V法铸钢件制造

发布时间:2017-12-24浏览次数:

日本制钢所 铸造科长 伊藤滋孝 石田俊一  广岛制作所 铸造科 久保田 修示

1. 开始

我们公司当时主要生产一些合成树脂加工机械、流体机械、能源相关产业为主体的一般工程机械。我们的铸造工厂生产这些工程机械用的铸钢件、灰铁件、球铁件。铸件单件重量从几千克到25吨都有,正是多品种少批量的工厂。熔炉设备有2台容量500kg的高频电炉,两台容量3吨和6吨的电炉,两台8吨低频电炉。

2. V法引入过程

V法铸造引入以前的造型方法是呋喃树脂砂和粘土砂铸造。粘土砂铸造主要生产车辆连接器零件。粘土砂生产线已经老化腐朽,生产效率低下,因此计划引入V法铸造改变现状,最开始使用演示机器进行试验。一方面,伴随着呋喃树脂砂生产的阀门件生产量增加,为了提高生产效率,采用V法铸造对连接器零件进行试验,直到阀门件适合批量生产,期间反复进行探讨。这种阀门零件材质为铸钢,浇铸重量约为3吨,这种级别的铸钢件的V法铸造在日本还没有例子,合用了4台演示机器的振实台(承重2000kg)进行造型,反复进行引入实验,确立了可靠的技术,才下决心引入V法铸造。

3. V法铸造目标

(1) 造型时间缩短。

(2) 由于表面缺陷减少,磨清理工序时间缩短。

(3) 由于机加工余量减少,机加工时间缩短。

(4) 尺寸精度得到提高,表面粗糙度得到提高,机加工面的黑皮缺陷及铸件重量减轻。

(5) 操作省力,作业环境改善

(6) 铸造辅材成本降低

4. 设备概要

V法造型的对象是铸钢球阀零部件,浇铸重量在3吨左右。这条V法生产线是按照每天生产6个的节奏匹配的,为了也能生产小部件,设计了两种尺寸的砂箱都能造型。这样,振实台的加振力、振动时间、加砂时间、加砂口的宽度等都需要根据砂箱尺寸用一个总的转换开关来切换。造型采用的移动小车形式,砂箱加砂方式是砂库垂直下落的形式,从砂子加入、振动造型到移出来都可以自动进行。设备图见图1所示,主要的参数如下:



1   V法设备配置图

1.电动小车 2.翻箱机 3.薄膜加热器 4.铸型5.电动小车6.落砂罩7.真空泵8.热风生产器 9.操作盘 10.砂斗,振实台 11.振动机 12.砂传输带 13.集尘器)

主要参数:

造型方式   移动小车式        造型速度  60分钟1箱(第①种砂箱)

砂箱尺寸  ①2000×2000×1100/500mm   ②2000×1500×500/500mm

砂箱数  6套(第①种砂箱),5套(第②种砂箱)

可能浇铸砂箱数  3箱(第①种砂箱),5箱(第②种砂箱)

薄膜加热方式   气体红外线           

真空泵容量  2台60m3/min

造型砂库容量  38m3

5. 适用案例1(大型阀门零件)

  如前面讲述的那样,球阀零部件从呋喃树脂砂改为V法铸造后,取得成果的例子记载如下所示。这个零件是球阀两端用于封闭的端盖,材质是低合金钢,浇铸重量3吨,铸件重量1.7吨,做MT,RT检查。图2 是V法铸造取代及改变过程的示意图。图3是浇冒口切除以前的铸件图。

 

2  端盖的改变过程

另外,表1导入V法后效率提高说明表。

1  V法导入效果实例

 

项目

呋喃树脂砂

V法铸造

效果

1

造型时间缩短

5人 两班时间

   9.3小时

5人 一班时间

  4.8小时

9.3小时——4.8小时,降低48%

2

落砂工作改善

3人×2小时=6小时

3人×0.5小时=1.5小时

降低75%

3

整装时间

铸件清理  6.2小时

焊补 3.1小时

总计  9.3小时

铸件清理5.3小时

焊补1.2小时

总计  6.5小时

9.3小时——6.5小时,降低30%

4

机械加工时间缩短

7.2小时

5.7小时(装配用的机加工不需要了,导致时间降低)

7.2小时——5.7小时,降低21%

 

和以前的呋喃树脂砂相比,有以下这些改善点:

(1) 包括机加工时间,作业效率大幅度提高。

(2) 由于V法铸造的表面要比呋喃树脂砂的好,所以装配用的去除黑皮机加工不需要了。

(3) 尺寸误差方面,呋喃树脂砂和V法之间的差别并不大,但是V法铸造的缩放尺寸(目标尺寸)非常好容易合格,所以机加工余量小。另外,黑皮缺陷也没有,铸件重量减低,机加工时间短。

