一种柴油机灰口铸铁飞轮壳铁型覆砂铸造工艺技术领域
本发明涉及一种铸造工艺，具体说是一种柴油机灰口铸铁飞轮壳铁型覆砂铸造工艺，铸件具有良好的几何尺寸精度和表面质量，毛坯加工余量小，机械性能好。
背景技术
飞轮壳是柴油机的主要部件之一，特别是本发明涉及的飞轮壳所配套的柴油机属于新近从国外引进的大马力高端柴油机，负荷大，形状复杂，尺寸精度高。是飞轮壳与齿轮室罩壳合二为一的产品，齿轮室内在机加工好后必须做水压实验，压力0.6MPa，保压5分钟不得有漏水现象，质量要求比较高。
灰铁飞轮壳的传统铸造工艺主要采用砂型铸造包括树脂砂、潮模砂造型。传统工艺过程如下：采用潮模砂造型，包括用手工造型或机器造型或高压造型后，形成铸型采用树脂砂制芯，然后下芯、合箱、浇注、清理。用上述铸造工艺制作的铸型刚度差因而铸件表面质量差、尺寸精度差、毛坯的加工余量大、壁厚不均匀、材质不稳定、漏水率高并且工艺操作性差、工人劳动环境差、占用场地大。
发明内容
为了解决传统技术的不足，本发明提供了一种柴油机灰口铸铁飞轮壳铁型覆砂铸造工艺，其铸件表面质量好、尺寸精度高、减少毛坯加工余量、降低铸件报废率，具有良好机械性能。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种柴油机灰口铸铁飞轮壳铁型覆砂铸造工艺：包括步骤如下：
(1)铁型和模具制作：依据飞轮壳铸件尺寸制作上、下模具，按上、下模具尺寸留有覆砂腔对应制作上、下铁型，在上铁型上设置浇铸系统；
(2)上、下铸型造型：
(2a)将上铁型与上模具、下铁型与下模具在覆砂机上分别合型预热；预热后，分开铁型和模具，在上、下模具外壁喷洒脱模剂，再合型；
(2b)经上、下铁型上的多只射砂孔将上铁型与上模具、下铁型与下模具间的覆砂腔内通过压缩空气充满覆膜砂；
(2c)在每只射砂孔上扎一气眼，扎入覆膜砂50-80mm；气眼直径2-5mm；
(2d)覆膜砂在上、下铁型上固化成型，固化温度240-280℃，固化时间30-40秒；
(2e)起模分开,将上、下铁型吊离上、下模具；
(3)坭芯制作：
(3a)依据飞轮壳铸件尺寸制作坭芯芯盒, 芯盒预热，喷洒脱模剂；
(3b)芯盒在射芯机上用压缩空气射制飞轮壳坭芯；
(3c)待固化后起模，固化温度240-280℃，固化时间30-40秒；
(4)下芯、合箱：
(4a)将飞轮壳坭芯按飞轮壳铸件尺寸下芯于下铁型内覆膜砂上定位；(4b)上、下铁型水平合箱，采用定位销和导向销插紧上、下铁型；
(4c)在上、下铁型的箱耳上撬上箱卡，在上铁型浇铸系统顶端安装浇口圈；
(5)原料熔炼:
(5a)将灰铁原料投入1T的中频电炉中进行熔炼，在中频炉内采用加入废钢、硅铁、增碳剂的方式调整化学成分后得到原铁液A；
(5b)将步骤原铁液A在倒入铁水包内时加入孕育剂进行孕育处理，扒渣得铁液B；
(6) 原料浇注：将步骤(5b)的铁液B通过浇口圈倒入步骤(4)下芯、合箱步骤获得的铸型中进行浇铸，浇口圈满停止浇铸；
(7)打箱：
(7a)浇注后2-3分钟打掉浇口圈并将直浇口四周围的铁液清理干净，
(7b)浇注后6-8分钟内松开箱卡，吊离上铁型,取出铸件。
