支座的铸造
支座铸造论文
黄飞燕 模具二班 091312220
中文摘要：支座铸造设计，首先在确定支座的铸造工艺方案时，先了解合金的品种、生产批量及铸件的质量要求等，分析铸件的结构，确定铸件的浇注位置，绘制铸造工艺图，主要包括：浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和位置等。
铸件的材料选择主要是依据其技术要求，钢性、强度、工作条件以及使用寿命、精度要求等选择合适的材料，所以支座材料一般选用HT150，生产批量一般较大，其次支座属于支承件，没有特殊的质量要求，不必考虑浇注位置的特殊要求，但是在工艺设计上，主要是着眼与其工艺的简化。 造型材料的选择、配制和使用直接影响铸件质量和成本。采用恰当的工艺措施可控制铸件质量，明显提高生产率，降低成本。
关键词：体金金属液体
中、小型铸钢件，采用水玻璃砂造型。水玻璃砂造型周期长(3d以上)，铸造后水玻璃砂不能回收，铸件不易清砂，劳动效率低，材料浪费大。采用湿型，免去了砂型的烘干工序，因而大大缩短了铸件的生产周期(可以当天造型当天浇注)；减少了烘干设备和燃料消耗；节约了砂箱和生产场地面积；同时旧砂还可以回收利用。若在工艺操作上采取一定的措施，铸件质量同样可以保证，达到省工、省时和省材料的目的。
1 湿型铸造缺陷形成原因分析
为了提高经济效益，对ZG45钢的汽车刹车轮毂(铸件重8.5 kg)，钳口上、下块(铸件重5kg)及支座(铸件重7kg)等铸件采用湿型铸造进行生产。生产中发现，湿型铸造比水玻璃砂型生产铸钢件难度更大，更易产生气孔、夹砂、夹渣等铸件缺陷。经分析，其主要原因是：湿型铸造比烘干的水玻璃砂铸造砂型中水分含量高、强度低。当1 600 ℃左右的钢液向湿型中浇注时，因砂型水分受热产生气体较多，浇注时易把低强度的砂型冲坏，造成一系列的铸件缺陷。
1.1 气孔
气孔是湿型铸造中最容易出现的缺陷。在铸钢件废品中，因出现气孔而报废的占废品总数的一半以上。 浇注时，当1 600 ℃左右液体金属浇入湿型后，液体金属对型砂产生剧烈的热作用，使型砂表面层温度几乎接近钢液的温度，型砂中的水分骤然蒸发，产生大量的气体，型砂中其他燃料也产生气体。如果型砂透气性不好，气体来不及全部透过砂型排出，当型砂表面气体的压力大于一定值时，气体就可能进入液体金属中。气体进入液体金属后，如果当时液体金属温度高，粘度低，对气泡阻力小，且液体金属表面还没有凝固结壳，气泡就上浮并透过液面进入型腔，从上砂型或出气冒口等处排出，则不会产生气孔。如果上砂型透气性差，且没有出气冒口等排气措施，气泡仍可能出现在铸件的上表面，使铸件局部表面产生气孔缺陷。上述气体进入液体金属后，如果遇液体金属温度低，粘度大，气体上浮阻力大，气泡在液体金属中就上浮很慢，甚至气泡上浮时铸件上部已凝固结壳，这时气泡就会停留在铸件表皮下面，形成皮下气孔。
1.2 夹砂
夹砂也是湿型铸造常见的一种表面缺陷。在铸件表面，有一层金属瘤状或片状物，在金属瘤之间夹有一层型砂。 当液体金属向砂型浇注时，由于液体金属的热辐射作用，使型腔顶部的表面迅速被加热而干燥，型腔表面的水分变成水汽，部分水汽向砂型内渗透，见图1(a)中OA段。但离型腔表面很近的地方，型砂还未被加热，见图1(a)中AB段。当水汽渗透AB段时，遇到冷型砂就凝聚成水，使得这个区域突然水分增加，形成一个高水区砂层，含水量高达10%～15%，见图1(a)和图2(a)。由于存在大量水分，堵塞了砂粒间的孔隙，降低了砂型的透气性，同时造成湿型强度急剧降低，这层砂层的湿型强度只有原来强度的1/10左右，见图1(b)。这个强度很低的砂层，就有可能与其他型砂分离。另外，型砂的主要组成是石英砂，石英砂在被加热到575 ℃时，体积突然膨胀。但在表面硬壳层后面的石英砂，温度还未达到石英砂相变温度，由于温度的不同，型砂表面层与砂型内部石英砂的膨胀程度就不一致，表面较大的膨胀受到内部的阻碍，这样在表面层间产生应力，促使表面层脱离里层拱起，见图2(b)。 当层间应力继续增大，拱起的表面破裂，液体金属渗入砂层背后时，形成夹砂，见图2(c)。
（a）
（b）
图1 浇注后某一瞬间型砂水分迁移和强度变化
Fig.1 Moulding sand moisture transference and strength change at a certain instantaneousness after pouring
