什么是铁型覆砂铸造技术生产球铁管件

2019-09-27 10:44 来源：钢铁世界网作者：dengys

1 前言球铁管件是一种需求量大、品种繁多的管道工程用铸件，目前各国虽有本国的管件技术标准，但大多趋向于采用国际IS0253l标准进行设计和生产，因此大多数铸造厂家基本上都按国际标准要求铸造生产各种管件。就国际标准而言就有34个类别，涵盖2000多个规格，管件直径为DN80一DN2600mm，其中常用管件直径为DN80一DN1200mm，占全部管件总量的67％。覆盖l7个类别，130o多个规格。目前国内各类管件的生产方式主要有湿型砂铸造，水玻璃砂和树脂砂铸造，也有一少部分是消失模铸造。其中DN350mm 以下的小型管件采用湿型铸造，DN400一DN2600mm的大中型管件采用水玻璃砂和树脂砂铸造。管件的结构特点是体积大，管壁薄，铸件生产时砂铁比大。据粗略测算，用水玻璃砂生产lt管件需要6t型砂，造型方法多数是手工造型，而且以刮板造型居多数，工艺落后，质量低劣，效益不高，据查国内管件铸造行业铸件废品率高达15％～20％，严重影响经济效益的提高和市场竞争力。因此件铸造行业迫切需要对传统铸造工艺进行技术改造，不断采用先进技术生产高质量的铸件，以适应我国加入WTO后所面临的激烈市场竞争和挑战的情况。同时当前最为迫切的是应由行业主管部门进行行业规划和结构调整，对全国数百家管件生产厂各自为战重复生产的现状进行科学指中频变频炉，均可采一个炉体熔炼，一个炉体保温并交替进行生产，熔炼所需功率和保温所需功率均可在各自设定的额定范围内从O％～l00％任意调整变化，这是工频炉和调容式中频炉无法比拟的。就图7和图8比较而言，当图7处于保温状态的炉体，其逆变的输出能力有80％左右的功率要被闲置不用，相反图8控制原理较复杂，目前仅有美国应达公司能生产；从目前国内中频变频感应熔炼电炉的制造水平看，真正能采用图7型式供货的单位甚少，有待进一步发展。

2 铁型覆砂铸造工艺简述铁型覆砂铸造技术在国外早有研究应用，1955年由美国铸铁管公司研究成功并用mono—cast法生产离心铸管。后来我国一些科研单位和工厂也相继研采用铁型覆砂铸造工艺生产球铁曲轴，凸轮轴，阀体，水泵壳等铸件取得成功并广泛应用。铁型覆砂工艺是利用铸造粗成形的铁型内腔(芯铁)表面覆上一层很薄的树脂砂衬所形成的铸型生产铸件的工艺。这一工艺主要优点是铁型表面覆上一层树脂砂衬后的铸型，在浇注时的工作条件大为改善，能够有效地承受高温铁液的热冲击，型内的最高温度可由600％降低到2oo℃左右，铁型厚度方向上的温度梯度也大为降低，铁型的热应力明显降低，这对提高铁型的使用寿命非常有利，使用寿命可高达十几万次。同时由于铁型覆砂的铸型有足够的强度和刚度，覆砂层硬度高(9O以上)，可避免铸件出现胀砂、砂等缺陷，可生产重量较大的铸件。对于球铁可充分利用铁液凝固时石墨膨胀的特性，消除缩孔、缩松等缺陷。本工艺是在覆砂造型机上对准铁型射砂孔射砂造型，在0．4MPa压缩空气下，利用颗粒动力学原理气砂两相的动能作用，使射砂筒人铁型内腔的砂流连续、稠密，在短时间受热硬化。因此覆砂层的硬度大且均匀，浇注后可获得比普通砂型铸件表面光洁、(粗糙度可达尺．12．5左右)尺寸精确(CT6—7级)、内部组织致密的铸件。而且由于覆砂层的绝热性能，型腔又有一定的预热温度，完全可以在铁型覆砂条件下生产符合国际标准的铸态铁素体管件。此工艺可与树脂砂和消失模铸造相媲美，可比水玻璃砂刮板造型提高生产效率lO倍以上，降低废品率10％以上，在标准允许的情况下可减轻铸件重量10％以上，减少工人25％～30％，降低生产成本10％以上，管件后处理工作量减少70％，型砂用量减少80％，水压试验合格率高达98％以上。由于大大减少了型砂处理量，车间的环境粉尘污染明显改善，是一项先进的绿色环保铸造技术。

3 铁型覆砂铸造工艺设计3．1 铁型的通用性问题在产品定型、批量生产的条件下，为减少铁型制造费用，在采用快速成型技术的同时，应尽可能地简化铁型设计，力求设计成通用性强的一模多用的组合模具，按照用户需要的管件品种规格，变换相关部位的铁型结构参数，在有新的模具制造时，只要变换相关插件或模块即可在较短的时间内组合成所需模具，如全承口e400mm的三通管，其主管道直径为t~d)0mm．主管道直线段长度分别为560mm，440mm．325mm，325mm，210mm五个规格，而分管道(即丁字管)直径则有e400mm，e300mm， 2oomm，el50mm，el00mm五个规格，其伸出长度分别为320mm，310mm，295mm，295mm，285mm 五种长度(详见表1)。表1 三个系列DN400三通管参数表 (mm)主管承口 T型接口式 K型接口式单平法兰K型接口式直径DN 长度三挑2f 插管长三 dN+2e 插管长三 dN+2e 插管长4oo l6O 2l0 l20 45 2l0 120 45 2l0 l20 45400 l6O 325 l70 77．5 325 l70 77．5 325 l70 77．54oo l6O 325 220 52．5 325 220 52．5 325 220 52．54oo l60 440 320 60 440 320 60 440 320 60400 l6O 560 420 70 560 420 70 560 420 70注：，|～主管直线段长度；d，v一分管直径；f一管件壁厚。

