阅读说明：本技术 斗齿壳型铸造方法 (Bucket tooth shell mold casting method ) 是由 邢振国 申海斌 邢万里 常连波 张学志 武世旭 于 2020-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了应用于铸造领域的一种斗齿壳型铸造方法。本方法包括砂箱造型和振动浇注,砂箱造型包括上下箱造型、合箱、覆盖保温层等步骤；在水平金属模内制作厚度不大于3mm的壳型和封箱壳,移走上金属模,更换为箱体,检查壳型,对局部未成形部位用覆膜砂修补,保证砂箱抽真空不漏气。箱体内添加钢丸,覆盖农膜,抽真空,从下金属模上脱模,完成上下箱造型；下芯合箱,在砂箱顶面及四周覆盖石英砂或保温棉保温层。浇注时砂箱处于真空状态,浇注后立即振动,撤真空前停止振动。采用本方法铸造方法,覆膜砂使用量大大降低,细化了耐磨件铸态晶粒,避免了裂纹产生,降低了热处理能耗。(The invention discloses a casting method of a bucket tooth shell mold, which is applied to the field of casting. The method comprises the steps of sand box molding and vibration pouring, wherein the sand box molding comprises the steps of upper and lower box molding, box assembling, covering of an insulating layer and the like; and (3) manufacturing a shell mold and a sealing case with the thickness not more than 3mm in a horizontal metal mold, removing the upper metal mold, replacing the upper metal mold with a case body, checking the shell mold, repairing a local unformed part with precoated sand, and ensuring that the sand box is vacuumized and airtight. Adding steel shots into the box body, covering an agricultural film, vacuumizing, and demolding from the lower metal mold to finish the molding of the upper box and the lower box; and (3) lower core assembling, and covering quartz sand or heat-insulating cotton heat-insulating layers on the top surface and the periphery of the sand box. And (3) when pouring, the sand box is in a vacuum state, the vibration is immediately carried out after pouring, and the vibration is stopped before the vacuum is removed. By adopting the casting method, the usage amount of the precoated sand is greatly reduced, as-cast crystal grains of the wear-resistant part are refined, the generation of cracks is avoided, and the energy consumption of heat treatment is reduced.)

斗齿壳型铸造方法

技术领域

本发明应用于铸造领域，涉及壳型铸造，适用于挖掘机耐磨件斗齿的铸造生产。

背景技术

斗齿是工程机械挖掘机上消耗量最大的耐磨铸件，要求高韧性和高硬度的统一，多采用合金钢或双金属制造，铸造工艺多采用消失模和树脂砂，少数采用壳型铸造，该工艺生产的斗齿铸件表面质量好。一般情况下，斗齿需要进行热处理获得高硬度耐磨性能，斗齿铸钢件的热处理分为退回预处理，淬火和回火处理等。

壳型铸造先制作壳型，将硅砂或锆砂与树脂的混合料形成的覆膜砂在预热约280-320℃的金属模板内成型结壳，两个斗齿半壳型扣合，下芯，放入砂箱中，周围加入钢丸固定，然后浇注金属液，冷却后形成斗齿铸件。为保证壳型的造型强度，其厚度一般不低于5mm，价格昂贵的覆膜砂用料大，生产成本高，所以即使斗齿铸件的表面质量较好，但采用壳型生产的厂家较少。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种斗齿壳型铸造方法，减薄壳型厚度，降低生产成本。

本发明采用的技术方案是：斗齿壳型铸造包括砂箱造型和浇注，砂箱造型包括下列步骤：1）上箱造型：高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成上壳型和封箱壳，为减少覆膜砂用量，上壳型和封箱壳厚度不大于3mm，以金属模成型最小厚度为最佳。然后移走上金属模，更换为上箱体，检查壳型，对上壳型或封箱壳的局部未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。将浇口壳型定位在内浇口上，上箱体内添加钢丸，钢丸加满后，刮平上箱体上口，覆盖上农膜，上箱抽真空，从下金属模上脱模移走，完成上箱造型。2）下箱造型：高压空气将覆膜砂送入水平放置的金属模空腔，加热硬化形成下壳型和封箱壳，为减少覆膜砂用量，下壳型和封箱壳厚度不大于3mm，以金属模成型最小厚度为最佳。移走上金属模，更换为下箱体，检查壳型，对下壳型或封箱壳的局部未成形部位，用覆膜砂修补，保证砂箱抽真空不漏气。下箱体内添加钢丸，钢丸加满后，刮平下箱体上口，覆盖下农膜，下箱抽真空，从下金属模上脱模移走，完成下箱造型。3）合箱：下箱翻转平放在振动浇注台上，定位固定砂芯，上箱定位扣合下箱。4）覆盖保温层：在砂箱顶面及四周覆盖石英砂或保温棉保温层。浇注在振动浇注台上完成，浇注时砂箱处于真空状态，浇注后立即振动，撤真空前振动停止。振动采用低幅高频振动，振幅不大于5mm，频率为100-200HZ。

本发明的有益效果是：壳型厚度减薄约一半，且不产生壳型废品，覆膜砂使用量大大降低。薄壳与保温层一起，解决了增加凝固速度与减缓铸件冷却速度的矛盾，避免了温度应力和组织应力产生的裂纹，与振动浇注一起细化了铸态晶粒，简化了热处理工序，降低了热处理能耗。