图2 夹砂形成示意图
Fig.2 Sand inclusion formed
1.3 夹渣
湿型强度较低，当1 600 ℃左右的液体金属向湿型浇注时，容易把砂型冲坏，冲掉的砂粒随液体金属流入型腔。高温的金属与细小的砂粒表面相互作用，往往会把它熔化，生成了复杂的硅酸盐。另外液体金属在高温下本身的氧化，也会产生氧化渣。如果这些渣随钢液进入型腔，钢水凝固后，牢固地粘在铸件表面，就会形成夹渣。它不但降低了铸件表面质量，也增加了清理铸件的劳动量。
2 工艺措施
2.1 型砂配制
为提高铸件的质量，在型砂配制上，选用细粒面砂和高透气性背砂。与液体金属直接接触的型面用细粒面砂，其他部分选用高透气性的背砂。背砂为平常使用的一般粘土砂(旧砂)。面砂要求耐火度高，背砂耐火度可稍低些。造型时由于面砂层较薄(一般为10～30 mm)，对整个砂型透气性影响不大。 选用表1的4种面砂作对比试验，结果其性能、铸件表面粗糙度差异均不大，故选用较经济、操作较方便的配方Ⅳ为生产用面砂。为使糖浆在砂中分布均匀，加入前用所需水量进行稀释。开始配制时，按比例先将粉状材料加入混砂机混合5 min，然后加入稀释的糖浆，继续混合15min，混砂时一定要混合均匀。
表1 湿型铸造面砂配方 w/%
编号石英砂 50/100＃膨润土糖浆硫酸铝白泥糊精水Ⅰ1007—0．6——4Ⅱ1007．3～8．5—0．8～2—0．3～13．2～3．5Ⅲ100——110～120．5～14～5Ⅳ100102———4～5
2.2 浇、冒口系统设计
浇、冒口系统设计应注意以下问题： (1)由于湿型强度低，设计浇注系统时应避免液体金属直接冲刷砂型，也不应有很大的冲击或喷射现象。因此，浇、冒口设计应使液体金属平稳、均匀、连续地流入砂型型腔。 (2)在浇、冒口系统中采取避渣措施。因为在浇注过程中，可能会冲掉少量的砂子，液体金属中也会存在熔渣等杂质，所以应在钢液进入铸件型腔之前的浇注系统中把它们挡住。为此，我们在浇注系统中选用了离心式集渣包，如图3所示。当液体金属进入集渣包后会形成一个漩涡，在离心力的作用下，一些杂质被旋转而集聚在集渣包内，这种形式基本上能挡住钢液中的杂质。假如还有少量的砂和渣进入型腔，要使它能够通过型腔流到冒口中去。
图3 离心集渣包示意图
Fig.3 Centrifugal slag trap
1.直浇口；2.浇道；3.离心集渣包；4.铸件。
(3)在湿型铸造时，由于湿型中含水量大，当液体金属浇入砂型后金属冷却较快，有时会出现型腔未注满而直浇道内金属液已凝固，造成铸件不成形的现象。所以在设计浇注系统时其尺寸应比其他干砂型铸造的浇注系统适当加大些(一般加大10%～15%)。
2.3 造型
造型时应注意以下问题： (1)湿型强度低，造型时起模易损坏，如损坏就不易修补，即便修好，在浇注时也容易冲掉，且表面不光洁。这就要求模型包括浇注系统模型应有足够的拔模斜度(一般取3°～5°)。 (2)为使在浇注时产生的大量气体能顺利排出，上砂型在保证一定强度下，不要捶得太紧，并要有足够多的排气孔，以及时把浇注后型腔内的气体顺利排出。 (3)严格控制湿型砂的含水量，造型操作中要避免砂型局部增加大量水分，在起模和修型时，不要刷水过多。
2.4 浇注
浇注时应注意以下问题： (1)严格控制浇注速度，浇包抬的过高，浇注速度太快，会造成对砂型强烈冲击，产生掉砂。浇注速度太慢，液体金属流动慢，降温太快产生凝固，使铸件不成形。浇注时，浇包尽可能地接近浇口杯，减少液体金属对砂型的冲击。 (2)严格控制钢水浇注温度。应按铸件的结构、形状合理选用浇注温度。若温度过高，液体金属对砂型的热作用大，增加了对砂型的破坏力。在不影响金属流动性，保证铸件不出现浇不足缺陷的情况下，尽可能降低液体金属的浇注温度。在实际生产中湿型铸造的浇注温度采用1 580 ℃左右。
实践证明，只要严格操作，并采取有效的工艺措施，湿型铸造容易产生的气孔、夹砂、夹渣等缺陷是可以防止的。
1.直浇口；2.浇道；3.离心集渣包；4.铸件
参考文献：《金属工艺学》······郑文英 郭晓鹏 主编 《机械工程材料》······于永泗 齐民 主编
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