專利名稱：大型銅合金砂模鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬合金的鑄造加工工藝，尤其涉及大型銅合金砂模鑄造工藝。
背景技術(shù)：
目前關(guān)于大型金屬合金的鑄造一般采用砂模鑄造工藝也有花費巨資通過離心鑄造。上述兩種傳統(tǒng)的鑄造方法中離心鑄造其鑄件一般不超3噸，究其原因離心鑄造其需要一個金屬鑄模，這種大型的金屬鑄模其制造本身就存在巨大的技術(shù)困難，而離心鑄造需要旋轉(zhuǎn)金屬鑄模，如果設(shè)計鑄件單件達(dá)到十噸以上，那金屬鑄模其重量將達(dá)到數(shù)十噸是完全無法實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加熱，不具有可實施性。砂模鑄造雖然適用于大型鑄件制造，但目前的砂模鑄造一般也不能超過5噸，大于5噸的鑄模由于其巨大的壓力及體積影響，往往容易導(dǎo)致砂箱漏氣，正空緊實環(huán)境被破壞。較為嚴(yán)重時可導(dǎo)致如下后果1、塌箱；2、鑄件局部不能成型；3、鑄件內(nèi)有大量型砂(白點)；4、局部(或全部)沾沙。隨著我國大型石油、礦山機械、大型 航空飛機等重要領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對于5噸以上大型鑄件的需求以及要求也越來越迫切。作為技術(shù)說明抬包是鑄造工藝中常用的用于容納、傾倒金屬溶液的容器。中國發(fā)明專利專利號200610052376. 2公開了一種大型高溫合金鑄件的鑄造方法。其步驟如下先在真空爐中把重熔時要增量的元素和要燒損的元素結(jié)合高溫合金的化學(xué)成分進(jìn)行預(yù)配方，得到高溫合金的母料；然后到高速熔煉的周波爐上重熔，變成鋼水；之后在高溫下進(jìn)行造渣澆注，得大型鑄件；對鑄件的冒口進(jìn)行線切割；最后對鑄件進(jìn)行高溫固熔處理。該種鑄造方法其鑄件在40kg到5噸，并不適用于5噸以上的鑄件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種鑄造安全、鑄件整體致密性好，鑄件單件達(dá)到5噸以上，尤其適用于直徑在5米以上蝸輪鑄造的大型銅合金砂模鑄造工藝。一種大型銅合金砂模鑄造工藝，其步驟如下(一 )、銅合金處理，將銅合金在電爐內(nèi)熔解，而后在保溫溫度下同時注入經(jīng)過干燥的氮氣對銅合金溶液進(jìn)行除氣，完成除氣的銅合金溶液在電爐內(nèi)二次加熱并超過保溫溫度值；( 二)、砂模建造，首先選擇石英砂在混砂機內(nèi)完成混砂，并進(jìn)行預(yù)熱干燥，而后進(jìn)行造型，將木模放在冷鋼模板鋪底的托板上進(jìn)行擺箱構(gòu)成砂模，而后以木模內(nèi)外表面為基準(zhǔn)將冷鋼模板堆砌成鑄件腔體，冷鋼模板為層疊式堆砌，每堆砌完一層冷鋼模板即將完成混砂的石英砂填充滿砂模，完成冷鋼模板堆砌后，將石英砂分層搗實其后將木成模取出即可，其次在砂模四邊角的石英砂內(nèi)分別挖出連通鑄腔的流道，最終構(gòu)成成型的砂模；(三)、鑄件鑄造，將二次加熱的銅合金溶液分別注入四個抬包內(nèi)并由經(jīng)過干燥的氮氣對銅合金溶液進(jìn)行同時再次除氣，而后四個抬包將銅合金溶液分別澆筑注入砂模四邊角石英砂內(nèi)挖出的流道內(nèi)，由流道將銅合金溶液輸送至鑄腔內(nèi)灌滿，冷卻構(gòu)成鑄件。所述的冷卻構(gòu)成鑄件為蝸輪胚體鑄件，當(dāng)然也可以是其他結(jié)構(gòu)的鑄件。
