鐵丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，鐵丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立正棱臺型砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(l)擠緊，
增強了鑄型a)的剛性。
具體實施方式
5:將垂直分型的殼型鑄型a)垂直立于截面積上大
下小的側(cè)面與垂線成20 30。的倒立正棱臺型砂箱(3)中，周邊用粒度2 3mm的鐵丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，鐵丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立正棱臺型砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(1)擠緊，增強了鑄型(l)的剛性。
具體實施方式
6:將垂直分型的殼型鑄型(l)垂直立于截面積上大下小的側(cè)面與垂線成1 45°的倒立錐臺型砂箱(3)中，周邊用粒度0. 1 10mm的鐵丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，鐵丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立錐臺型砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(l)擠緊，增強了鑄型(l)的剛性。
以上方法的優(yōu)點是
① 鑄型剛度好，鑄型膨脹量小，防止縮孔和縮松的效果好。
② 由于鐵丸的透氣性好，砂箱壁設置有帶網(wǎng)格的排氣孔，排氣通暢，防止氣孔的效果好。
③ 生產(chǎn)線十分方便組織小批量、多品種生產(chǎn)，如要更換鑄件品種，只需更換殼型鑄型就行了，這樣可以減少投資，降低成本。
④ 鐵液凝固結(jié)束后砂箱底部的磁鐵即停止工作，吸力解除，這時磁性金屬丸僅僅受到重力作用下，有利于鑄件的收縮，有利于減小鑄件的鑄造應力，從而減小了鑄件冷裂的傾向，提高了產(chǎn)品的可靠性。
每次生產(chǎn)消耗和排放的是殼型鑄型，其余的如磁性金屬丸等可以重復使用，屬綠色生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種鑄型砂箱及其磁力緊實鑄造造型方法，其特征在于①鑄型磁力緊實鑄造造型方法是將垂直分型的殼型鑄型(1)垂直立于截面積上大下小的砂箱(3)中，周邊用磁性金屬丸(2)充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束期間砂箱(3)底部的磁鐵(5)工作，磁性金屬丸(2)在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的砂箱(3)中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(1)擠緊，增強了鑄型(1)的剛性。②鑄型砂箱的結(jié)構(gòu)構(gòu)造是殼型鑄型(1)外面是磁性金屬丸(2)，磁性金屬丸(2)外面是截面積上大下小的砂箱(3)，截面積上大下小的砂箱(3)底下是底板(4)，底板(4)底下是磁鐵(5)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的鑄型砂箱及其磁力緊實鑄造造型方法， 其特征在于將垂直分型的殼型鑄型(l)垂直立于截面積上大下小的側(cè)面 與垂線成20 30°的倒立正棱臺型砂箱(3)中，周邊用粒度1 5mm的 鐵丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵工作，鐵 丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立正棱臺型砂箱中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型a)擠緊，增強了鑄型a)的剛性。
3. 按照權(quán)利要求1所述的鑄型砂箱及其磁力緊實鑄造造型方法， 其特征在于將垂直分型的殼型鑄型(l)垂直立于截面積上大下小的側(cè)面 與垂線成20 30。的倒立錐臺型砂箱(3)中，周邊用粒度1 5mm的鐵 丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束砂箱(3)底部的磁鐵工作，鐵丸 在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的倒立錐臺型砂箱中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型(l)擠緊，增強了鑄型(l)的 剛性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑄型砂箱及其磁力緊實造型方法涉及到球墨鑄鐵的鑄造造型方法。本辦法所要解決的技術(shù)問題是增強鑄型的剛性，防止縮孔和縮松；鑄型排氣通暢，防止氣孔；生產(chǎn)線適應多品種、小批量生產(chǎn)，可減少投資，降低成本；鑄件鑄造應力小，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保。技術(shù)方案的要點是將垂直分型的殼型鑄型垂直立于截面積上大下小的砂箱中，周邊用磁性金屬丸充填，澆注鐵液結(jié)束至鐵液凝固結(jié)束期間砂箱底部的磁鐵工作，磁性金屬丸在重力和吸力的作用下，在截面積上大下小的砂箱中，其向下運動的趨勢將中間垂直放置的殼型鑄型擠緊，增強了鑄型的剛性。主要用途是球墨鑄鐵的鑄造造型。
文檔編號B22C9/02GK101602094SQ20091011420
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者童思藝 申請人:童思藝