砂でコーティングされた鉄型鋳造の方法と応用

公開時間： 06 / 24 2021 著者：サイト編集者訪問：12037

サンドコーティングされた鉄型鋳造とは

鉄型砂コーティング鋳造は、金型（鉄型と呼ばれる）の内部空洞に砂の薄層を覆って型を形成する鋳造プロセスです。砂のコーティング層は比較的薄い（4〜8mm）ので、より高価な高品質のモデリング材料を使用することは経済的に合理的です。その結果、鋳物の品質が大幅に向上し、廃棄物が大幅に削減されます。砂鉄でコーティングされた鋳造金型の剛性により非常に優れているため、鋳造の寸法精度とコンパクトさが大幅に向上します。

ドイツ、旧ソビエト連邦およびその他の国々は、主にダクタイル鋳鉄のクランクシャフト、ブレーキハブ、ブレーキディスク、シリンダーライナー、爆弾シェル、タンクトラック、モーターベースの生産のために、1960年代頃に鋳造生産に鉄砂被覆鋳造を使用し始めました。、など。鋳物の種類。鉄型砂被覆鋳造に関する中国の応用研究は、1970年代初頭に始まりました。 1979年までに、浙江機械電気設計研究所と永康トラクター工場は、S195クランクシャフトブランクの大量鋳造生産でこのプロセスを初めて使用するために協力しました。同時に、このプロセスで製造されたダクタイル鋳鉄クランクシャフトの性能評価が、疲労強度（疲労限度応力σ-1の比較）、破壊強度（しきい値ΔKthの比較、および破壊靭性K1Cの比較）の観点から完了しました。）および耐用年数（10000hベンチの耐久試験の比較）など、サンドキャスティングクランクシャフトと比較して、サンドキャスティングよりも優れています。次の10年間で、プロセスはアプリケーションで継続的に改善されてきました。 1990年代初頭までに、1991社がこのプロセス、特に単気筒クランクシャフトと5気筒クランクシャフトに砂鉄でコーティングされた鋳造プロセスを適用していました。大成功。この時期の代表的な企業は、永康拖誘機工場、上祐動力機械工場、王都クランクシャフト・コネクティングロッド工場、万北クランクシャフト工場、金華内部燃焼エンジン部品工場、常州ディーゼルエンジン工場などである。6年、国家計画委員会は鉄を承認した。国の「第XNUMX次XNUMXカ年計画」の主要な新技術促進プロジェクトとして金型サンドコーティング鋳造を行い、プロジェクトの技術サポートユニットとして常州機械電気設計研究所を設立しました。これは、私の国の鉄型砂コーティング鋳造技術の大幅な改善です。開発は促進に大きな役割を果たしてきました。当研究所が推進プロジェクトを実施した後、その後XNUMX〜XNUMX年で、大量生産のための鉄被覆砂型鋳造の一連の問題は基本的に解決されました。

主に：

①コアシューターの取り付けや交換という長年の問題を解決したサンドコーティング成形機を設計・完成させました。
②標準的な鉄型砂被覆鋳造生産ラインが完成し、標準化され、元の比較的単純な鉄型砂被覆鋳造生産ラインが改良され、上海ダクタイル鋳鉄工場などの企業に適用されました。
③砂でコーティングされた鋳鉄の用途は、XNUMX気筒クランクシャフトやXNUMX気筒クランクシャフトなど、鋳造プロセスがより困難な一部の鋳造に拡大されています。
④鉄被覆砂型鋳造の生産に被覆砂を導入し、砂被覆成形の品質を大幅に向上させます。
⑤鉄型砂めっき鋳造工程の設計がさらに標準化され、設計レベルも大幅に向上しました。鉄型砂被覆鋳造プロセスのコンピュータシミュレーションソフトウェアと鉄型砂被覆鋳造プロセスのコンピュータ支援設計ソフトウェアが開発された。