上述鑄造工藝解決了傳統(tǒng)大型鑄件鑄造過程中存在的多個技術(shù)問題具體如下I、采用經(jīng)過干燥的氮氣注入銅合金溶液進(jìn)行除氣，通過氮氣注入使得銅合金溶液不斷翻滾以排除大量銅合金溶液中存在的少量氣體，提高鑄件的致密性防止在鑄件內(nèi)出現(xiàn)氣孔等質(zhì)量缺陷，屏蔽了傳統(tǒng)應(yīng)用氮氣進(jìn)行防氧化功能，這種適用在小型鑄造方法在大型鑄造中并不適用。2、通過堆砌冷鋼模板構(gòu)成的鑄腔，形成實際的一個金屬鑄模，創(chuàng)造性的在砂模鑄造中構(gòu)成金屬鑄模，克服了傳統(tǒng)砂模沾沙、白點、不能成型、抗壓能力差等技術(shù)缺陷。3、采用四個砂模四邊角的流道技術(shù)同時灌注鑄腔，以減少鑄件的鑄造成型時間，防止在大型鑄件中常常出現(xiàn)的局部過早凝固而引起的鑄件不能成型問題，確保了鑄件的成型率。所述的銅合金處理時保溫溫度為1100-1200度，二次加熱溫度到達(dá)值為 1400-1500度；所述的經(jīng)過干燥的氮氣通過兩個以上管道深入電爐內(nèi)的銅合金溶液內(nèi)部充分除氣，實現(xiàn)銅合金溶液的快速、均勻除氣。所述的砂模四邊角的石英砂內(nèi)分別挖出連通鑄腔的流道，流道均分為相互獨立的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道構(gòu)成了砂模的雙流道結(jié)構(gòu)，第一流道和第二流道均為由兩個支管路構(gòu)成的V形結(jié)構(gòu)，兩個支管路的交點為抬包向鑄腔澆筑的進(jìn)料口，抬包內(nèi)的銅合金溶液沿支管路的出料口進(jìn)入鑄腔內(nèi)，第一流道的兩個支管路的兩個出料口均位于鑄腔底部，第二流道的兩個支管路的兩個出料口均位于鑄腔中部；所述的雙流道結(jié)構(gòu)的砂模其鑄件澆筑過程為四個抬包將銅合金溶液分別注入砂模四邊角的第一流道內(nèi)，隨著銅合金溶液到達(dá)鑄腔中部，四個抬包將移動到第二流道進(jìn)料口銅合金溶液通過第二流道灌滿鑄腔，形成鑄件。通過雙流道工藝兩種流道不同位置的出料口極佳的克服了一直以來大型鑄件由于壓力問題遇到的無法成型的技術(shù)問題。作為優(yōu)選的技術(shù)方案四個抬包分別為兩個大抬包和兩個小抬包，兩個大抬包設(shè)計容量7噸實際灌裝銅合金溶液5噸，兩個小抬包設(shè)計容量3噸實際灌裝銅合金溶液2，25，兩個大抬包和兩個小抬包呈對角設(shè)置，該種設(shè)計充分考慮了生產(chǎn)企業(yè)實際的設(shè)備困難，在沒有四個大抬包的情況下，通過對角設(shè)置的大抬包和小抬包解決了大型抬包短缺的問題。所述的第一流道在銅合金溶液流入澆筑時通過排氣管排氣，進(jìn)一步降低銅合金溶液中的氣體含量防止鑄件出現(xiàn)氣孔。所述的鑄件鑄造過程中，在銅合金溶液灌滿鑄腔時，通過內(nèi)置頂部大底部小錐管的加料箱，由加料箱繼續(xù)向鑄腔內(nèi)不斷灌注銅合金溶液。作為優(yōu)選加料箱為4個或8個或12個或16個，其中選擇12個加料箱時有4個加料箱為固定式安裝于砂模四邊的每邊中間，其他8個加料箱為移動式均布于鑄腔外周，通過12個加料箱共同向鑄模添加銅合金溶液，在向鑄模補失的同時添加鑄件的成型壓力，進(jìn)一步提高鑄件的致密性。所述的銅合金處理中銅合金由同一個電爐分兩次熔解，第一次熔解出爐的銅合金溶液加熱到1400-1500度之間，分別注入一大一小兩個抬包內(nèi)而后覆蓋一層保溫劑(凱蒂(信陽)新型材料有限公司制造保溫劑)，而后第二次熔解出爐的銅合金溶液加熱溫度與前兩個抬包內(nèi)的銅合金溶液測量溫度相同后注入剩余兩個抬包。