斗齿壳型铸造方法

摘要

本发明公开了应用于铸造领域的一种斗齿壳型铸造方法。本方法包括砂箱造型和振动浇注，砂箱造型包括上下箱造型、合箱、覆盖保温层等步骤；在水平金属模内制作厚度不大于3mm的壳型和封箱壳，移走上金属模，更换为箱体，检查壳型，对局部未成形部位用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。箱体内添加钢丸，覆盖农膜，抽真空，从下金属模上脱模，完成上下箱造型；下芯合箱，在砂箱顶面及四周覆盖石英砂或保温棉保温层。浇注时砂箱处于真空状态，浇注后立即振动，撤真空前停止振动。采用本方法铸造方法，覆膜砂使用量大大降低，细化了耐磨件铸态晶粒，避免了裂纹产生，降低了热处理能耗。

权利要求

1.一种斗齿壳型铸造方法，包括砂箱造型和浇注，其特征在于：所述砂箱造型包括下列步骤：

1）上箱造型：高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成上壳型（5）和上封箱壳，所述上壳型（5）和上封箱壳厚度不大于3mm，上金属模（13）移走，更换为上箱体（6），浇口（4）壳型定位在内浇口上，上箱体（6）内添加钢丸（3），钢丸（3）加满后，刮平上箱体（6）上口，覆盖上农膜（2），上箱抽真空，从下金属模（14）上脱模移走，完成上箱造型；

2）下箱造型：高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成下壳型（10）和下封箱壳，所述下壳型（10）和下封箱壳厚度不大于3mm，上金属模（13）移走，更换为下箱体（7），下箱体（7）内添加钢丸（3），钢丸（3）加满后，刮平下箱体（7）上口，覆盖下农膜（8），下箱抽真空，从下金属模（14）上脱模移走，完成下箱造型；

3）合箱：下箱翻转平放在振动浇注台上，下芯，上箱定位扣合下箱；

4）覆盖保温层：在砂箱顶面及四周覆盖石英砂或保温棉保温层；

所述浇注在振动浇注台上完成，浇注时砂箱处于真空状态，浇注后立即振动，撤真空前振动停止。

2.根据权利要求1所述的斗齿壳型铸造方法，其特征在于：所述上箱造型和下箱造型步骤，在添加钢丸（3）前，对上壳型（5）、上封箱壳、下壳型（10）和下封箱壳未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。

3.根据权利要求1所述的斗齿壳型铸造方法，其特征在于：所述振动的振幅不大于5mm，频率为100-200Hz。

说明书

斗齿壳型铸造方法

技术领域

[0001] 本发明应用于铸造领域，涉及壳型铸造，适用于挖掘机耐磨件斗齿的铸造生产。

背景技术

[0002] 斗齿是工程机械挖掘机上消耗量最大的耐磨铸件，要求高韧性和高硬度的统一，多采用合金钢或双金属制造，铸造工艺多采用消失模和树脂砂，少数采用壳型铸造，该工艺生产的斗齿铸件表面质量好。一般情况下，斗齿需要进行热处理获得高硬度耐磨性能，斗齿铸钢件的热处理分为退回预处理，淬火和回火处理等。

[0003] 壳型铸造先制作壳型，将硅砂或锆砂与树脂的混合料形成的覆膜砂在预热约280-320℃的金属模板内成型结壳，两个斗齿半壳型扣合，下芯，放入砂箱中，周围加入钢丸固定，然后浇注金属液，冷却后形成斗齿铸件。为保证壳型的造型强度，其厚度一般不低于
5mm，价格昂贵的覆膜砂用料大，生产成本高，所以即使斗齿铸件的表面质量较好，但采用壳型生产的厂家较少。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题是：提供一种斗齿壳型铸造方法，减薄壳型厚度，降低生产成本。

[0005] 本发明采用的技术方案是：斗齿壳型铸造包括砂箱造型和浇注，砂箱造型包括下列步骤：1）上箱造型：高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成上壳型和上封箱壳，为减少覆膜砂用量，上壳型和上封箱壳厚度不大于3mm，以金属模成型最小厚度为最佳。然后移走上金属模，更换为上箱体，检查壳型，对上壳型或上封箱壳的局部未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。将浇口壳型定位在内浇口上，上箱体内添加钢丸，钢丸加满后，刮平上箱体上口，覆盖上农膜，上箱抽真空，从下金属模上脱模移走，完成上箱造型。2）下箱造型：高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成下壳型和下封箱壳，为减少覆膜砂用量，下壳型和下封箱壳厚度不大于3mm，以金属模成型最小厚度为最佳。移走上金属模，更换为下箱体，检查壳型，对下壳型或下封箱壳的局部未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。下箱体内添加钢丸，钢丸加满后，刮平下箱体上口，覆盖下农膜，下箱抽真空，从下金属模上脱模移走，完成下箱造型。3）合箱：下箱翻转平放在振动浇注台上，定位固定砂芯，上箱定位扣合下箱。4）覆盖保温层：在砂箱顶面及四周覆盖石英砂或保温棉保温层。浇注在振动浇注台上完成，浇注时砂箱处于真空状态，浇注后立即振动，撤真空前振动停止。振动采用低幅高频振动，振幅不大于5mm，频率为100-200Hz。

[0006] 本发明的有益效果是：壳型厚度减薄约一半，且不产生壳型废品，覆膜砂使用量大大降低。薄壳与保温层一起，解决了增加凝固速度与减缓铸件冷却速度的矛盾，避免了温度应力和组织应力产生的裂纹，与振动浇注一起细化了铸态晶粒，简化了热处理工序，降低了热处理能耗。

