黃銅的重力鑄造方法

tags:    時間:2014-03-07 13:23:05
黃銅的重力鑄造方法簡介
 目       錄  1.模具塗料和石墨 (1) 2.石墨水的塗層方法(1-2) 3.石墨水的更……
黃銅的重力鑄造方法正文

         

1.模具塗料和石墨 (1)
2.石墨水的塗層方法(1-2)
3.石墨水的更換2)
4.石墨水的管理(2-3)
5.模具製作(4)
根據產品大小設計澆鑄口的選定表(重要)(3-6)
6.硬模鑄造的材料(INGOT)(6)
7.銅錠成份和對產品的影響(6-8)
8.表面狀態和表面輪廓線(8-9)
9.鑄造產品的不良類型和原因分析(9-11)
不良原因和對策(11-13)
                                  
重力鑄造的工程管理(14-15)
材料採購與實際生產-(15-16)
鑄造過程中的注意事項(16)
重點整理(16-17)
模具設計時的注意事項(17-19)
砂芯製作(19-22)
砂芯用砂子的比較試驗()(22-24)
 砂芯試驗報告(24)
 砂芯生產標準及砂子檢驗標準24)
 樣品製作時的注意事項(24-26)
 勸告事項(26-27)
重力鑄造的基礎知識
1. 模具塗料和石墨
1在銅合金的鑄造過程中,每澆注一次,模具表面要塗上一次塗料。同時也要冷卻模具溫度。在實際工作中,通常是把模具浸泡在塗料槽(石墨水槽),以此解決上述要求。石墨的作用:石墨是耐熱物質,將高溫銅水與模具隔開,保護、延長模具壽命;石墨粉很細,可增加銅水流動性,使產品易於澆鑄。
經驗說明,要生產表面細膩的良好鑄造產品,其塗料凝聚力強、硬度要好。在這兒推薦使用易取且易與水混合的塵土狀石墨粉(Graphite)。推薦使用青島石墨股份有限公司生產的石墨:鑄造土狀石墨,粒度235目,含碳量:80%
為了防止在連續工作中石墨水的溫度上升與石墨粉沉澱於水槽底部,通常採用電動攪拌機或吹氣攪拌機。電動攪拌機可以防止石墨粉的沉澱,但其冷卻效率不高。還是利用吹氣方式為好。
石墨水槽設計:石墨水槽的高度不低於澆鑄工作台,防止沙芯掉入,其底部越尖,吹氣冷卻的效果越好。
參考:
1) 石墨水濃度因產品大小的不同其要求也有所差別。一般採用粒度為220~250Mesh(目)的石墨粉,濃度為20%~30%。
2) 經過浸泡在石墨水槽冷卻過的模具溫度控制在100℃~180為好。判斷標準:濺水后的模具表面水份在1~2秒內蒸發完畢。
固定碳( C )
揮發粉
灰粉
用途
  70%↑
 4.0%↑
25%↓
鑄造
      灰粉越少越好,灰粉含量高時呈現白色,模具上面不易掉石墨。
      管理範圍 15% 產品較大時15%-20%。
2. 石墨水的塗層方法
要定期用眼睛來檢查模具冷卻后的塗料(石墨水)狀態是否良好。如果塗料狀態良好,模具表面呈現與石墨粉同樣的黑色,而且其兩面都很乾凈。當模具上的雜質未清理乾淨時、或沙芯樹脂含量太高、或用干沙時澆鑄后在模具表面形成油膜,石墨水不能塗附,這時的模具內腔呈白色。
模具濺石墨水方式:輕微晃動,防止氣泡聚積而產生不良;下模、澆口部位溫度最高,入水時應將此部份先入水,已取得比較均衡的模具溫度;澆鑄機下模浸水時間比上模長;
如果模具表面狀態不理想時,及時測定石墨水濃度,以確定是不是石墨水濃度低了或水少了。以經驗來看,鑄造8~10天,石墨濃度會下降。
參考
石墨塗層不佳的幾種情況
① 石墨水表面上有一層油漬,或泡沫現象。
② 模具表面上有油漬或不純物。(特別是剛開完模時,一定要除去油漬)要解決此問題,需要有模具清潔機。(Sand blaster,噴砂機)
③ 溫度過高的模具浸泡在石墨槽時,會發生濺水並有響聲,這時也會導致塗層的不良現象。
3. 石墨水的更換