附图说明

图1为斗齿壳型造型砂箱结构示意图；

图2为斗齿上壳型制作示意图；

图3为斗齿上箱造型示意图；

其中：1-石英砂、2-上农模、3-钢丸、4-浇口、5-上壳型、6-上箱体、7-下箱体、8-下农膜、9-砂芯、10-下壳型、11-封箱壳、12-真空接口、13-上金属模、14-下金属模。

具体实施方式

附图1为挖掘机斗齿壳型造型砂箱结构示意图，砂箱由上箱和下箱合箱而成，一箱两件或四件。上箱底部由上壳型5和封箱壳11覆盖上箱体6的下口，上壳型5和封箱壳11的厚度不大于3mm，以模具成型的最小厚度为佳。上箱顶部由上农膜2覆盖上箱体6的上口，上箱体6的内部充填钢丸3，在上箱体6上设计有真空接口12，浇口4将斗齿铸造型腔引出上箱顶部，用作浇注系统，浇注系统的壳型厚度不小于5mm，保证上箱体6内添加钢丸时有足够的强度。下箱顶部由下壳型10和封箱壳11覆盖下箱体7的上口，下壳型10和封箱壳11的厚度不大于3mm，以模具成型的最小厚度为佳。下箱底部由下农膜8覆盖下箱体7的下口，下箱体7内部充填钢丸3，在下箱体7上同样设计有真空接口12。上箱和下箱的真空接口12连接真空泵，在上下箱合箱和浇注过程中，保持上下箱真空状态，防止塌箱。上下箱合箱时，在铸造型腔中定位放置并固定砂芯9，合箱后用石英砂1覆盖整个砂箱顶面及四周。

斗齿上壳型5的制作如附图2所示，水平放置的上金属模13和下金属模14之间的空腔为上壳型5和封箱壳11的空腔，高压空气将覆膜砂送入该空腔，加热280-320℃硬化后，上金属模13移走，更换为上箱体6。检查上壳型5和封箱壳11的壳型质量，如果有局部壳型未成形，可补加覆膜砂，用下金属模14加热或预热硬化。上箱造型如附图3所示，浇口4壳型定位在内浇口壳型上，上箱体6内添加钢丸3。钢丸3加满上箱体6之后，刮平上箱体6上口，覆盖上农膜2。上箱的真空接口12接真空泵，抽真空，上箱从下金属模14上脱模移走，完成上箱操作。

上箱体6内充填钢丸3时，壁厚较薄的上壳型5和封箱壳11在下金属模14的随形支撑下，不会产生受压破坏。上箱抽真空使得钢丸成为一体，不会流动，同时，在负压作用下，上壳型5和封箱壳11从下金属模14上脱模更为顺利。上箱的高度不高于200mm，钢丸对壳型产生的向下压力远低于大气压对壳型的向上压力，在上农膜2、上壳型5和封箱壳10完整不透气的情况下，大气压的作用使得上箱作为一个整体，不会产生塌箱。

斗齿的下壳型10和封箱壳11的壳型制作及下箱造型同上，主要区别有两个方面，一是不需要浇口壳型，用下箱体7替换上金属模13后直接添加钢丸，加满覆盖下农膜8即可。二是需要翻箱操作，下箱位置在脱模前与附图3的上箱一致，抽真空脱模，合箱时需要翻转180°放平，如附图1下箱所示。

上下箱合箱时，定位放入砂芯9，合箱后，在上箱顶面撒铺一层石英砂，该石英砂层起到保护上农膜2，防止高温金属液烫坏的作用，保证砂箱真空度，避免塌箱。

上下箱在振动浇注平台上合箱，也可以合箱后放置在振动浇注台上，但涉及两根真空管的移动，多次吊动增加塌箱风险，最好在振动浇注平台上进行合箱操作。金属液在砂箱真空状态下快速浇注，当浇口充满时，启动振动电机，金属液在高频低幅的振动下，铸态树枝晶被振断，形成核心，细化铸态晶粒。振动振幅不大于5mm，振动频率为50-100HZ。

若覆膜砂在金属型中充型不良，壳型成型有缺陷，上金属模脱模后，添加钢丸前，用覆膜砂修补，保证不漏气即可，尽可能降低壳型的厚度。所以该造型方法在减薄壁厚大大降低覆膜砂用量的前提下，几乎不产生壳型废品，使得覆膜砂材料成本大大降低。

合金钢金属液浇注时，由浇口4经内浇道进入斗齿铸造型腔，浇注系统的壳型厚度较厚，可起到保温作用，型腔的壳型厚度较薄，包围型腔的钢丸可快速吸热，加大金属液的过冷度，有利于凝固形核，与振动浇注一起，可减小铸态晶粒，避免粗大树枝晶。金属液凝固后，停止振动，上下箱撤掉真空。砂箱由石英砂保温层包裹，斗齿高温固态冷速缓慢，避免了因温度应力和组织应力产生的裂纹。由于石英砂蓄热较多，保温层可采用保温棉等其他保温措施，虽然保温棉保温效果好，但材料成本较高。

采用上述造型和振动浇注方法生产的挖掘机斗齿，晶粒细化，铸造清理后高频淬火即可，省去了退火和回火工序，大大降低了热处理能耗。