进一步地，所述步骤①浇铸系统由直浇道、横浇道和内浇道组成，直浇道竖直设置于上铁型上连通上铁型外部，横浇道沿上铁型截面延伸方向设置于上铁形内连通直浇道下部，多道内浇道沿上铁型截面延伸方向连通横浇道和覆砂腔，各浇道的截面积比为：A直：A横：A内=11.3cm2:8.4cm2:4.8cm2=1:0.75:0.43。
进一步地，所述步骤（2a）铁型预热温度240-280℃，模具预热温度240-280℃。
进一步地，所述步骤（2b）每只射砂孔?16mm，射砂压缩空气压力0.4-0.6MPa，覆砂厚度为8-10mm。
进一步地，所述步骤（3a）芯盒预热温度220-260℃，保温时间4分钟。
进一步地，所述步骤（5a）灰铁原料包括新铁80%和废钢20%，熔炼温度1510-1530℃，步骤（5a）在中频炉内调整化学成分C、Si，其原铁液A成分：W(C):3.4-3.5%，W(Si):1.4-1.6%，其中碳的含量通过添加废钢或增碳剂来控制，硅的含量通过添加75SiFe来控制。
进一步地，所述步骤（5b）加入的孕育剂为75SiFe，粒度为5-8mm，加入量为原铁液A质量的0.3-0.5%，孕育时间30-50秒，铁液B成分 W(C):3.4-3.5%,W(Si):1.7-1.9%,W(Mn):0.7-0.8%,0＜W(P)≤0.1%,0＜W(S)≤0.1%。再进一步地，所述步骤(6)浇铸温度1350-1400℃。
本发明的铸造工艺的理论基础是铁水凝固理论，铁水凝固理论是根据铁液冷却时体积收缩，凝固时析出石墨。体积膨胀的事实，高牌号灰铁产生的膨胀力比较大，若铸型刚度差势必造成铸型壁迁移造成型腔增大，造成铸件涨砂铸件几何尺寸改变，铸件表面粘砂，厚大部位缩松现象。采用铸型覆砂工艺与砂型铸造相比，本发明是有如下显著优点：
⑴本发明采用铁型覆砂工艺，铸型刚度好，型腔在铁水发生石墨化膨胀时不会发生位移，从而杜绝了铸件的涨砂现象，铸件几何尺寸精度高，铸件的尺寸一致性好，加工余量可以适当减少，有利于降低制造成本；
⑵本发明坭芯采用热芯盒制作，坭芯型腔表面质量好，最终铸件无披锋、毛刺小、无错位，可大大减少清理工作量；
⑶本发明采用上、下铁型浇铸，配合坭芯和带气眼覆膜砂形成铸形腔，铸件冷却速度快于普通的砂型铸造，铸件材质稳定、力学性能好；
⑷本发明采用铁型覆砂工艺，使用砂量小，环境污染比普通的砂型铸造要小得多，工人的劳动强度和工作环境得到了改善。
⑸采用本发明铁液孕育后，促进铁液石墨化，提高铁水的综合性能，避免白口产生。
本发明采用铁型覆砂工艺生产灰铁飞轮壳毛坯，具有良好的几何尺寸精度，可达到CT8级，良好的表面粗糙度，可达到12.5μm，良好的机械性能，材质稳定达到HT250，毛坯加工余量小，可控制在3mm，披锋错位小，可控制在0.5mm之内，铸件清理工作量小，降低劳动强，改善环境污染，铸件成品率高，达到95%，符合国家提倡的节能、环保、可持续发展政策。
具体实施方式
图1为本发明铸件结构示意图；
图2为本发明上铁型覆砂结构示意图；
图3为本发明下铁型覆砂结构示意图；
图4为本发明铸造结构示意图。