一般情況下石墨水並無使用時限。但在連續鑄造工作中掉進去的不純物(如砂子,灰塵,其它雜物等)也會塗在模具表面上,並造成鑄造產品表面或內部的不良現象。一旦發現此現象(可以視力發現),馬上更換全部石墨水溶液。
參考
① 更換溶液時,不僅更換溶液,還要把水槽也清洗乾淨。
② 石墨水濃度的測量方法如下。(參考圖—A)
用上下斷面積相同的透明溶器來採取使用中的石墨水,並放置沉澱4~5小時。要保持沉澱石墨粉為1/5左右。1/5=大型產品(0.5Kg以上)1/6=小型產品 (0.5Kg以下)
湖南省石墨成分分析表(品名:W80%)(石墨廠提供)
成分
水分
灰粉
粒度
揮發粉
固定碳
備註
含量%
1.2
16.9
92.0
2.9
80.2
220—250目
溶解時的比重是0.745。   沉澱試驗時很難(沉澱時間長)。
   所以按重量比: 水:250Kg---石墨:50 Kg----比率:16.7%偏低。
沉澱試驗10小時后的濃度35%。
石墨試驗(湖南,青島)比較
   區分公司
比重
粒度分佈
沉澱試驗
250目↓
25目↑
1小時50分
2小時50分
10小時以後
湖南
0.676
11.67%
88.33%
32.85%
32.85%
31.42%
青島
0.685
12.3%
87.7%
35.71%
33.57%
31.43%
   試驗結果認為兩公司是同一產品,判斷都適用於重力鑄造。
比重有1.33%的差距可能是水分含量的原因。                                                                                    
4. 石墨水的管理
1) 第一次調整石墨水溶液的濃度時一定要調整準確,在每次交接班時要取樣(石墨水),由下一班負責人檢測石墨水濃度,如果石墨水濃度低就加入石墨粉,石墨水濃度高就加入水。以上內容一定要做到經常化,習慣化。石墨水的濃度不會在幾小時內有大的變化,所以維持石墨水的濃度不是一件很難的事。出現問題是因操作者沒有及時檢測的原因造成的結果。如果檢測周期過長造成石墨水濃度變化很大時,再去調整需要的時間長也很難。(一定要注意實施)
2交接班時間過長或休息日過後重新開始工作時,要用工具協助攪拌機工作。(沉澱物多時只用機器攪拌很難)
① 注意不要讓工具撞壞攪拌機葉片。
② 手工用石墨水採用以上方法,節省時間,效果又好。
5. 模具製作
1模具材料
有些地方用黃銅來做模具材料(特別是中國),但黃銅材料在鑄造過程中因鋅的揮發和氧化而發生澆不滿的情況。也有用鑄鐵或其它合金來做模具材料實例,但這些材料也同樣有問題,在鑄造中產生的鋅的氧化物和不純物容易沾在模具表面上,而且清洗也很難。不如採用常見的軟鋼材(SS41)來做模具。軟鋼材易於製作、修改模具,而且其壽命也比其它合金材料較長,價格也便宜。
近年來開發出壽命長,清洗容易,能鑄造出良好產品的黃銅鑄造用模具材料。主要有銅合金材料鈹銅。鈹銅雖然其價錢偏高,但其硬度高,熱傳導能力好,與其它合金相比綜合性能很好。
總結上述內容,建議先用SS41素材來製作模具,等試驗鑄造結束后,再採用鈹銅模具來使用。
參考
● 鈹銅素材的化學成份:Be—0.4%~0.45%   Co—0.9~1.2%
● 鑄鐵,輕金屬合金,銅合金的熱傳導能力比: 1:3:7
            國內外金屬型用材質的力學性能和熱物理性能
材質
抗拉強度
伸長率
硬度
線膨脹係數
熱導率
灰鑄鐵(鐵素體)
150
-
160
10
44.7
球墨鑄鐵(鐵素體)
450
15
160
12
36.8
碳素鋼(正火)
600
18
220
12
51.8
鉻銅合金鑄鐵
250
-
182
10.8
41.9
銅合金
450
15
120
13.5
310
 