(4) 夹砂,烧结粘砂缺陷也减少了,手工打磨时间缩短了。

6. 适用实例2(车辆用小零部件)

4、5所示的是车辆连接器用零部件,从粘土砂铸造改为V法铸造。和粘土砂铸造比起来,目标尺寸的合格性没有变化,但是V法铸造的尺寸误差是粘土砂的一半。另外,铸件表面外观比粘土砂要好。但是由于一个砂箱里各种各样4种共8个铸件相互混杂,浇冒口数量也较多,模具凹凸很激烈,薄膜成形很困难。图6所示的是车辆用制动盘,轮辐的前端形状都能再现,根部也没有烧结粘砂缺陷。

 

 

     

                           3  阀门零件(铸钢 铸件1700kg)                                                        图4  缓冲器部件(铸钢  铸件39kg)

      

                                5 缓冲器部件(铸钢 铸件37kg)                                                                  图6 制动盘(铸钢 铸件80kg)

 

7. V法铸造缺陷对策

    V法铸造的铸型在负压状态,所以大家认为气体缺陷会比较少,但是铸钢件经常发生的气孔缺陷,归为针孔缺陷一类。特别是浇铸初期乱流在型腔汇合的地方,还有薄壁件流动不畅的地方经常发生。对策是让金属液不发生紊流,为此需要对冒口的位置和浇铸系统改善。另外,铸型内金属液停止的地方,流动很差的地方需要设置连接,要让金属液流动流畅才行。

     为了能提高造型作业的效率,增加混合铸件数目,结果如图7所示,浇注系统处发生塌型,铸件发生了夹砂缺陷。这是因为,被限制的浇铸系统和数量多的铸件冒口设计,浇铸系统功能被弱化了,浇道的金属液还有充满就到铸型去了。和铸型比较起来,成为了负压度较低的空洞,金属液紊乱,伴随着铸型崩塌发生,崩塌的砂留到型腔形成了夹砂缺陷。办法就是,不能过度弱化浇注系统功能,重新设置浇口比的同时,还需要注意浇道冒口的形状,不能引起金属液紊乱。另外,为了让浇口附近的铸型负压度保持,有必要在浇道附近设置过滤管。

           

                        图7 铸型崩塌后发生的夹砂缺陷                                                       图8 隐藏冷铁方法(1.EVA薄膜 2.冷铁3.砂板 )

其他方面,作为V法铸造特有的铸造缺陷,一旦在金属液流动不畅的地方放置冷铁,很容易产生气体缺陷。解决办法是改变冒口位置、设置连接使冷铁周边金属液流动良好。另外,如果非要在金属液流动不畅的地方设置冷铁,则如图8所示,制作树脂砂砂板,将冷铁贴着树脂砂砂板放置,这样使用隐形冷铁。

以上这些,V法铸造特有的针孔缺陷,塌型造成的夹砂缺陷等都是直到现在的经验所没有的铸造缺陷。为了了解这些现象,确定解决缺陷对策,我们进行了铸型内负压度测定,把握金属液流动状态等实验,反复调差,确定铸造方案,不断在现场改进作业方法。这种结果就是现在的V法和树脂砂铸造维持在同水平的品质。

8. 结语

和以前的树脂砂比较起来,V法铸造有以下这些改善了的地方:

(1) 有了几十箱以上的生产量,造型作业效率得到提高。

(2) 铸件表面粗糙度和尺寸精度提高,铸件表面和以前工艺铸件机加工后一样,因此机加工时间也降低了。

(3) 铸造缺陷少。但是,气孔缺陷,塌型后的夹砂缺陷需要很多时间解决。

(4) 由于铸造缺陷减少,铸件表面又较好,所以整个产品的作业时间能够缩短。

(5) 由于铸型的退让性较好,所以裂纹缺陷也少了。

(6) 拔模性能良好,所以对模型的磨损小,所以能够长时间维持模具的精度。

(7) 由于砂子没有粘结剂,砂性能维持和管理容易,可以渐渐不需要管理工数。

 

但是,铸钢的生产,从实验到开始生产需要很多时间摸索,和呋喃树脂砂比起来灵活性上也有欠缺。另外,由于模型费用比较高,对于多品种小批量的生产比较不利。再加上,如果有较深的凹凸处,薄膜拉伸困难,有倒钩的地方、还有砂芯很多的铸件等等,这些都会影响V法的操作性。但是,V法铸造也有很多其他铸造方法所没有的特征,可以利用这些特征,提高产品品质合和生产效率。而且和今后不断出现的新技术结合,期待V法铸造会越来越好地发展。