由于該種大型的鑄件一次所需的銅合金溶液就要15到20噸，目前單一電爐的融化量有限，往往需要兩爐融化，而同時擁有兩個這種大型電爐并不現(xiàn)實，也不適用于企業(yè)的實際使用，由此采用經(jīng)濟(jì)效益較好的單爐分兩次熔煉銅合金，并通過調(diào)節(jié)第二次熔爐和第一次熔爐的溫度差，達(dá)到兩爐銅合金溶液獲得相同的灌注溫度，解決了單爐無法獲得大噸位鑄件所需的銅合金溶液。所述的砂模建造中，首先在冷鋼模板鋪底的托板下底面鋪設(shè)一層碳層，而后對成型的砂模進(jìn)行硬化除氣，首先在鑄腔兩側(cè)的石英砂中深插入密布的排氣繩，而后采用高溫噴槍噴射表面的石英砂，對砂模內(nèi)的石英砂進(jìn)行再次除氣，并最終點燃碳層燃燒24小時，以確保石英砂的干燥，防止石英砂中的水氣進(jìn)入鑄件內(nèi)而影響鑄件質(zhì)量。本發(fā)明大型銅合金砂模鑄造工藝通過系統(tǒng)化的銅合金處理、砂模建造、鑄件鑄造等工藝手段，解決了大型鑄造中存在的鑄件不能成型、氣孔、沾沙等多種技術(shù)問題。


如圖I所示為本發(fā)明大型銅合金砂模鑄造工藝中砂模的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例I、如圖I所示一種大型銅合金砂模鑄造工藝，其步驟如下(一 )、銅合金處理，將銅合金在電爐內(nèi)熔解，而后在保溫溫度1100-1200度下同時注入經(jīng)過干燥的氮氣對銅合金溶液進(jìn)行除氣，完成除氣的銅合金溶液在電爐內(nèi)二次加熱至1400-1500度；在電爐熔解完成銅合金后經(jīng)過干燥的氮氣通過兩個以上管道深入電爐內(nèi)的銅合金溶液內(nèi)部充分除氣。( 二)、砂模建造，首先選擇石英砂在混砂機內(nèi)完成混砂，并進(jìn)行預(yù)熱干燥，而后進(jìn)行造型，將木模放在冷鋼模板鋪底的托板上進(jìn)行擺箱構(gòu)成砂模1，而后以木模內(nèi)外表面為基準(zhǔn)將冷鋼模板6堆砌成鑄件腔體，冷鋼模板6為層疊式堆砌，每堆砌完一層冷鋼模板6即將完成混砂的石英砂填充滿砂模1，完成冷鋼模板堆砌后，將石英砂分層搗實其后將木成模取出即可，其次在砂模I四邊角的石英砂內(nèi)分別挖出連通鑄腔的流道，最終構(gòu)成成型的砂模
I;((三)、鑄件鑄造，將二次加熱的銅合金溶液分別注入四個抬包內(nèi)并由經(jīng)過干燥的氮氣對銅合金溶液進(jìn)行同時再次除氣，而后四個抬包將銅合金溶液分別澆筑注入砂模四邊角石英砂內(nèi)挖出的流道內(nèi)，由流道將銅合金溶液輸送至鑄腔內(nèi)灌滿，冷卻構(gòu)成鑄件。實施例2、在其他與實施例I相同的前提下其區(qū)別，在砂模I四邊角的石英砂內(nèi)分別挖出連通鑄腔的流道，流道均分為相互獨立的第一流道2和第二流道3,第一流道2和第二流道3構(gòu)成了砂模I的雙流道結(jié)構(gòu)，第一流道2和第二流道3均為由兩個支管路構(gòu)成的V形結(jié)構(gòu)，兩個支管路的交點為抬包向鑄腔澆筑的進(jìn)料口，抬包內(nèi)的銅合金溶液沿支管路的出料口進(jìn)入鑄腔內(nèi)，第一流道2的兩個支管路的兩個出料口均位于鑄腔底部，第二流道3的兩個支管路的兩個出料口均位于鑄腔中部；雙流道結(jié)構(gòu)的砂模I其鑄件澆筑過程為四個抬包將銅合金溶液分別注入砂模I四邊角的第一流道2內(nèi)，隨著銅合金溶液到達(dá)鑄腔中部，四個抬包將移動到第二流道進(jìn)料口銅合金溶液通過第二流道3灌滿鑄腔，形成鑄件。在鑄件鑄造過程中，在銅合金溶液灌滿鑄腔時，通過內(nèi)置頂部大底部小的錐管5的加料箱4，由加料箱4繼續(xù)向鑄腔內(nèi)不斷灌注銅合金溶液。加料箱為4個或8個或12個或16個，其中選擇12個加料箱時有4個加料箱為固定式安裝于砂模四邊的每邊中間，其他8個加料箱為移動式均布于鑄腔外周。4個或8個或16個的加料箱4其排列方式以均布鑄腔外周為宜。