图中：飞轮壳铸件1，上铁型2，下铁型201，上模具3，下模具301，射砂孔4、401，覆砂层5、501，气眼6、601，浇道模具7，直浇道701，横浇道702，内浇道703，坭芯8。
具体实施方式
图1所示为柴油机灰铁飞轮壳铸件1的截面结构示意图。
图2所示，一种柴油机灰铁飞轮壳的铁型覆砂铸造工艺的上铁型覆砂结构示意图，包括上铁型2、浇道模具7和上模具3，上模具的表面结构与飞轮壳铸件的上部表面结构相同，上铁型和上模具之间合型留有覆砂腔，上铁型内设有浇道模具，上铁型和浇道模具间同样留有覆砂腔，上铁型上设有多个连通至覆砂腔的射砂孔4，经上铁型上的多只射砂孔将上铁型与上模具间的覆砂腔内通过压缩空气充满覆膜砂形成覆砂层5，从每只射砂孔上扎一气眼6扎入覆砂层。
图3所示，一种柴油机灰铁飞轮壳的铁型覆砂铸造工艺的下铁型覆砂结构示意图，包括下铁型201和下模具301，下模具的表面结构与飞轮壳铸件的底部表面结构相同，下铁型和下模具之间合型留有覆砂腔，下铁型上设有多个连通至覆砂腔的射砂孔401，经下铁型上的多只射砂孔将下铁型与下模具间的覆砂腔内通过压缩空气充满覆膜砂形成覆砂层501，从每只射砂孔上扎一气眼601扎入覆砂层。
图4所示，本发明铸造结构示意图，将制作好的坭芯8放置于下铁型上，带有覆砂层的上、下铁型合型。其中浇铸系统由直浇道701、横浇道702和内浇道703组成，直浇道竖直设置于上铁型上连通上铁型外部，横浇道沿上铁型截面延伸方向设置于上铁形内连通直浇道下部，多道内浇道沿上铁型截面延伸方向连通横浇道和覆砂腔，各浇道的截面积比为：A直：A横：A内=11.3cm2:8.4cm2:4.8cm2=1:0.75:0.43。
实施例一；本发明铸造工艺包括步骤如下：
(1)铁型和模具制作：依据飞轮壳铸件尺寸制作上、下模具，按上、下模具尺寸留有覆砂腔对应制作上、下铁型，在上铁型上设置浇铸系统和多只射砂孔，在下铁型上设置多只射砂孔；
(2)上、下铸型造型：
(2a)将上铁型与上模具、下铁型与下模具在覆砂机上分别合型预热，铁型预热温度240℃，模具预热温度240℃；预热后，分开铁型和模具，在上、下模具外壁喷洒脱模剂，再合型；
(2b)经上、下铁型上的多只射砂孔将上铁型与上模具、下铁型与下模具间的覆砂腔内通过压缩空气充满覆膜砂，每只射砂孔?16mm，射砂压缩空气压力0.4MPa，覆砂厚度为8mm；
(2c)在每只射砂孔上扎一气眼，扎入覆膜砂50mm；气眼直径2mm；
(2d)覆膜砂在上、下铁型上固化成型，固化温度240℃，固化时间30秒；
(2e)起模分开,将上、下铁型吊离上、下模具；
(3)坭芯制作：
(3a)依据飞轮壳铸件尺寸制作坭芯芯盒, 芯盒预热，芯盒预热温度220℃，保温时间4分钟，喷洒脱模剂；
(3b)芯盒在射芯机上用压缩空气射制飞轮壳坭芯；
(3c)待固化后起模，固化温度240℃，固化时间30秒；
(4)下芯、合箱：
(4a)将飞轮壳坭芯按飞轮壳铸件尺寸下芯于下铁型内覆膜砂上定位；(4b)上、下铁型水平合箱，采用定位销和导向销插紧上、下铁型；
(4c)在上、下铁型的箱耳上撬上箱卡，在上铁型浇铸系统顶端安装浇口圈；
(5)原料熔炼:
