Die Methode und Anwendung des sandbeschichteten Eisenformgusses

Veröffentlichungszeit: 06 / 24 2021 Autor: Site Editor Besuch: 12051

Was ist sandbeschichteter Eisenformguss?

Beim sandbeschichteten Eisenformguss handelt es sich um ein Gießverfahren, bei dem eine dünne Sandschicht auf den inneren Hohlraum einer Metallform (Eisenform genannt) aufgetragen wird, um eine Gussform zu bilden. Da die Sandbeschichtungsschicht relativ dünn ist (4–8 mm), ist es wirtschaftlich sinnvoll, teurere, hochwertige Modelliermaterialien zu verwenden. Dadurch wird die Qualität der Gussteile deutlich verbessert und der Ausschuss deutlich reduziert; aufgrund der Steifigkeit der mit Eisensand beschichteten Gussform sehr gut, dadurch wird die Maßhaltigkeit und Kompaktheit des Gussstücks deutlich verbessert.

Deutschland, die ehemalige Sowjetunion und andere Länder begannen etwa in den 1960er Jahren mit der Verwendung von sandbeschichtetem Eisenguss in der Gussproduktion, hauptsächlich für die Herstellung von Kurbelwellen aus Sphäroguss, Bremsnaben, Bremsscheiben, Zylinderlaufbuchsen, Bombenhülsen, Panzerketten und Motorsockeln usw. Art von Gussteilen. Chinas Anwendungsforschung zum sandbeschichteten Eisenguss begann in den frühen 1970er Jahren. 1979 arbeiteten das Zhejiang Mechanical and Electrical Design Institute und die Yongkang Tractor Factory zusammen, um dieses Verfahren erstmals bei der Massengussproduktion von S195-Kurbelwellenrohlingen einzusetzen. Gleichzeitig wurde die Leistungsbewertung der mit diesem Verfahren hergestellten Kurbelwelle aus Sphäroguss im Hinblick auf Ermüdungsfestigkeit (Vergleich der Ermüdungsgrenzspannung σ-1), Bruchfestigkeit (Vergleich des Schwellenwerts ΔKth und Vergleich der Bruchzähigkeit K1C) abgeschlossen ) und Lebensdauer (Vergleich des Dauertests auf dem 10000-Stunden-Prüfstand) usw., im Vergleich zu Sandguss-Kurbelwellen ist es besser als Sandguss. In den folgenden 10 Jahren wurde das Verfahren in der Anwendung kontinuierlich verbessert. Bis Anfang der 1990er Jahre hatten sieben Unternehmen das Verfahren angewendet, insbesondere das eisensandbeschichtete Gussverfahren für Einzylinder-Kurbelwellen und Vierzylinder-Kurbelwellen. Ein großer Erfolg. Die repräsentativen Unternehmen in diesem Zeitraum sind die Yongkang-Traktorfabrik, die Shangyu-Kraftmaschinenfabrik, die Wangdu-Kurbelwellen- und Pleuelstangenfabrik, die Wanbei-Kurbelwellenfabrik, die Jinhua-Fabrik für Teile von Verbrennungsmotoren, die Changzhou-Dieselmotorenfabrik usw. Im Jahr 1991 genehmigte die staatliche Planungskommission Eisen Formsandbeschichteter Guss als Schlüsselprojekt zur Förderung neuer Technologien im „Achten Fünfjahresplan“ des Landes und machte das Zhejiang Mechanical and Electrical Design Institute zur technischen Unterstützungseinheit des Projekts. Dies ist eine deutliche Verbesserung der sandbeschichteten Eisengusstechnologie meines Landes. Die Entwicklung hat bei der Förderung eine große Rolle gespielt. Nachdem unser Institut das Förderprojekt in Angriff genommen hatte, wurden in den folgenden 5 bis 6 Jahren eine Reihe von Problemen des eisenbeschichteten Sandgusses für die Massenproduktion grundsätzlich gelöst.