附图说明

[0007] 图1为斗齿壳型造型砂箱结构示意图；

[0008] 图2为斗齿上壳型制作示意图；

[0009] 图3为斗齿上箱造型示意图；

[0010] 其中：1-石英砂、2-上农模、3-钢丸、4-浇口、5-上壳型、6-上箱体、7-下箱体、8-下农膜、9-砂芯、10-下壳型、11-封箱壳、12-真空接口、13-上金属模、14-下金属模。

具体实施方式

[0011] 附图1为挖掘机斗齿壳型造型砂箱结构示意图，砂箱由上箱和下箱合箱而成，一箱两件或四件。上箱底部由上壳型5和封箱壳11（上封箱壳）覆盖上箱体6的下口，上壳型5和封箱壳11（上封箱壳）的厚度不大于3mm，以模具成型的最小厚度为佳。上箱顶部由上农膜2覆盖上箱体6的上口，上箱体6的内部充填钢丸3，在上箱体6上设计有真空接口12，浇口4将斗齿铸造型腔引出上箱顶部，用作浇注系统，浇注系统的壳型厚度不小于5mm，保证上箱体6内添加钢丸时有足够的强度。下箱顶部由下壳型10和封箱壳11（下封箱壳）覆盖下箱体7的上口，下壳型10和封箱壳11（下封箱壳）的厚度不大于3mm，以模具成型的最小厚度为佳。下箱底部由下农膜8覆盖下箱体7的下口，下箱体7内部充填钢丸3，在下箱体7上同样设计有真空接口12。上箱和下箱的真空接口12连接真空泵，在上下箱合箱和浇注过程中，保持上下箱真空状态，防止塌箱。上下箱合箱时，在铸造型腔中定位放置并固定砂芯9，合箱后用石英砂1覆盖整个砂箱顶面及四周。

[0012] 斗齿上壳型5的制作如附图2所示，水平放置的上金属模13和下金属模14之间的空腔为上壳型5和封箱壳11（上封箱壳）的空腔，高压空气将覆膜砂送入该空腔，加热280-320℃硬化后，上金属模13移走，更换为上箱体6。检查上壳型5和封箱壳11（上封箱壳）的壳型质量，如果有局部壳型未成形，可补加覆膜砂，用下金属模14加热或预热硬化。上箱造型如附图3所示，浇口4壳型定位在内浇口壳型上，上箱体6内添加钢丸3。钢丸3加满上箱体6之后，刮平上箱体6上口，覆盖上农膜2。上箱的真空接口12接真空泵，抽真空，上箱从下金属模14上脱模移走，完成上箱操作。

[0013] 上箱体6内充填钢丸3时，壁厚较薄的上壳型5和封箱壳11（上封箱壳）在下金属模14的随形支撑下，不会产生受压破坏。上箱抽真空使得钢丸成为一体，不会流动，同时，在负压作用下，上壳型5和封箱壳11（上封箱壳）从下金属模14上脱模更为顺利。上箱的高度不高于200mm，钢丸对壳型产生的向下压力远低于大气压对壳型的向上压力，在上农膜2、上壳型
5和封箱壳11（上封箱壳）完整不透气的情况下，大气压的作用使得上箱作为一个整体，不会产生塌箱。

[0014] 斗齿的下壳型10和封箱壳11（下封箱壳）的壳型制作及下箱造型同上，主要区别有两个方面，一是不需要浇口壳型，用下箱体7替换上金属模13后直接添加钢丸，加满覆盖下农膜8即可。二是需要翻箱操作，下箱位置在脱模前与附图3的上箱一致，抽真空脱模，合箱时需要翻转180°放平，如附图1下箱所示。

[0015] 上下箱合箱时，定位放入砂芯9，合箱后，在上箱顶面撒铺一层石英砂，该石英砂层起到保护上农膜2，防止高温金属液烫坏的作用，保证砂箱真空度，避免塌箱。

[0016] 上下箱在振动浇注平台上合箱，也可以合箱后放置在振动浇注台上，但涉及两根真空管的移动，多次吊动增加塌箱风险，最好在振动浇注平台上进行合箱操作。金属液在砂箱真空状态下快速浇注，当浇口充满时，启动振动电机，金属液在高频低幅的振动下，铸态树枝晶被振断，形成核心，细化铸态晶粒。振动振幅不大于5mm，振动频率为50-100Hz。

[0017] 若覆膜砂在金属型中充型不良，壳型成型有缺陷，上金属模脱模后，添加钢丸前，用覆膜砂修补，保证不漏气即可，尽可能降低壳型的厚度。所以该造型方法在减薄壁厚大大降低覆膜砂用量的前提下，几乎不产生壳型废品，使得覆膜砂材料成本大大降低。

[0018] 合金钢金属液浇注时，由浇口4经内浇道进入斗齿铸造型腔，浇注系统的壳型厚度较厚，可起到保温作用，型腔的壳型厚度较薄，包围型腔的钢丸可快速吸热，加大金属液的过冷度，有利于凝固形核，与振动浇注一起，可减小铸态晶粒，避免粗大树枝晶。金属液凝固后，停止振动，上下箱撤掉真空。砂箱由石英砂保温层包裹，斗齿高温固态冷速缓慢，避免了因温度应力和组织应力产生的裂纹。由于石英砂蓄热较多，保温层可采用保温棉等其他保温措施，虽然保温棉保温效果好，但材料成本较高。

[0019] 采用上述造型和振动浇注方法生产的挖掘机斗齿，晶粒细化，铸造清理后高频淬火即可，省去了退火和回火工序，大大降低了热处理能耗。