(5a)将灰铁原料投入1T的中频电炉中进行熔炼，在中频炉内采用加入废钢、硅铁、增碳剂的方式调整化学成分后得到原铁液A，灰铁原料包括新铁80%和废钢20%，熔炼温度1510℃，步骤（5a）在中频炉内调整化学成分C、Si，其原铁液A成分：W(C):3.4-3.5%，W(Si):1.4-1.6%，其中碳的含量通过添加废钢或增碳剂来控制，硅的含量通过添加75SiFe来控制；
(5b)将步骤原铁液A在倒入铁水包内时加入孕育剂进行孕育处理，扒渣得铁液B，加入的孕育剂为75SiFe，粒度为5-8mm，加入量为原铁液A质量的0.3-0.5%，孕育时间30秒，铁液B成分 W(C):3.4-3.5%,W(Si):1.7-1.9%,W(Mn):0.7-0.8%,0＜W(P)≤0.1%,0＜W(S)≤0.1%；
(6) 原料浇注：将步骤(5b)的铁液B通过浇口圈倒入步骤(4)下芯、合箱步骤获得的铸型中进行浇铸，浇铸温度1350℃，浇口圈满停止浇铸；
(7)打箱：
(7a)浇注后2分钟打掉浇口圈并将直浇口四周围的铁液清理干净，
(7b)浇注后6分钟内松开箱卡，吊离上铁型,取出铸件。
实施例二；本发明铸造工艺包括步骤如下：
(1)铁型和模具制作：依据飞轮壳铸件尺寸制作上、下模具，按上、下模具尺寸留有覆砂腔对应制作上、下铁型，在上铁型上设置浇铸系统和多只射砂孔，在下铁型上设置多只射砂孔；
(2)上、下铸型造型：
(2a)将上铁型与上模具、下铁型与下模具在覆砂机上分别合型预热，铁型预热温度260℃，模具预热温度260℃；预热后，分开铁型和模具，在上、下模具外壁喷洒脱模剂，再合型；
(2b)经上、下铁型上的多只射砂孔将上铁型与上模具、下铁型与下模具间的覆砂腔内通过压缩空气充满覆膜砂，每只射砂孔?16mm，射砂压缩空气压力0.5MPa，覆砂厚度为9mm；
(2c)在每只射砂孔上扎一气眼，扎入覆膜砂70mm；气眼直径4mm；
(2d)覆膜砂在上、下铁型上固化成型，固化温度260℃，固化时间35秒；
(2e)起模分开,将上、下铁型吊离上、下模具；
(3)坭芯制作：
(3a)依据飞轮壳铸件尺寸制作坭芯芯盒, 芯盒预热，芯盒预热温度240℃，保温时间4分钟，喷洒脱模剂；
(3b)芯盒在射芯机上用压缩空气射制飞轮壳坭芯；
(3c)待固化后起模，固化温度260℃，固化时间35秒；
(4)下芯、合箱：
(4a)将飞轮壳坭芯按飞轮壳铸件尺寸下芯于下铁型内覆膜砂上定位；(4b)上、下铁型水平合箱，采用定位销和导向销插紧上、下铁型；
(4c)在上、下铁型的箱耳上撬上箱卡，在上铁型浇铸系统顶端安装浇口圈；
(5)原料熔炼:
(5a)将灰铁原料投入1T的中频电炉中进行熔炼，在中频炉内采用加入废钢、硅铁、增碳剂的方式调整化学成分后得到原铁液A，灰铁原料包括新铁80%和废钢20%，熔炼温度1520℃，步骤（5a）在中频炉内调整化学成分C、Si，其原铁液A成分：W(C):3.4-3.5%，W(Si):1.4-1.6%，其中碳的含量通过添加废钢或增碳剂来控制，硅的含量通过添加75SiFe来控制；