現在、ダクタイル鋳鉄のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、耐圧バルブ本体、シリンダーライナー、耐摩耗性など、30種類以上の鋳物を製造するために、全国で10近くの企業が鉄砂被覆鋳造プロセスを適用しています。ギアディスク。年間生産量は鋳物と推定されています。約104×1t。典型的な企業には、上海自動車鋳造所一般ダクタイル鋳鉄工場、神陽第3クランクシャフト工場、広西バイクアングループ、英興機械総合工場、山東九陽グループ、浙江秀光クランクシャフト工場、弁西天源クランクシャフト工場、宝田フィルム機械工場、山西ルチェンクランクシャフト工場が含まれます、Hebei Xinjiクランクシャフトファクトリーなど。ただし、これらの企業では、プロセスの導入方法が異なります。設計または構築を当研究所に委託している企業もあれば、独自に模倣して開発している企業もあります。したがって、鉄型の砂でコーティングされた鋳造プロセスの習熟度は大きく異なります。鉄型砂被覆鋳造廃棄物率のみを例にとると、把握力の高い多くの企業が約20％で安定させ、非常に優れた経済的利益を達成しています。しかし、鉄型砂でコーティングされた鋳造廃棄物の割合が約XNUMX％と高い企業もいくつかあり、このプロセスの経済的利益を大幅に相殺しています。その理由は、これらの企業がプロセスの設計と生産の本質を十分に理解しておらず、生産管理が怠られているためです。

鉄型砂コーティング鋳造プロセスの設計と実際の製造のための主なソリューション：

①鉄壁の厚さ、砂コーティング層の厚さ、およびこのXNUMXつの組み合わせにより、壁の厚さや材料が異なる鋳物の凝固と冷却のさまざまな要件を満たすことができます。
②表面品質と寸法精度の異なる鋳物の要件を満たすための便利で経済的なサンドコーティング成形方法。
③プロセスパラメータ。ゲートシステム、サンドシューティングシステム、排気システムなどの決定など。
④量産化の実現。たとえば、生産ラインと砂でコーティングされたホストおよび補助装置の設計と形状。
⑤注湯、冷却、開梱などの工程規制の策定、鋳造組成の調整。

鉄型砂被覆鋳物の熱交換特性

液体金属を鉄砂型鋳造金型に流し込んだ後、「鋳物砂型鋳造鉄金型」は不安定な熱交換システムです。問題を単純化するために、鋳造は半限定であると想定されています。また、システム内の各コンポーネントの温度場は直線で分布していると想定されています。図1は、システムの一部を示しています。明らかに、同じ比熱流qがシステムの各コンポーネントを通過します。

鋳物と砂被覆層、および鉄型と砂被覆層の間の熱交換強度をそれぞれ表す1つの熱伝達基準。 k2は、鋳物の熱抵抗と砂のコーティングの熱抵抗の比率です。 k1は、砂コーティングの熱抵抗に対する鉄タイプの熱抵抗の比率です。 k2とkXNUMXの組み合わせを考慮すると、砂コーティングの厚さの変化に伴い、実際に発生する可能性のある「鋳造-砂コーティング-鉄型」間の熱伝達状況は次のXNUMXつです。

①k≤1、k2≤1の場合、サンドコーティング層は通常の厚さの範囲内であり、サンドコーティング層の厚さが減少するにつれて鋳造物の冷却速度が増加します。
②砂被覆層の厚さが一定の厚さを超える場合、鉄型は鋳物の冷却に影響を与えません。このとき、通常の砂型鋳造やレジン砂型鋳造と同等です。サンドコーティング層の熱伝導率は鉄タイプの熱伝導率よりもはるかに小さいため、鋳造物はゆっくりと冷却されます。
③k≧1、k2≧1の場合、サンドコーティングの厚みが薄すぎ、金型鋳造に相当します。

