橡胶成型硫化机球铁真空罩的铸造

纪汉成，高平（金坛市金岗机械制造有限公司，江苏常州 213242）



橡胶成型硫化机球铁真空罩的铸造

纪汉成，高平
（金坛市金岗机械制造有限公司，江苏常州 213242）

摘要：介绍了硫化机球铁真空罩的铸造工艺，包括浇冒口系统的设计、排气系统的设计、过滤及激冷系统的设计，阐术了采用变径陶瓷管及成型芯筒的生产工艺要点，彻底解决了铸件缩孔、缩松及气孔缺陷，提高了铸件成品率，降低了生产成本，取得很好的经济效益。

关键词：球墨铸铁；硫化机真空罩；变径陶瓷管；成型芯筒；缩松及气孔

目前市场上广泛应用橡胶成型真空硫化机生产精密复杂橡胶件，采用高负压真空罩设计，合模前将真空罩内的空气抽净，使橡胶料在真空状态下依模具形状成型，然后硫化。真空成型硫化提高了模具的的排气能力，提高了橡胶件的成型能力和生产效率。其中真空罩是其设备的关键部件，密封性能要求好，可靠性要求高，铸件的内在和外观质量要求高，不允许有砂眼、气孔、缩孔缩松、夹渣等铸造缺陷。

1　铸件结构及技术要求

真空罩的结构如图1所示，为箱体类结构。铸件材料牌号为QT500-7，铸件净质量218 kg，最大轮廓尺寸1085 mm×855 mm×558 mm，平均壁厚为15 mm，最大壁厚为50 mm，要求铸件在铸态下达到使用性能。上圆孔内及下端面加工槽内，要求密封性能好，不允许有缩松、气孔、夹渣等缺陷。

铸件要求的化学成分为：w（C） 3.6%～3.7%，w（Si）2.5%～2.6%，w（Mn） 0.35%～0.45%，w（P）≤0.06%，w（S）≤0.02%，w（Mg） 0.03%～0.05%，w（RE） 0.01%～0.02%。力学性能要求为：抗拉强度≥500 MPa，屈服强度≥320 MPa，伸长率≥7%，硬度170～230 HB。

图1　铸件结构

2　原生产工艺及存在问题

2.1原工艺

采用呋喃树脂砂造型制芯，中底注大方口密封面朝下、爬芯扁浇口无冒口铸造工艺[1]。设内腔整体砂芯1只，侧耳砂芯2只，4只导柱孔自来成型，侧圆柱搭子侧活块。直浇道穿过中间整体砂芯，横浇道及内浇道分布于砂芯芯头处。设上圆口圆柱底面放置厚度为50 mm环形成型冷铁6块。

采用半开放式注系统[2]，浇道截面积之比为F直∶F横∶F内=1∶1.6∶1.3。中底注浇注铁液质量为278 kg，取铸件的浇注时间为30 s，根据魏兵大孔出流理论[3]计算，内浇道总面积为37.5 cm²，设4道爬芯内浇道，截面尺寸为76/80 mm×12 mm；设4道横浇道，截面尺寸为30/35 mm×35 mm；直浇道截面尺寸为ф60 mm。

铸件上表面设4个扁形排气冒口片，其尺寸为上口100 mm×25 mm，下口80 mm×12 mm，并加放尺寸为ф60 mm/ф100 mm×150 mm的圆形溢流冒口圈。采用4片75 mm×75 mm×20 mm垂直放置的直孔陶瓷过滤片过滤铁液，铸件冷却保温时间控制在6 h。

