El método y la aplicación de la fundición de moldes de hierro recubiertos de arena

Hora de publicación: 06 / 24 2021 Autor: Editor del sitio Visita: 11957

¿Qué es la fundición de moldes de hierro con revestimiento de arena?

La fundición recubierta de arena con molde de hierro es un proceso de fundición en el que se cubre una fina capa de arena en la cavidad interior de un molde de metal (llamado molde de hierro) para formar un molde. Debido a que la capa de revestimiento de arena es relativamente delgada (4 ～ 8 mm), es económicamente razonable utilizar materiales de modelado de alta calidad más costosos. Como resultado, la calidad de las piezas fundidas mejora enormemente y el desperdicio se reduce significativamente; debido a la rigidez del molde de fundición revestido con arena de hierro Muy buena, lo que mejora significativamente la precisión dimensional y la compacidad de la fundición.

Alemania, la ex Unión Soviética y otros países comenzaron a utilizar fundición revestida con arena de hierro en la producción de fundición alrededor de la década de 1960, principalmente para la producción de cigüeñales de hierro dúctil, cubos de freno, discos de freno, camisas de cilindros, proyectiles de bombas, orugas de tanques y bases de motores. , etc. Tipo de fundición. La investigación de aplicaciones de China en la fundición revestida de arena con moldes de hierro comenzó a principios de la década de 1970. En 1979, el Instituto de Diseño Mecánico y Eléctrico de Zhejiang y la Fábrica de Tractores Yongkang cooperaron para utilizar este proceso por primera vez en la producción de fundición en masa de los espacios en blanco del cigüeñal S195. Al mismo tiempo, se completó la evaluación del rendimiento del cigüeñal de fundición dúctil producido por este proceso, en términos de resistencia a la fatiga (comparación de la tensión límite de fatiga σ-1), resistencia a la fractura (comparación del valor umbral ΔKth y comparación de la tenacidad a la fractura K1C ) y vida útil (Comparación de la prueba de resistencia del banco de 10000 h), etc., en comparación con el cigüeñal de fundición en arena, es mejor que la fundición en arena. En los siguientes 10 años, el proceso se ha mejorado continuamente en su aplicación. A principios de la década de 1990, siete empresas habían aplicado el proceso, especialmente el proceso de fundición con revestimiento de arena de hierro para cigüeñales de un solo cilindro y cigüeñales de cuatro cilindros. Un gran éxito. Las empresas representativas durante este período son Yongkang Tractor Factory, Shangyu Power Machinery Factory, Wangdu Crankshaft and Biela Factory, Wanbei Crankshaft Factory, Jinhua Internal Combustion Engine Parts Factory, Changzhou Diesel Engine Factory, etc.En 1991, la Comisión de Planificación del Estado aprobó el hierro moldear fundición revestida de arena como un proyecto clave de promoción de nuevas tecnologías del "Octavo Plan Quinquenal" del país, e hizo que el Instituto de Diseño Eléctrico y Mecánico de Zhejiang fuera la unidad de apoyo técnico del proyecto. Esta es una mejora significativa en la tecnología de fundición revestida de arena con moldes de hierro de mi país. El desarrollo ha jugado un papel muy importante en la promoción. Después de que nuestro instituto acometiera el proyecto de promoción, en los siguientes 5 a 6 años, se resolvieron básicamente una serie de problemas de fundición en arena con revestimiento de hierro para producción en serie.

Principalmente:

①Diseñó y finalizó la máquina de moldeo con revestimiento de arena, que resolvió el antiguo problema de reacondicionamiento y sustitución de los disparadores de núcleos;
② Se finalizó y estandarizó la línea de producción de fundición con revestimiento de arena de tipo hierro estándar, y la línea de producción de fundición con revestimiento de arena de tipo hierro, relativamente simple, se mejoró y aplicó en empresas como la Planta de Hierro Nodular de Shanghai;
③La aplicación de la fundición de hierro recubierta de arena se amplía a algunas fundiciones con procesos de fundición más difíciles, como cigüeñales de seis cilindros y cigüeñales de tres cilindros;
④ Introducir arena revestida en la producción de fundición de arena revestida de hierro, mejorando en gran medida la calidad de las molduras revestidas de arena;
⑤ El diseño del proceso de fundición recubierto de arena con molde de hierro se ha estandarizado aún más y el nivel de diseño también se ha mejorado considerablemente. Se han desarrollado el software de simulación por computadora del proceso de fundición con revestimiento de arena con moldes de hierro y el software de diseño asistido por computadora del proceso de fundición con revestimiento de arena con moldes de hierro.