Hauptsächlich:

①Entwurf und Fertigstellung der sandbeschichteten Formmaschine, die das seit langem bestehende Problem des Nachrüstens und Ersetzens von Kernschießmaschinen löste;
②Die standardmäßige Produktionslinie für sandbeschichtete Gussteile vom Eisentyp wurde fertiggestellt und standardisiert, und die ursprüngliche relativ einfache Produktionslinie für sandbeschichtetes Gusseisen vom Eisentyp wurde verbessert und in Unternehmen wie dem Shanghai Nodular Iron Plant eingesetzt.
③Die Anwendung von sandbeschichtetem Eisenguss wird auf einige Gussteile mit schwierigeren Gussprozessen ausgeweitet, wie z. B. Sechszylinder-Kurbelwellen und Dreizylinder-Kurbelwellen;
④ Einführung von beschichtetem Sand in die Produktion von eisenbeschichtetem Sandguss, wodurch die Qualität von sandbeschichtetem Formteil erheblich verbessert wird;
⑤Das Design des sandbeschichteten Gussverfahrens mit Eisenform wurde weiter standardisiert und auch das Designniveau wurde erheblich verbessert. Die Computersimulationssoftware für den sandbeschichteten Eisenformgussprozess und die computergestützte Konstruktionssoftware für den sandbeschichteten Eisenformgussprozess wurden entwickelt.

Derzeit haben fast einhundert Unternehmen im ganzen Land das mit Eisensand beschichtete Gussverfahren angewendet, um mehr als 30 Arten von Gussteilen herzustellen, darunter Kurbelwellen aus Sphäroguss, Nockenwellen, Ausgleichswellen, druckfeste Ventilkörper, Zylinderlaufbuchsen und verschleißfeste Gussteile Zahnscheiben. Die jährliche Produktion wird auf Gussteile geschätzt. Ungefähr 10×104t. Zu den typischen Unternehmen gehören die Shanghai Automobile Foundry General Ductile Iron Factory, die Kurbelwellenfabrik Shenyang No , Hebei Xinji Kurbelwellenfabrik usw. Diese Unternehmen haben jedoch unterschiedliche Methoden zur Einführung des Prozesses: Einige haben unser Institut mit der Konstruktion oder dem Bau beauftragt, andere haben ihn selbst nachgeahmt und entwickelt. Daher ist ihre Beherrschung des sandbeschichteten Gussverfahrens mit Eisenformen sehr unterschiedlich. Nimmt man nur die Abfallquote von mit Eisenformsand beschichteten Gussstücken als Beispiel, können viele Unternehmen, die ein besseres Verständnis dafür haben, diese bei etwa 1 % stabilisieren und haben sehr gute wirtschaftliche Vorteile erzielt. Es gibt jedoch auch einige Unternehmen, deren Anteil an sandbeschichteten Gussabfällen aus Eisenformen bis zu etwa 3 % beträgt, was die wirtschaftlichen Vorteile dieses Verfahrens stark zunichte macht. Der Grund dafür ist, dass diese Unternehmen die Design- und Produktionsgrundlagen des Prozesses nicht vollständig verstanden haben und das Produktionsmanagement vernachlässigt wird.

Die wichtigsten Lösungen für die Gestaltung und tatsächliche Herstellung des sandbeschichteten Gussverfahrens mit Eisenformen:

①Die Dicke der Eisenwand und die Dicke der Sandbeschichtungsschicht sowie die Kombination beider können den unterschiedlichen Anforderungen an die Erstarrung und Kühlung von Gussteilen mit unterschiedlichen Wandstärken und unterschiedlichen Materialien gerecht werden;
②Bequemes und wirtschaftliches Sandbeschichtungsformverfahren, um die Anforderungen verschiedener Gussteile an Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit zu erfüllen;
③Prozessparameter. Wie beispielsweise die Bestimmung des Torsystems, des Sandschießsystems, des Abgassystems usw.;
④ Die Realisierung der Massenproduktion. Zum Beispiel das Design und die Form von Produktionslinien und sandbeschichteten Host- und Hilfsgeräten;
⑤Die Formulierung von Prozessvorschriften, wie z. B. die Vorschriften zum Gießen, Abkühlen und Auspacken sowie die Anpassung der Gusszusammensetzung.

Wärmeaustauscheigenschaften von sandbeschichtetem Eisenguss

Nachdem das flüssige Metall in die mit Eisensand beschichtete Gussform gegossen wurde, ist die „Gusssandbeschichtung-Eisenform“ ein instabiles Wärmeaustauschsystem. Um das Problem zu vereinfachen, wird angenommen, dass der Guss halbbegrenzt ist; und es wird angenommen, dass das Temperaturfeld jeder Komponente im System geradlinig verteilt ist. Abbildung 1 zeigt einen Teil des Systems. Offensichtlich fließt durch jede Komponente im System derselbe spezifische Wärmestrom q:

