铸造基础知识分享

有色金属铸造过程中的外形规划与效果

精华0255

  ZCuSn10Zn2属于无铅锡青铜,有较高的力学性能、耐磨性和致密性。ZCuPb20Sn5是一种高含铅量青铜,具有良好的滑动性能,尤其是在缺乏滑动介质时具有特别好的自润性能。ZCuPb15Sn8是介于上述二者之间的一种具有综合性能的铜基合金。由于合金中含有的铅、锡、锌等元素的密度、结晶温度等与基体铜元素有很大的差异,导致合金在结晶、凝固、冷却过程中会产生比重偏析、区域偏析,从而导致铸件产生缩松、缩孔等缺陷,降低其力学性能。而且,由于这些合金的结晶温度范围宽,多属于糊状凝固模式,结晶后在高温状态下其强度很低,铸件易产生热裂纹。根据合金的化学成分和凝固特性,铸造生产过程中采用控制浇注温度,改变合金的凝固模式,缩短合金结晶时间,加速合金的冷却速度等工艺措施来获得一个健全的铸件。

  密封圈的金属型设计和应用RTB58柴油机密封圈零件材料牌号为ZCuPb15Sn8,该材料含铅13%~17%,锡7%~9%。理论上认为,加入锡可提高基体的强度,在冲击载荷的作用下不易产生裂纹,提高疲劳强度;并且可以使铅分布均匀,细化晶粒,增加致密性。但是,从相图分析中可以看出,由于铅的密度比基体铜密度大,结晶时铅是以独立相分布在铜的基体上,因此易产生偏析。设计金属型的主要目的就是要加速合金冷却速度,减少凝固时间,使铅来不及产生偏析就结晶,并快速冷却,从而减少和消除偏析缺陷。

  该零件外圆!800mm,厚度20mm,单体铸造工艺出品率低;采用筒形铸造工艺,铸造毛坯用机加工方法可加工多个零件。密封圈的铸造工艺其工艺缩尺为1.5%,加工余量为5mm。外型设计采用铸铁金属型,中间砂芯用树脂砂制做,砂芯自带一个直浇道和一个环形横浇道,并做一个带内浇道的模型,造出下型的6个内浇道。生产实践表明,采用上述金属型工艺,铸件没发现任何缺陷,并且提高了工艺出品率。批量生产后,装机使用效果良好。减磨环水冷金属型的设计和应用S42MC柴油机减磨环零件材料牌号为ZCuPb25Sn5,该材料是一种高铅含量铜基合金。采用普通的金属型满足不了生产需要,因此,为了防止产生偏析,设计了水冷金属型。浇注时,通水强制冷却,提高金属型的冷却效果。该减磨环铸造工艺与上述密封圈的铸造工艺基本相同。采用底注式浇注系统,在水冷金属型下部设置了一个尺寸1″的进水孔,上部设置了一个尺寸为12″的出水孔,进出水孔之间放置一隔板,可以有效提高金属型的冷却效果。为了防止铸件表面产生气孔,在金属型的内壁均匀设置了40道深度为0.3mm排气槽。某厂生产的各种不同类型柴油机用减磨环零件都采用了这种铸造工艺,效果显著。

  局部金属型的设计和应用筒型铸件采用金属型设计比较方便。对于某些复杂铸件,RT48TB柴油机阀体零件。该件要求做30MPa的耐压试验,试生产时,采用普通砂型工艺,压力试验达不到规定的要求,后铸件上部改用铸铁金属型,下部筋板部分采用普通砂型,适当放置内外冷铁的工艺。中间砂芯带有上雨注淋浇系统,扁平的内浇道6个,尺寸为15mm×5mm。上部冒口部分采用挂砂工艺,提高冒口的补缩效果,造成自下而上顺序凝固的模式,并有效防止了缩松缺陷产生,试压达到了图纸要求。零件装机使用效果很好。

  对于铜基合金铸件,无论是普通ZCuAI10Fe3、ZCuAI10Fe4Ni4合金,还是本文所述的高铅青铜合金,采用金属型、水冷金属型和局部金属型工艺,并配合其它一些工艺措施,都可以有效提高铸件的耐磨性、致密性;可以减少和消除区域偏析和比重偏析以及热裂纹等铸造缺陷,从而获得一个零缺陷的铸件。

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