紫銅模具壽命<2萬次;鈹銅壽命>5萬次;據產量選擇模具材料
2模具設計
模具鑄造與砂鑄不同,其排氣性不太好。所以在模具設計中,要注意排氣方案。一般簡單的產品中,無需特別的排氣方法也可以鑄造出產品。但在結構複雜的鑄造產品中,一定要設計好排氣孔。
在連續鑄造過程中,夾住上/下片模具的固定針(Center pin)易磨損,導致鑄造產品的厚薄不均等不良現象。因此,固定針需要經常更換。
為了提高固定針的更換速度,可標準化固定針的大小,一般有3種左右為好。(參考圖--B)
設計鑄造方案是最重要的課題。這涉及到鑄造產品的形象,大小,排列及澆鑄口的方向。澆鑄件口高度(離產品距離)最少要保持40mm以上;澆鑄口的斷面大小以產品重量澆鑄速度來決定(參考圖—第四頁)
 
※※※在澆口的選擇上,應按以下原則進行:1一般選最厚的部位;2綜和考慮產品的大小;3考慮沙芯的定位方便可靠;4澆口應盡量避免直接沖刷沙芯;5考慮排氣及補縮;6考慮模具的澆鑄角度;7考慮沙芯燃燒產生的氣體能順暢的排出;8盡量避免使最易產生縮水的地方有最高的溫度。
鑄造模具澆口與砂芯模具不同,先開偏小,然後在實際實驗中慢慢修改。如果一開始把模具開大,以後就不好修改。
3) 內部結構設計:1應使產品在滿足使用要求的前提下,有儘可能均勻的壁厚,t=2.8~3.5最為合適,太厚易縮水,且增加成本;2內部夾層厚度>3,太薄易漏水 ;3內部轉角處應盡量避免尖角,R>3,突然轉折使銅水流動不順暢,同時尖角處易掉沙夾在產品中造成不良;4設計沙芯時,定位穩定可靠是產品壁厚均勻的關鍵,定位方頭寬度一般不小於18MM,深度不小於15MM,考慮模具加工的因素,定位方頭圓角半徑不小R5;5在重力模具上加工沙芯定位時,單邊間隙應放大0.15MM;6當因結構決定內部壁厚有比較厚的部位可能引起縮水時,應在設計時增大沙芯的表面積,以增強散熱效果;7沙芯最薄處不應小於5MM,否則難加工,沙芯難頂出,在修沙芯、搬運及澆鑄過程中易斷,還因散熱面積太小,導致溫度升高而易在產品中產生縮水;8沙芯模脫模斜度不小於1度
4)收縮率:1自由收縮:紫銅1.012%   鈹銅:1.01% 
           2受阻收縮:紫銅1.01%   鈹銅:1.01%
5)加工余量:外形端面>1MM
           內形端面0.5~1.0MM
           直徑方向:當¢>20MM時,取單邊加工余量1.0MM
                    當<10¢<20MM時,取單邊加工余量0.75MM
                    當¢<MM時,取單邊加工余量1.0MM
                    所有高腳閥芯密封圈處應做成縮水沙芯(參考圖)
模具大小與厚度要考慮其重量與傾斜難易度,以便現場工作人員操作方便。還要考慮浸泡在石墨水過程中過分冷卻帶來的鑄造不良影響。實際經驗來看,開模后的模具厚度在15MM~20MM左右為好。但在溫度最高部位,如澆口等地方,應加大模具厚度,以平衡模具溫度。一般手工模、小產品取小厚度;大產品、機器模取大厚度。(參考圖—D)
澆鑄口越長,壓力越大,鑄件上部澆不滿時,要做排氣和補縮。(參考圖—E)
 