實施例3、在其他與實施例I相同的前提下其區(qū)別在四個抬包分別為兩個大抬包和兩個小抬包，兩個大抬包設(shè)計容量7噸實際灌裝銅合金溶液5噸，兩個小抬包設(shè)計容量3噸實際灌裝銅合金溶液2，25，兩個大抬包和兩個小抬包呈對角設(shè)置。實施例4、在其他與實施例3相同的前提下其區(qū)別在銅合金處理中銅合金由同一個電爐分兩次熔解，第一次熔解出爐的銅合金溶液加熱到1400-1500度之間，分別注入一大一小兩個抬包內(nèi)而后覆蓋一層保溫劑(凱蒂(信陽)新型材料有限公司制造保溫劑)，而后第二次熔解出爐的銅合金溶液加熱溫度與前兩個抬包內(nèi)的銅合金溶液測量溫度相同后注入剩余兩個抬包。實施例5-7、在其他與實施例I相同的前提下其區(qū)別在銅合金溶液的保溫溫度分別為1100度、1150度、1200度；完成除氣的銅合金溶液在電爐內(nèi)二次加熱溫度分別為1400度、1450 度、1500 度。·
權(quán)利要求
1.一種大型銅合金砂模鑄造工藝，其步驟如下 (一)、銅合金處理，將銅合金在電爐內(nèi)熔解，而后在保溫溫度下同時注入經(jīng)過干燥的氮氣對銅合金溶液進(jìn)行除氣，完成除氣的銅合金溶液在電爐內(nèi)二次加熱并超過保溫溫度值； (二)、砂模建造，首先選擇石英砂在混砂機內(nèi)完成混砂，并進(jìn)行預(yù)熱干燥，而后進(jìn)行造型，將木模放在冷鋼模板鋪底的托板上進(jìn)行擺箱構(gòu)成砂模，而后以木模內(nèi)外表面為基準(zhǔn)將冷鋼模板堆砌成鑄件腔體，冷鋼模板為層疊式堆砌，每堆砌完一層冷鋼模板即將完成混砂的石英砂填充滿砂模，完成冷鋼模板堆砌后，將石英砂分層搗實其后將木成模取出即可，其次在砂模四邊角的石英砂內(nèi)分別挖出連通鑄腔的流道，最終構(gòu)成成型的砂模； (三)、鑄件鑄造，將二次加熱的銅合金溶液分別注入四個抬包內(nèi)并由經(jīng)過干燥的氮氣對銅合金溶液進(jìn)行同時再次除氣，而后四個抬包將銅合金溶液分別澆筑注入砂模四邊角石英砂內(nèi)挖出的流道內(nèi)，由流道將銅合金溶液輸送至鑄腔內(nèi)灌滿，冷卻構(gòu)成鑄件。
2.如權(quán)利要求I所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的銅合金處理時保溫溫度為1100-1200度，二次加熱溫度到達(dá)值為1400-1500度；所述的經(jīng)過干燥的氮氣通過兩個以上管道深入電爐內(nèi)的銅合金溶液內(nèi)部充分除氣。
3.如權(quán)利要求I所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的砂模四邊角的石英砂內(nèi)分別挖出連通鑄腔的流道，流道均分為相互獨立的第一流道和第二流道，第一流道和第二流道構(gòu)成了砂模的雙流道結(jié)構(gòu)，第一流道和第二流道均為由兩個支管路構(gòu)成的V形結(jié)構(gòu)，兩個支管路的交點為抬包向鑄腔澆筑的進(jìn)料口，抬包內(nèi)的銅合金溶液沿支管路的出料口進(jìn)入鑄腔內(nèi)，第一流道的兩個支管路的兩個出料口均位于鑄腔底部，第二流道的兩個支管路的兩個出料口均位于鑄腔中部；所述的雙流道結(jié)構(gòu)的砂模其鑄件澆筑過程為四個抬包將銅合金溶液分別注入砂模四邊角的第一流道內(nèi)，隨著銅合金溶液到達(dá)鑄腔中部，四個抬包將移動到第二流道進(jìn)料口銅合金溶液通過第二流道灌滿鑄腔，形成鑄件。