由此明显看出，主管道承口部位均相同，只要将主管道直线段(即￡段)设计模具时分成三个组合单元，在主体管两端分别插接1个长度为45mm、77．5mm、52．5mm、60mm、70ram 及1个承口模的e400mm管接头插件即可任意按需要组合成五种长度的主管道模具，插接后在外壁用4根螺栓固定。而分管道伸出长度最大与最小相差35mm，其直径最大与最小相差300mm，则需做成与主体管为一体的分管道模具。经数理统计分析结果认为，这一个品种的模具在设计时既考虑本身五个规格之间的互换性，同时又能与全法兰承口和单平法兰承口的另外两个系列三通管e400mm主管道插件和部分分管道插件通用和互换，这样能涵盖三个系列15个规格的三通管模具，虽然设计制造时多花工本费，但分摊到l5个规格的模具后相对是少得多，做起来费事，用起来省事，一举多得，比较划算。当然考虑变更品种规格的需要，固定主体管模的固定架，同样能够适应三个系列l5个规格管道模具装配的需要。对于三通管芯铁模具的处理也要考虑其通用性，互换性和可拆可缩性。其主管道芯模具可设计为最大长度的一种圆柱结构，而只按五种规格的承口芯装配要求套装在主管圆柱芯上即可。这样主管圆柱芯头在安装其他4个承口芯后会多出一段露在外面，但并不影响使用。而分管道芯则应设计成与主管道芯为一体的以最小直径ol00mm的基础圆柱芯．这样olOOmm的承口套芯及其他四个规格直径带圆柱段的承口芯也要按要求位置安装。当然要在上型的合适部位留出浇冒口的位置。管件的芯铁设计原则是采用组合式空心结构，既要有能够附着树脂砂衬的整体强度和刚度，又要有可缩可拆功能，以便在浇注后较短时间内(刚要凝固时)即可卸掉支承半圆芯铁的顶端张紧锲铁，使芯铁不影响管件凝固时的收缩，待铸件凝固后抽出芯铁。同样，对于弯管和直管的铁型覆砂铸造也是触类旁通。因此这种一模多用的组合模具有着较大范围的通用性，为铁型覆砂铸造工艺的广泛应用提供了较大空间，也为寻找快速铸造生产常用高质量的管件产品开辟了一条新的工艺途径。3．2 铁型的材质选择与制造由于铁型的覆砂层有良好的绝热性能，起到缓和铁型直接承受高温铁液的热冲击作用，铁型的工作温度升温不高，一般在200～300℃之间，这种工作温度有利于提高铁型的使用寿命。因此，对铁型材质要求不高，选择HT200牌号珠光体基体铸铁就可满足要求。铁型铸造后机加工出平整的分型面，并安装定位销。铁型端面的箱把和侧面卡紧用的攀耳可以直接铸出。3．3 铁型覆砂工艺设计参数的选择3．3．1 收缩率：取收缩率为0．6％～0．8％。3．3．2 起模斜度：一般取起模斜度为l。～1．2。。3．3．3 加工余量：取3-5mm。3．3．4 铁型壁厚：管件铁型是留出覆砂层厚度的近似管件形状的主体铁型和型体背面的固定架联接为一体的模具，无论铁型本体还是固定架都要具备足够的强度和刚度，不仅考虑铁型本体热胀冷缩的应力作用，还要考虑操作、搬运过程中的外力作用。铁型壁厚可按以下经验公式计算：铁型壁厚A =1．5～2．O)A件计算，其中A件为管件壁厚。如J~4-00mm的三通管壁厚为10．8mm，则铁型壁厚A =(1．5～2．0)A件=16～22(mm)。对于大型管件应在铁型本体背面设置加强筋，加强筋厚度取铁型壁厚的0．8～1．0，筋高取铁型壁厚的1．2～1．5，铁型箱口的宽度≥50mm，箱口的厚度≥25～30ram。如从分型面上引进浇注系统时还要加上横浇道需要的宽度。铁型壁厚也可根据铸型分型面尺寸平均值来选取(见表2)。表2 分型面尺寸与铁芯壁厚的关系(ram)分型面尺寸平均值S 铁型壁厚A>20o 20～2520o～50o 25～3O50o～80o 30～35>800 35-40铁型凸型板和铁芯凹型板厚度按照铁型壁厚经验公式计算后取下限。3．3．5 排气机构：铁型(芯)排气影响到整个覆砂层的充砂效果，因此应在铁型(芯)的相关部位设置分布合理的透气塞进行排气，同时也有利于铸型浇注过程中排出型腔的气体。排气孔的设计原则是排气孔的总面积大于射砂孔的总面积，凡是射砂不到位的死角部位或有阻力的地方都应该安放排

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