(5b)将步骤原铁液A在倒入铁水包内时加入孕育剂进行孕育处理，扒渣得铁液B，加入的孕育剂为75SiFe，粒度为5-8mm，加入量为原铁液A质量的0.3-0.5%，孕育时间40秒，铁液B成分 W(C):3.4-3.5%,W(Si):1.7-1.9%,W(Mn):0.7-0.8%,0＜W(P)≤0.1%,0＜W(S)≤0.1%；
(6) 原料浇注：将步骤(5b)的铁液B通过浇口圈倒入步骤(4)下芯、合箱步骤获得的铸型中进行浇铸，浇铸温度1380℃，浇口圈满停止浇铸；
(7)打箱：
(7a)浇注后2.5分钟打掉浇口圈并将直浇口四周围的铁液清理干净，
(7b)浇注后7分钟内松开箱卡，吊离上铁型,取出铸件。
实施例三；本发明铸造工艺包括步骤如下：
(1)铁型和模具制作：依据飞轮壳铸件尺寸制作上、下模具，按上、下模具尺寸留有覆砂腔对应制作上、下铁型，在上铁型上设置浇铸系统和多只射砂孔，在下铁型上设置多只射砂孔；
(2)上、下铸型造型：
(2a)将上铁型与上模具、下铁型与下模具在覆砂机上分别合型预热，铁型预热温度280℃，模具预热温度280℃；预热后，分开铁型和模具，在上、下模具外壁喷洒脱模剂，再合型；
(2b)经上、下铁型上的多只射砂孔将上铁型与上模具、下铁型与下模具间的覆砂腔内通过压缩空气充满覆膜砂，每只射砂孔?16mm，射砂压缩空气压力0.6MPa，覆砂厚度为10mm；
(2c)在每只射砂孔上扎一气眼，扎入覆膜砂80mm；气眼直径5mm；
(2d)覆膜砂在上、下铁型上固化成型，固化温度280℃，固化时间40秒；
(2e)起模分开,将上、下铁型吊离上、下模具；
(3)坭芯制作：
(3a)依据飞轮壳铸件尺寸制作坭芯芯盒, 芯盒预热，芯盒预热温度260℃，保温时间4分钟，喷洒脱模剂；
(3b)芯盒在射芯机上用压缩空气射制飞轮壳坭芯；
(3c)待固化后起模，固化温度280℃，固化时间40秒；
(4)下芯、合箱：
(4a)将飞轮壳坭芯按飞轮壳铸件尺寸下芯于下铁型内覆膜砂上定位；(4b)上、下铁型水平合箱，采用定位销和导向销插紧上、下铁型；
(4c)在上、下铁型的箱耳上撬上箱卡，在上铁型浇铸系统顶端安装浇口圈；
(5)原料熔炼:
(5a)将灰铁原料投入1T的中频电炉中进行熔炼，在中频炉内采用加入废钢、硅铁、增碳剂的方式调整化学成分后得到原铁液A，灰铁原料包括新铁80%和废钢20%，熔炼温度1530℃，步骤（5a）在中频炉内调整化学成分C、Si，其原铁液A成分：W(C):3.4-3.5%，W(Si):1.4-1.6%，其中碳的含量通过添加废钢或增碳剂来控制，硅的含量通过添加75SiFe来控制；
(5b)将步骤原铁液A在倒入铁水包内时加入孕育剂进行孕育处理，扒渣得铁液B，加入的孕育剂为75SiFe，粒度为5-8mm，加入量为原铁液A质量的0.3-0.5%，孕育时间50秒，铁液B成分 W(C):3.4-3.5%,W(Si):1.7-1.9%,W(Mn):0.7-0.8%,0＜W(P)≤0.1%,0＜W(S)≤0.1%；
(6) 原料浇注：将步骤(5b)的铁液B通过浇口圈倒入步骤(4)下芯、合箱步骤获得的铸型中进行浇铸，浇铸温度1400℃，浇口圈满停止浇铸；
(7)打箱：
(7a)浇注后3分钟打掉浇口圈并将直浇口四周围的铁液清理干净，
(7b)浇注后8分钟内松开箱卡，吊离上铁型,取出铸件。