[发明专利]一种球墨铸铁铸型及采用该铸型的无冒口铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造机械，尤其涉及一种球墨铸铁铸型及采用该铸型的无冒口铸造方法。

背景技术

球墨铸铁是一种重要的铸造材料，在铸件产量中的比例逐年上升，到2015年将达到35％。现有技术中，生产球墨铸铁零件的铸造工艺主要是砂型铸造、金属型铸造以及离心铸造。其中，传统砂型铸造生产球铁零件时，由于铸型刚度不足，球铁的石墨化膨胀很难用来补缩，必须根据顺序凝固原则设置足够大的冒口来补缩。这样，不仅工艺出品率只有60-70％，而且还往往因靠近冒口区域凝固较晚，出现球化衰退或石墨飘浮，缩孔和缩松缺陷时有发生；很多情况下，铸件的厚大部位尽管放有冒口或冷铁，但只靠重力静压头的作用几乎不起补缩作用，铸件厚大热节处仍然很容易出现缩孔、缩松等铸造缺陷，铸件质量的合格率也不高。壁厚较大的球铁零件，不仅直浇道长，横浇道也长，冒口数量也多，造成了铸件浇注系统重量大和冒口系统重量大，降低了铸件工艺出品率低。金属型铸造是目前生产球墨铸铁零件的另一种工艺方法，其特点是用金属型代替砂型进行球铁生产。金属型是典型的刚性铸型，冷却速度很快，球墨铸铁液结晶过冷度较大，形成石墨核心较多，且更容易生长成球形。但金属型球墨铸铁件铸态组织中通常含有较多的共晶碳化物，且易出现较厚的表面白口层，需经高温热处理消除；金属型制造成本高，金属型不透气铸造应力较大，且金属型、芯没有退让性，铸件开裂倾向较大，所以金属型铸造球铁局限性较大。离心铸造也是目前生产球墨铸铁零件的一种工艺方法，其工艺过程是：熔融的球铁金属浇入绕水平、倾斜或垂直轴旋转的铸型，在离心力作用下，凝固成形。因该工艺要求铸件轴线与旋转铸型轴线重合，所以离心铸造件多是简单的圆筒形，不用芯子即可形成圆筒内孔。离心铸造球墨铸铁套类零件时，铁水是在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件外层组织致密，机械性能好；铸造空心球墨铸铁零件时不需浇冒口，金属利用率可大大提高，但零件内孔表面粗糙、尺寸波动大、质量差，容易出现石墨球个数不够、石墨球分布不均匀的问题。

球墨铸铁具有糊状凝固特性，且有石墨化膨胀现象，在砂型铸造时因砂型的型壁移动石墨化膨胀很难用来补缩；金属型铸造时虽然铸型刚度大，便于利用石墨化膨胀进行自补缩，但因金属型是永久型，其浇冒口的设计限制较大，适用范围极其有限。为了利用球墨铸铁的石墨化膨胀实现自补缩，防止球墨铸铁铸件出现缩松、缩孔等缺陷，根据均衡凝固理论恰当地设计浇口、冒口和工艺控制，可以实现无冒口铸造，但是，其有高度的局限性，它要求：炉料纯净、负压熔炼、高的(接近共晶成分的)碳当量、低的浇注温度、高的铸型刚度、冷速缓慢、多道内浇道分散进铁水等。这些要求很难同时满足，导致实际生产中因收缩缺陷导致的废品率很高，很难准确、充分、稳定地利用这种膨胀来实现补缩，为防止收缩缺陷，还必须设置一定的冒口，并不能做到真正的无冒口铸造。现有技术中的气压冒口技术是向冒口充气加压提高冒口的补缩效果，可以减小冒口，但不能实现无冒口铸造。

球墨铸铁凝固过程中存在石墨化膨胀，早在上世纪50年代就有人做出球铁可以利用这种膨胀实现无冒口铸造的论断，并先后在球墨铸铁曲轴、飞轮、主轴、卡盘、梨柱等多种铸件上进行了试验，有的取得了成功，有的则因效果不稳定而失败。取得成功的案例所采取的主要技术措施是：①精确设计内浇口尺寸，使其在石墨化膨胀前凝固；②提高铸型刚度，防止型壁移动释放膨胀力；③降低浇注温度至1350℃以下，以减小液态收缩；④大量使用冷铁，创造合理的凝固顺序等。即使这样，由于球墨铸铁从浇注温度至完全凝固的温度范围内，同时存在着体积膨胀和收缩，而收缩量和膨胀量受化学成分、浇注温度、铸型性质、凝固过程等多种因素影响，实际生产中很难准确、充分、稳定地利用这种膨胀来实现补缩，实际效果是仍然需要设置必要的冒口才能确保无收缩缺陷，并没有做到真正的无冒口铸造。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有补缩效果的球墨铸铁铸型。

本发明的另一目的是提供一种补缩效果稳定，工艺出品率高的无冒口铸造方法。

本发明的球墨铸铁铸型，包括上下叠置的铸型上半型和铸型下半型，所述铸型设置有型腔，所述型腔的上部位于铸型上半型中，所述型腔的下部位于铸型下半型中；所述铸型上半型上铸件热节位置正上方还开设有与型腔上部连通的储液腔；所述铸型还设置有浇道系统，所述浇道系统包括内浇道和直浇道，所述内浇道与型腔连通，所述直浇道与内浇道连通；所述内浇道的周围设置有内浇道冷却器。

可选的，所述内浇道的长度为横截面边长的5-10倍。