En la actualidad, casi cien empresas en todo el país han aplicado el proceso de fundición recubierta de arena de hierro para producir más de 30 tipos de piezas fundidas, como cigüeñales de hierro dúctil, árboles de levas, ejes de equilibrio, cuerpos de válvulas resistentes a la presión, camisas de cilindros y resistentes al desgaste. discos de engranajes. Se estima que la producción anual son piezas de fundición. Alrededor de 10 × 104t. Las empresas típicas incluyen la fábrica de hierro dúctil general de fundición de automóviles de Shanghai, la fábrica de cigüeñales Shenyang No. 1, el grupo Guangxi Baikuang, la fábrica general de maquinaria Yixing, el grupo Shandong Jiuyang, la fábrica de cigüeñales Zhejiang Shuguang, la fábrica de cigüeñales Benxi Tianyuan, la fábrica de maquinaria de película Baoding, la fábrica de cigüeñales Shanxi Lucheng , Hebei Xinji Crankshaft Factory, etc. Sin embargo, estas empresas tienen diferentes formas de introducir el proceso: algunas han confiado a nuestro instituto el diseño o la construcción, y otras lo han imitado y desarrollado por sí mismas. Por lo tanto, su dominio del proceso de fundición recubierta de arena con moldes de hierro es muy diferente. Tomando como ejemplo solo la tasa de desperdicio de fundición revestida con arena de moldes de hierro, muchas empresas que tienen una mejor comprensión pueden estabilizarla en aproximadamente un 3% y han logrado muy buenos beneficios económicos. Sin embargo, también hay algunas empresas cuya tasa de desperdicio de fundición recubierta de arena con moldes de hierro es tan alta como aproximadamente el 20%, lo que compensa en gran medida los beneficios económicos de este proceso. La razón es que estas empresas no han comprendido completamente los elementos esenciales de diseño y producción del proceso, y se descuida la gestión de la producción.

Las principales soluciones para el diseño y la producción real del proceso de fundición con revestimiento de arena de moldes de hierro:

①El grosor de la pared de hierro y el grosor de la capa de revestimiento de arena y la combinación de los dos pueden cumplir con los diferentes requisitos de solidificación y enfriamiento de piezas fundidas con diferentes espesores de pared y diferentes materiales;
②Método de moldeo de revestimiento de arena conveniente y económico para cumplir con los requisitos de diferentes piezas fundidas para la calidad de la superficie y la precisión dimensional;
③Parámetros de proceso. Tales como la determinación del sistema de compuerta, sistema de tiro de arena, sistema de escape, etc .;
④ La realización de la producción en masa. Por ejemplo, el diseño y la forma de la línea de producción y el equipo auxiliar y anfitrión revestido de arena;
⑤La formulación de normativas de proceso, como las normativas de vertido, enfriamiento y desembalaje, así como el ajuste de la composición de la fundición.

Características de intercambio de calor de la fundición con revestimiento de arena tipo hierro

Después de que el metal líquido se vierte en el molde de fundición revestido con arena de hierro, el "molde de fundición con revestimiento de arena y hierro" es un sistema de intercambio de calor inestable. Para simplificar el problema, se supone que la fundición es semilimitada; y se supone que el campo de temperatura de cada componente del sistema se distribuye en línea recta. La figura 1 muestra una parte del sistema. Obviamente, el mismo flujo de calor específico q pasa a través de cada componente del sistema:

Dos criterios de transferencia de calor que representan respectivamente la intensidad del intercambio de calor entre la pieza fundida y la capa de arena, y el molde de hierro y la capa de arena. k1 es la relación entre la resistencia térmica de la pieza fundida y la resistencia térmica del revestimiento de arena; k2 es la relación entre la resistencia térmica del tipo de hierro y la resistencia térmica del revestimiento de arena. Considerando la combinación de k1 y k2, con el cambio del espesor del revestimiento de arena, existen las siguientes tres situaciones diferentes de transferencia de calor entre el "molde de hierro fundido-revestimiento de arena" que pueden ocurrir realmente:

① Cuando k≤1 y k2≤1, la capa de revestimiento de arena está dentro del espesor normal y la velocidad de enfriamiento de la pieza fundida aumenta a medida que disminuye el espesor de la capa de revestimiento de arena.
②Cuando el espesor de la capa de arena excede un cierto espesor, el molde de hierro no tiene ningún efecto sobre el enfriamiento de la pieza fundida. En este momento, es equivalente a la fundición en arena ordinaria o la fundición en arena de resina. Dado que la conductividad térmica de la capa revestida de arena es mucho menor que la del tipo de hierro, la fundición se enfría lentamente.
③Cuando k ≧ 1 y k2 ≧ 1, el espesor de la capa de arena es demasiado delgado, lo que equivale a la fundición de moldes de metal.