4.如權(quán)利要求3所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的第一流道在銅合金溶液流入澆筑時通過排氣管排氣。
5.如權(quán)利要求I所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的鑄件鑄造過程中，在銅合金溶液灌滿鑄腔時，通過內(nèi)置頂部大底部小的錐管的加料箱，由加料箱繼續(xù)向鑄腔內(nèi)不斷灌注銅合金溶液。
6.如權(quán)利要求I所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的砂模建造中，首先在冷鋼模板鋪底的托板下底面鋪設(shè)一層碳層，而后對成型的砂模進(jìn)行硬化除氣，首先在鑄腔兩側(cè)的石英砂中深插入密布的排氣繩，而后采用高溫噴槍噴射表面的石英砂，對砂模內(nèi)的石英砂進(jìn)行再次除氣，并最終點燃碳層燃燒24小時，以確保石英砂的干燥。
7.如權(quán)利要求I所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的四個抬包分別為兩個大抬包和兩個小抬包，兩個大抬包設(shè)計容量7噸實際灌裝銅合金溶液5噸，兩個小抬包設(shè)計容量3噸實際灌裝銅合金溶液2，25，兩個大抬包和兩個小抬包呈對角設(shè)置。
8.如權(quán)利要求7所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的銅合金處理中銅合金由同一個電爐分兩次熔解，第一次熔解出爐的銅合金溶液加熱到1400-1500度之間，分別注入一大一小兩個抬包內(nèi)而后覆蓋一層保溫劑(凱蒂(信陽)新型材料有限公司制造保溫劑)，而后第二次熔解出爐的銅合金溶液加熱溫度與前兩個抬包內(nèi)的銅合金溶液測量溫度相同后注入剩余兩個抬包。
9.如權(quán)利要求3或5所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的加料箱為4個或8個或12個或16個，其中選擇12個加料箱時有4個加料箱為固定式安裝于砂模四邊的每邊中間，其他8個加料箱為移動式均布于鑄腔外周。
10.如權(quán)利要求I所述的大型銅合金砂模鑄造工藝，其特征在于所述的冷卻構(gòu)成鑄件為蝸輪胚體鑄件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型銅合金砂模鑄造工藝，其步驟如下(一)、進(jìn)行了氮氣除氣的銅合金處理，(二)、由冷鋼模板構(gòu)成的砂模建造，(三)、通過流道技術(shù)完成的鑄件鑄造，本發(fā)明大型銅合金砂模鑄造工藝通過系統(tǒng)化的銅合金處理、砂模建造、鑄件鑄造等工藝手段，解決了大型鑄造中存在的鑄件不能成型、氣孔、沾沙等多種技術(shù)問題。
文檔編號B22D25/00GK102873309SQ20121034642
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月15日
發(fā)明者王永麗, 方燦根, 方迪江, 方田, 方小根 申請人:浙江燦根機械制造有限公司