上記の熱交換特性は実験により確認されています。クランクシャフトのサンドコーティング層（CTЦ-14）の鉄タイプのサンドコーティングされた鋳物の厚さが4mmから32mmに徐々に変化すると、クランクシャフト構造のセメンタイトの量は連続的に減少し、パーライトとフェライトの量は増え続けています。サンドコーティング層の厚さが4mm未満の場合、鋳物の冷却強度は金属タイプ（厚い塗料）の冷却強度と同じになります。サンドコーティング層が32mmを超える場合、冷却強度は通常の樹脂砂型鋳造と同等です。

砂鉄でコーティングされた鋳物がさまざまな鋳物の製造に使用される場合、鋳物の凝固速度を制御するために砂鉄でコーティングされた層の厚さと鉄の厚さを決定するのは実験または経験的類推によって行われます。例えば、490Qダクタイル鋳鉄クランクシャフト鉄型砂コーティング鋳造工程の設計では、砂コーティング層の厚さは5〜8mm、鉄型の壁厚は20〜30mmであり、 -ライザーなしでダクタイル鋳鉄を鋳造します。主な理由は：

①砂型鋳造層は、鋳物の冷却速度を効果的に調整する一方で、鋳物が白く見えにくくなる一方で、砂型鋳造よりも冷却速度が速くなります。図2に示すように、溶銑を砂でコーティングした鉄型に流し込むと、鋳造物の温度は930分後に約8°Cに下がり、砂型が同じ温度に下がるのに24分かかります。、および冷却速度は約3倍に増加します。その結果、鋳物の機械的特性が大幅に向上します。
②鉄型には譲歩はありませんが、薄い砂のコーティングで型の耐収縮性を適切に下げることができます。鉄型の剛性は、凝固プロセス中のダクタイル鋳鉄の黒鉛化膨張を効果的に利用して、ライザー鋳造なしを実現します。砂のコーティングが薄いため、キャビティが変形しにくく、鋳物の精度が砂型よりも大幅に向上します。

①k≤1、k2≤1の場合、サンドコーティング層は通常の厚さの範囲内であり、サンドコーティング層の厚さが減少するにつれて鋳造物の冷却速度が増加します。
②砂被覆層の厚さが一定の厚さを超える場合、鉄型は鋳物の冷却に影響を与えません。このとき、通常の砂型鋳造やレジン砂型鋳造と同等です。サンドコーティング層の熱伝導率は鉄タイプの熱伝導率よりもはるかに小さいため、鋳造物はゆっくりと冷却されます。
③k≧1、k2≧1の場合、サンドコーティングの厚みが薄すぎ、金型鋳造に相当します。

①砂型鋳造層は、鋳物の冷却速度を効果的に調整する一方で、鋳物が白く見えにくくなる一方で、砂型鋳造よりも冷却速度が速くなります。図2に示すように、溶銑を砂でコーティングした鉄型に流し込むと、鋳造物の温度は930分後に約8°Cに下がり、砂型が同じ温度に下がるのに24分かかります。、および冷却速度は約3倍に増加します。その結果、鋳物の機械的特性が大幅に向上します。
②鉄型には譲歩はありませんが、薄い砂のコーティングで型の耐収縮性を適切に下げることができます。鉄型の剛性は、凝固プロセス中のダクタイル鋳鉄の黒鉛化膨張を効果的に利用して、ライザー鋳造なしを実現します。砂のコーティングが薄いため、キャビティが変形しにくく、鋳物の精度が砂型よりも大幅に向上します。

鉄砂被覆鋳物の冷却速度

鉄砂コーティング鋳物の冷却速度に影響を与える要因には、鋳造壁の厚さ、鋳造材料、注入温度、砂コーティングの厚さ、砂コーティング材料、鉄金型の厚さ、鉄金型材料、および金型温度が含まれます。ここでは、鋳造肉厚（bc）、砂コーティング厚（bm）、鉄厚（bi）の影響についてのみ説明します。