原铁液化学成分为：w（C） 3.75%～3.85%，w（Si）1.4%～1.5%，w（Mn） 0.35%～0.45%，w（P） ≤0.06%，w （S） ≤0.025%，。严格控制生铁、废钢等原材料中反球化元素，如Ti含量，防止球化衰退和不良。采用普通冲入法（三明治）球化处理方式，应用中BaSi高效孕育剂覆盖+出铁孕育，孕育剂量为0.6%～0.7%，浇注随流0.3～0.8 mm的BaSi孕育剂[4]，加入量0.1%。球化剂选用ZX-1珠光体低稀土镁硅铁合金球化剂（Mg6Re2），加入量1.2%～1.3%，浇注25 mm的单铸试块。浇注温度1 350～1 380 ℃，浇注时间25～35 s。具体工艺方案如图2所示。

图2　原工艺

2.2存在问题

采用中底注爬芯铸造工艺，虽然铸件充型浇注效果较好，但铸件属于箱体类结构，型腔主体砂芯较大，质量大，用砂量大，而直浇道穿过砂芯，浇注时产生的发气量大，砂芯排气不畅通，铸件上表面及加工密封面易产生气孔缺陷。且浇注系统设计较为繁琐，工艺出品率较低，生产成本较高。

上圆口圆柱底面（非加工面）放置环形成型冷铁，激冷不到位，未起到很好的激冷效果，从而导致真空罩加工密封槽内缩松废品高。总计由缩孔缩松及气孔、夹渣引起的铸件废品率高达40%～50%，工艺出品率78.4%。

3　工艺改进及生产验证

3.1改进方案

采用呋喃树脂砂造型制芯，侧底注变径陶瓷管无冒口铸造工艺[1]。设内腔整体砂芯中空，成型芯筒作芯骨，成型芯筒采用8 mm钢板焊接制作，方筒+圆筒，成型芯筒放置于芯盒定位中心，并按要求放置环形成型冷铁4块，间距为30 mm，舂砂制作中空砂芯。

浇冒口系统设计。采用半开放式浇注系统[2]，浇道截面积比仍不变为F直∶F横∶F内=1∶1.6∶1.3。侧底注浇注铁液质量为258 kg，取铸件的浇注时间为30 s，根据魏兵大孔出流理论[3]计算，内浇道总面积为37.5 cm²。设3根ф40 mm陶瓷管，其中ф40 mm变径陶瓷管3根（变径尺寸100 mm×12.5 mm）；直浇道截面尺寸为ф60 mm，选用ф60 mm陶瓷管，横浇道截面尺寸上型为70/85 mm×50 mm，下型为70/85 mm×40 mm。同样在铸件上表面设4个扁形排气冒口片，其尺寸为上口100 mm×25 mm，下口80 mm×12 mm，并加放尺寸为ф60 mm/ф100 mm×150 mm的圆形溢流冒口圈。采用变径陶瓷管，可减少铁液流量集中过热，减小铸件接触热节。

排气系统设计。加强铸型及砂芯的排气，设内腔整体砂芯中空，吃砂量保持80～100 mm，成型芯筒钻通气孔，保证砂芯出气畅通，防止铸件产生气孔缺陷。中空砂芯合箱时垫封箱条密封到位，保证与上型出气畅通，防止砂芯出气进铁液，造成铸件内跑火报废。合箱前砂芯及铸型冷铁处要烘干到位，减少发气量，防止铸件呛火。

过滤及激冷系统设计。改直孔陶瓷过滤片为泡沫陶瓷过滤片，提高铁液的过滤效果[5]，设100 mm×100 mm×20 mm泡沫陶瓷过滤片2只，保证足够的铁液过滤量。

图3　改进工艺

加强铸件厚大热节处冷却，特别是上圆口侧圆柱密封面处的激冷，取消底面环形成型冷铁，设厚度为30～50 mm环形成型冷铁4块，防止铸件产生缩松缩孔缺陷。具体工艺方案如图3所示。

3.2生产验证

采用底注陶瓷管无冒口铸造工艺，泡沫陶瓷过滤浇注技术，优化浇冒口系统设计、排气系统设计、过滤及激冷系统设计，净化了铁液质量，浇注铁液平稳，铸型砂芯排气畅通，铸件热节激冷到位，消除了铸件缩孔缩松及夹渣、气孔缺陷，提高了铸件成品率，降低了生产成本。工艺出品率达84.5%，铸件合格率达到98%。