Las características de intercambio de calor anteriores se han confirmado mediante experimentos. Cuando el espesor de la capa de revestimiento de arena de la fundición revestida de arena de tipo hierro del cigüeñal (CTЦ-14) cambia gradualmente de 4 a 32 mm, la cantidad de cementita en la estructura del cigüeñal se reduce continuamente, y la cantidad de perlita y la la cantidad de ferrita sigue aumentando. Cuando el grosor de la capa de arena es inferior a 4 mm, la resistencia de enfriamiento de la pieza fundida es similar a la del tipo de metal (pintura espesa); cuando la capa de arena es superior a 32 mm, la fuerza de enfriamiento es equivalente a la de la resina de fundición en arena ordinaria.

Cuando se utiliza fundición revestida de arena de hierro en la producción de varias piezas fundidas, es a través de experimentos o analogías empíricas para determinar el espesor de la capa revestida de arena y el espesor del hierro para controlar la velocidad de solidificación de la fundición. Por ejemplo, en el diseño del proceso de fundición con revestimiento de arena del molde de hierro del cigüeñal de hierro dúctil 490Q, el espesor de la capa de revestimiento de arena es de 5-8 mm, y el espesor de la pared del molde de hierro es de 20-30 mm, lo que produce una alta calidad como -Fundición de hierro dúctil sin contrahuellas. La principal razón es:

① La capa de arena regula eficazmente la velocidad de enfriamiento de la fundición, por un lado, hace que la fundición parezca menos blanca y, por otro lado, la velocidad de enfriamiento es mayor que la de la fundición en arena. Como se muestra en la Figura 2, cuando el hierro fundido se vierte en el molde de hierro recubierto de arena, la temperatura de la fundición cae a aproximadamente 930 ° C después de 8 minutos, y el molde de arena tarda 24 minutos en bajar a la misma temperatura. y la velocidad de enfriamiento aumenta aproximadamente 3 veces. Como resultado, las propiedades mecánicas de las piezas fundidas se mejoran significativamente.
②El molde de hierro no tiene concesiones, pero la fina capa de arena puede reducir adecuadamente la resistencia a la contracción del molde; y la rigidez del molde de hierro utiliza eficazmente la expansión de grafitización del hierro dúctil durante el proceso de solidificación para lograr una fundición sin elevador; Debido a la fina capa de arena, la cavidad no es fácil de deformar y la precisión de la fundición es mucho mejor que la del molde de arena.

① Cuando k≤1 y k2≤1, la capa de revestimiento de arena está dentro del espesor normal y la velocidad de enfriamiento de la pieza fundida aumenta a medida que disminuye el espesor de la capa de revestimiento de arena.
②Cuando el espesor de la capa de arena excede un cierto espesor, el molde de hierro no tiene ningún efecto sobre el enfriamiento de la pieza fundida. En este momento, es equivalente a la fundición en arena ordinaria o la fundición en arena de resina. Dado que la conductividad térmica de la capa revestida de arena es mucho menor que la del tipo de hierro, la fundición se enfría lentamente.
③Cuando k ≧ 1 y k2 ≧ 1, el espesor de la capa de arena es demasiado delgado, lo que equivale a la fundición de moldes de metal.

① La capa de arena regula eficazmente la velocidad de enfriamiento de la fundición, por un lado, hace que la fundición parezca menos blanca y, por otro lado, la velocidad de enfriamiento es mayor que la de la fundición en arena. Como se muestra en la Figura 2, cuando el hierro fundido se vierte en el molde de hierro recubierto de arena, la temperatura de la fundición cae a aproximadamente 930 ° C después de 8 minutos, y el molde de arena tarda 24 minutos en bajar a la misma temperatura. y la velocidad de enfriamiento aumenta aproximadamente 3 veces. Como resultado, las propiedades mecánicas de las piezas fundidas se mejoran significativamente.
②El molde de hierro no tiene concesiones, pero la fina capa de arena puede reducir adecuadamente la resistencia a la contracción del molde; y la rigidez del molde de hierro utiliza eficazmente la expansión de grafitización del hierro dúctil durante el proceso de solidificación para lograr una fundición sin elevador; Debido a la fina capa de arena, la cavidad no es fácil de deformar y la precisión de la fundición es mucho mejor que la del molde de arena.

Tasa de enfriamiento de piezas de fundición recubiertas de arena de hierro

Los factores que afectan la velocidad de enfriamiento de las piezas fundidas revestidas con arena de hierro incluyen el espesor de la pared de fundición, el material de fundición, la temperatura de vertido, el espesor del revestimiento de arena, el material de revestimiento de arena, el espesor del molde de hierro, el material del molde de hierro y la temperatura del molde. Aquí, solo se discute la influencia del espesor de la pared de fundición (bc), el espesor del revestimiento de arena (bm) y el espesor del hierro (bi).