鋳造冷却に対するbc、bm、biの影響

以下の実験条件下で作られた異なる鋳造肉厚（それぞれ10mm、20mm、40mm、80mm）、異なる砂コーティング厚さ（それぞれ4mmおよび32mm）および異なる鉄タイプの壁厚（それぞれ32mmおよび8mm）鉄型砂被覆鋳物の冷却速度：鋳物の化学組成は3.52％C、2.46％Si、0.80％Mn、0.18％P、0.031％Sであり、砂被覆層の化学組成は次のとおりです。石英砂90％、粘土8％、石炭粉末2％、水分3％

①鋳物の肉厚、サンドコーティングの厚さ、鉄の肉厚は、鋳物の冷却速度に影響します。したがって、実際の生産では、必要な冷却速度を得るために、さまざまな鋳造肉厚に応じて適切な鉄型の厚さと砂のコーティングの厚さを選択する必要があります。
②適切なサンドコーティング厚と鉄壁厚を選択して同じ冷却速度を得ると、異なる厚さの鋳物を得ることができます。たとえば、図3で、ゾーンIは厚さが10mmと20mmであることを意味し、ゾーンIIは20mmと40mmを意味し、ゾーンIIIは40mmを意味します。そして、80mm鋳物の冷却範囲間のオーバーラップ。
③bmとbiを変更して、異なる厚さの鋳物に対して同じ冷却速度を得ることができますが、すべての厚さの鋳物が同じ冷却速度を得ることができるわけではありません。実験条件下では、厚さ10mm、厚さ40mmの鋳物は得られません。まったく同じ冷却速度（曲線間に重なりはありません）。

砂のコーティングの厚さ（bm）と鉄の壁の厚さ（bi）の選択

Bmとbiは通常、経験または実験に基づいて決定されます。これは、10〜80mmの鋳造厚さ（bc）と600℃の開梱温度に適したチャート法です。縦軸は冷却時間です。右側の曲線の横軸は、砂のコーティングの厚さでマークされています。これは、既知の鋳物が600°Cに冷却するのに必要な時間とさまざまな鋳物の厚さ、および必要な鋳物の壁の厚さから決定できます。（10、20、40、80mm）がわかっているので、砂のコーティングの厚さと鉄の型の厚さを決定することは非常に便利です。曲線の左半分の水平軸から対応するbc（たとえば、bc = 20mm）を見つけて、水平線を引きます。

20本の線がクロスハッチ曲線の範囲内で交差している場合は、この鋳造が砂鉄コーティング鋳造に適していることを示しています。この水平線を右に延長すると、bc = XNUMXmmの領域に延長され、この領域に垂直線を引いて、必要な砂のコーティングの厚さを取得します。ただし、砂のコーティングの厚さと鉄の型の厚さを最小にするために、この垂直線はできるだけ右に引く必要があります。決定する必要のある砂コーティング層の厚さがこの範囲内にない場合、同様の方法で隣接する曲線範囲からそれを見つけることができます。

①鋳物の肉厚、サンドコーティングの厚さ、鉄の肉厚は、鋳物の冷却速度に影響します。したがって、実際の生産では、必要な冷却速度を得るために、さまざまな鋳造肉厚に応じて適切な鉄型の厚さと砂のコーティングの厚さを選択する必要があります。
②適切なサンドコーティング厚と鉄壁厚を選択して同じ冷却速度を得ると、異なる厚さの鋳物を得ることができます。たとえば、図3で、ゾーンIは厚さが10mmと20mmであることを意味し、ゾーンIIは20mmと40mmを意味し、ゾーンIIIは40mmを意味します。そして、80mm鋳物の冷却範囲間のオーバーラップ。
③bmとbiを変更して、異なる厚さの鋳物に対して同じ冷却速度を得ることができますが、すべての厚さの鋳物が同じ冷却速度を得ることができるわけではありません。実験条件下では、厚さ10mm、厚さ40mmの鋳物は得られません。まったく同じ冷却速度（曲線間に重なりはありません）。

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