采用成型芯筒制作中空砂芯，操作简便，且可重复使用，减少了树脂砂的用量，砂芯质量减少了60%，由原来的450 kg减少到180 kg，并减少砂芯的发气量，防止铸件产生气孔缺陷，清理出砂容易，降低了生产成本，收到了很好的效果。

4　结论

(1) 对硫化机真空罩的铸造工艺进行改进，采用底注陶瓷管无冒口铸造工艺，泡沫陶瓷过滤浇注技术，优化浇冒口系统设计、排气系统设计、过滤及激冷系统设计，净化了铁液质量，浇注铁液平稳，砂芯排气畅通，铸件热节激冷到位，消除了铸件缩孔缩松及气孔、夹渣缺陷，保证了铸件质量，提高了铸件成品率，降低了生产成本，取得了很好的技术经济效益。

(2)现树脂砂造型生产铸件已普遍应用成型耐火陶瓷管制作浇注系统，其工艺设计简单，操作灵活方便，浇注可靠性高。普通成型或异型耐火陶瓷砖管由专业生产厂家制作。根据铸件的结构特点及工艺设计要求，需要采用变径异型陶瓷管，而使用变径陶瓷管的优点是随形设计内浇口，使用方便简捷，减少铁液流量集中过热，减小铸件接触热节，防止铸件产生缩孔缩松缺陷，此工艺值得推广应用。

图4　铸件毛坯

(3)树脂砂造型制芯，要根据铸件的结构和特点，优化工艺设计，在保证产品质量的前提下，节约树脂砂用量，尽量减少砂铁比，保持较小的吃砂量，采用专用工装、砂箱及特种措施，降低生产成本。根据真空罩铸件的结构和特点，采用成型芯筒制作中空砂芯，操作简便易行，且可重复使用，减少了树脂砂的用量，减少砂芯的发气量，防止铸件产生气孔缺陷，清理出砂容易，降低了生产成本，收到了很好的效果。

参考文献

[1] 魏兵，袁森，张卫华.铸件均衡凝固技术及其应用[J].北京：机械工业出版社，1998.

[2] 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册:铸造工艺卷(第2版) [M].北京：机械工业出版社，2007:396- 401.

[3] 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册:铸造工艺卷(第2版) [M].北京：机械工业出版社，2007:212- 216.

[4] 陆文华.铸铁及其熔炼[M].北京：机械工业出版社，1988：99-102.

[5] 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册:铸造工艺卷(第2版) [M].北京：机械工业出版社，2007:291- 293.

[6] 王晓妍, 李会珍. 球铁轮毂的生产工艺[J]. 中国铸造装备与技术,2007(2).

[7] 李蒙. 铸态QT550- 7球铁的生产[J]. 中国铸造装备与技术,2009(2).

Casting of rubber molding curing machine ductile iron vacuum cover

JI HanCheng，GAOPing
（Jintan Jingang Machinery Manufacturing Co., Ltd., Changzhou 213242，Jiangsu,China）

Abstract:This paper introduces the casting process of ductile iron vacuum vulcanizing machine cover, including riser system design, exhaust system design, filtering and cooling system design, was explaining the main points of the production technology using adjustable ceramic tube and forming core tube, completely solve the shrinkage hole and porosity and gas porosity. To improve the casting yield, reduce production cost, obtains good economic benefit.

Keywords：ductile iron; vacuum vulcanizing machine cover; diameter ceramic tube; forming tube; shrinkage and porosity

作者简介：纪汉成（1966—），男，研究员级高工，总工程师，主要从事铸造工艺、熔炼技术及质量管理工作.

收稿日期:2015- 07- 27

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .004

中图分类号：TG255；

文献标识码：A；

文章编号:1 006- 9658（2016）01 -001 0- 03

稿件编号:1507- 1004