6. 硬模鑄造的材料(INGOT)
硬模鑄造的材料,主要使用銅合金(Cu-Alloy),根本上按鑄造出產品的形狀和大小所定。銅合金是在鑄造中比其它金屬凝固時間快,所以在實際工作中,遇到很多困難和受到限制性。
溶湯的條件必須好,影響傳熱度和溶湯的流動性的Ti,P,Fe,Si,Mn,等不純物的含量不能超過標準成份的範圍,只有,Al和Pb成分在鑄造產品中很小的範圍內起反作用。
特別注意的是,Pb、Fe、Sn的成分含量高時,在產品中產生收縮現象,所以它的成份含量不能超過0.4%。還有Pb成分限制到3%。如果Pb成份超過3%時,產品的加工性能好,但影響澆鑄(鑄造)性。
如使用不良品材料時(Return scrap),必須管理好Cu、Pb、Fe、Sn等的成份。但一般硬模鑄造行業,沒有使用回收來的黃銅材料。最好使用由專業公司製造的材料(銅錠)。如:韓國大昌公司的銅錠。
7. 銅錠成份和對產品的影響。
元素
適合含量
含量限制
不良原因
Cu
59—-60%
60%↑
流動性差,溶湯未滿
59%↓
鑄造性好,裂紋發生
Al
0.55-0.7%
0.7%↑
拋光時部分不良
0.5%↓
易產生表面裂紋
Pb
1.0-2.0%
 3%↑
鑄造性不良,加工性好
 1%↓
鑄造性好,加工性差
Sn
 0.2%↓
0.2%↑
收縮現象
Ni
 0.2%↓
 
 
Mn
0.01%↓
 
收縮、表面有裂紋
Si
0.01%↓
 
收縮、表面有裂紋
P
0%
 
收縮、表面有裂紋
Fe
 0.1%↓
0.15%↑
裂紋
0.03%↓
不能做微細化處理
注意
① Pb,Fe,Sn等含量過高會產生產品中收縮,溶湯不滿(Sink draw)現象。
② 一般Fe和Sn含量高(0.35%↓)以上,收縮現象很高,所以鑄造厚度不均一的產品鑄造時Fe+Sn的含量不能超過0.4%。另外壓縮性也降低。
③ Al的含量高(0.7%↑)時,在澆鑄過程中因產生泡沫現象影響溶湯的流動性和氧化物的產生。Al的含量低(0.3%↓)時鋅氧化率高,產品表面會出現裂紋現象。
④ Pb含量超過1.8%時,容易發生收縮、裂紋現象,為了提高加工性不能超過2.0%。
⑤ 鑄造用溶湯是不含氧氣(O),所以不必做除氧處理。
⑥ 鑄造過程中溶湯的溫度根據產品大小,形狀會有所不同。比較薄的產品鑄造時一般970℃,厚的產品鑄造時950℃。  
⑦ 經驗所知,電爐上溫度表顯示的溫度和爐內溶湯的實際溫度的差距是30-40℃,就是爐內的溶湯實際溫度高於溫度計顯示的溫度。
Al的作用,溶湯中,增加流動性或澆鑄過程中阻止Zn的燃燒,Al的燒損最為嚴重,當流動性下降或表面有極細微裂紋時、或Zn的燒損劇烈時(冒大量白煙),應加入電解Al線(純度99.9%)
    回爐料一般是澆口和廢品,因此應按比例加入,避免引起銅水成份太大的波動。一般銅錠:廢料為7:3;另外,Zn的燒損大約為1%,因此加入廢料時應加入1%的電解鋅(純度99.9%)
    Fe:適量的鐵有細化晶粒的作用
    如何簡單判定銅材的雜質是否超標:1、用製做的工具(參考圖M-M)裝滿銅水后迅速倒出,看留在工具內的銅表面有無突出顆粒、有無渣皮、有無白色氧化物、表面是否有光澤
2、用工具(參考圖N-N)裝滿銅水,冷卻后檢查縮孔是否光滑、是否均勻規則收縮。 
 
  

 

     
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