La influencia de bc, bm y bi en el enfriamiento de fundición

Diferentes espesores de pared de fundición (10 mm, 20 mm, 40 mm, 80 mm, respectivamente), diferentes espesores de revestimiento de arena (4 mm y 32 mm, respectivamente) y diferentes espesores de pared de tipo de hierro (32 mm y 8 mm, respectivamente) realizados bajo las siguientes condiciones experimentales La influencia del Velocidad de enfriamiento de piezas fundidas revestidas con arena de tipo hierro: la composición química de la pieza fundida es 3.52% C, 2.46% Si, 0.80% Mn, 0.18% P, 0.031% S, y la composición química de la capa revestida con arena es: 90% arena de cuarzo, 8% arcilla, polvo de carbón 2%, humedad 3%

① El espesor de la pared de la fundición, el espesor del revestimiento de arena y el espesor de la pared del hierro afectan la velocidad de enfriamiento de la fundición. Por lo tanto, en la producción real, el espesor adecuado del molde de hierro y el espesor del revestimiento de arena deben seleccionarse de acuerdo con los diferentes espesores de pared de fundición para obtener la velocidad de enfriamiento requerida.
② Se pueden obtener piezas fundidas de diferentes espesores seleccionando el espesor apropiado del revestimiento de arena y el espesor de la pared de hierro para obtener la misma velocidad de enfriamiento. Por ejemplo, en la Figura 3, la zona I significa que el espesor es de 10 mm y 20 mm, la zona II significa 20 mm y 40 mm, y la zona III significa 40 mm. Y la superposición entre el rango de enfriamiento de las piezas fundidas de 80 mm.
③Aunque bm y bi se pueden cambiar para obtener la misma velocidad de enfriamiento para fundiciones de diferentes espesores, no todos los espesores de fundición pueden obtener la misma velocidad de enfriamiento. En las condiciones experimentales, no se pueden obtener piezas fundidas con un espesor de 10 mm y un espesor de 40 mm. Exactamente la misma velocidad de enfriamiento (no hay superposición entre las curvas).

Selección de espesor de revestimiento de arena (bm) y espesor de pared de hierro (bi)

Bm y bi generalmente se determinan en función de la experiencia o el experimento. Aquí hay un método gráfico, que es adecuado para espesores de fundición (bc) de 10 a 80 mm y una temperatura de desembalaje de 600 ℃. La ordenada es el tiempo de enfriamiento. La abscisa de la curva de la derecha está marcada con el espesor del revestimiento de arena, que se puede determinar a partir del tiempo necesario para que la fundición conocida se enfríe a 600 ° C y el espesor de varias fundiciones, y en el espesor de pared de fundición requerido. (10, 20, 40, 80 mm), entonces es muy conveniente determinar el grosor del revestimiento de arena y el grosor del molde de hierro. Encuentre el bc correspondiente (por ejemplo, bc = 20 mm) desde el eje horizontal de la mitad izquierda de la curva y dibuje una línea horizontal.

Si las dos líneas se cruzan dentro del rango de la curva rayada, indica que esta fundición es adecuada para la fundición con revestimiento de arena de hierro. Extienda esta línea horizontal hacia la derecha, y se extenderá en el área de bc = 20 mm, y dibuje una línea vertical hacia abajo en esta área para obtener el espesor de capa de arena requerido. Sin embargo, esta línea vertical debe trazarse a la derecha tanto como sea posible para obtener el menor espesor del revestimiento de arena y el espesor del molde de hierro. Si el grosor de la capa de revestimiento de arena que debe determinarse no está dentro de este rango, puede encontrarlo en el rango de la curva adyacente de manera similar.

① El espesor de la pared de la fundición, el espesor del revestimiento de arena y el espesor de la pared del hierro afectan la velocidad de enfriamiento de la fundición. Por lo tanto, en la producción real, el espesor adecuado del molde de hierro y el espesor del revestimiento de arena deben seleccionarse de acuerdo con los diferentes espesores de pared de fundición para obtener la velocidad de enfriamiento requerida.
② Se pueden obtener piezas fundidas de diferentes espesores seleccionando el espesor apropiado del revestimiento de arena y el espesor de la pared de hierro para obtener la misma velocidad de enfriamiento. Por ejemplo, en la Figura 3, la zona I significa que el espesor es de 10 mm y 20 mm, la zona II significa 20 mm y 40 mm, y la zona III significa 40 mm. Y la superposición entre el rango de enfriamiento de las piezas fundidas de 80 mm.
③Aunque bm y bi se pueden cambiar para obtener la misma velocidad de enfriamiento para fundiciones de diferentes espesores, no todos los espesores de fundición pueden obtener la misma velocidad de enfriamiento. En las condiciones experimentales, no se pueden obtener piezas fundidas con un espesor de 10 mm y un espesor de 40 mm. Exactamente la misma velocidad de enfriamiento (no hay superposición entre las curvas).

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