Zwei Wärmeübertragungskriterien, die jeweils die Wärmeaustauschintensität zwischen dem Gussstück und der sandbeschichteten Schicht bzw. der Eisenform und der sandbeschichteten Schicht darstellen. k1 ist das Verhältnis des Wärmewiderstands des Gussstücks zum Wärmewiderstand der Sandbeschichtung; k2 ist das Verhältnis des Wärmewiderstands der Eisensorte zum Wärmewiderstand der Sandbeschichtung. Betrachtet man die Kombination von k1 und k2 mit der Änderung der Dicke der Sandbeschichtung, gibt es die folgenden drei unterschiedlichen Wärmeübertragungssituationen zwischen „Guss-Sand-Beschichtung-Eisenform“, die tatsächlich auftreten können:

① Wenn k≤1 und k2≤1, liegt die Sandbeschichtungsschicht innerhalb der normalen Dicke und die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks nimmt zu, wenn die Dicke der Sandbeschichtungsschicht abnimmt.
②Wenn die Dicke der sandbeschichteten Schicht eine bestimmte Dicke überschreitet, hat die Eisenform keinen Einfluss auf die Abkühlung des Gussstücks. Zu diesem Zeitpunkt entspricht es gewöhnlichem Sandguss oder Harzsandguss. Da die Wärmeleitfähigkeit der sandbeschichteten Schicht viel geringer ist als die des Eisentyps, kühlt das Gussstück langsam ab.
③Wenn k≧1 und k2≧1, ist die Dicke der Sandbeschichtung zu dünn, was einem Metallformguss entspricht.

Die oben genannten Wärmeaustauscheigenschaften wurden durch Experimente bestätigt. Wenn sich die Dicke der Sandbeschichtungsschicht des mit Sand beschichteten Eisengusses der Kurbelwelle (CTÖ-14) allmählich von 4 auf 32 mm ändert, wird die Menge an Zementit in der Kurbelwellenstruktur kontinuierlich reduziert und die Menge an Perlit und The Die Menge an Ferrit nimmt weiter zu. Wenn die Dicke der sandbeschichteten Schicht weniger als 4 mm beträgt, ist die Kühlfestigkeit des Gussstücks ähnlich der des Metalltyps (dicke Farbe); Wenn die sandbeschichtete Schicht mehr als 32 mm beträgt, entspricht die Kühlfestigkeit der eines gewöhnlichen Harzsandgusses.

Wenn mit Eisensand beschichteter Guss bei der Herstellung verschiedener Gussteile verwendet wird, erfolgt die Bestimmung der Dicke der sandbeschichteten Schicht und der Eisendicke durch Experimente oder empirische Analogien, um die Erstarrungsgeschwindigkeit des Gussstücks zu steuern. Beispielsweise beträgt bei der Konstruktion des sandbeschichteten Gussverfahrens mit 490Q-Kurbelwellen-Eisenform aus duktilem Gusseisen die Dicke der Sandbeschichtungsschicht 5–8 mm und die Wandstärke der Eisenform 20–30 mm, wodurch hochwertige Ergebnisse erzielt werden -Sphäroguss ohne Steigrohre. Der Hauptgrund ist:

① Die sandbeschichtete Schicht reguliert effektiv die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks. Einerseits verringert sich dadurch die Wahrscheinlichkeit, dass das Gussstück weiß erscheint, andererseits ist die Abkühlgeschwindigkeit höher als beim Sandguss. Wie in Abbildung 2 dargestellt, sinkt die Temperatur des Gussteils nach 930 Minuten auf etwa 8 °C, wenn das geschmolzene Eisen in die mit Sand beschichtete Eisenform gegossen wird, und es dauert 24 Minuten, bis die Sandform auf die gleiche Temperatur abfällt und die Abkühlgeschwindigkeit wird um etwa das Dreifache erhöht. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften der Gussteile deutlich verbessert.
②Die Eisenform hat keine Zugeständnisse, aber die dünne Sandbeschichtung kann den Schrumpfwiderstand der Form entsprechend verringern; und die Steifigkeit der Eisenform nutzt die Graphitisierungsexpansion des Sphärogusses während des Erstarrungsprozesses effektiv aus, um einen Guss ohne Steigrohr zu erreichen; Aufgrund der dünnen Sandbeschichtung verformt sich der Hohlraum nicht leicht und die Präzision des Gussteils ist gegenüber der Sandform erheblich verbessert.

① Wenn k≤1 und k2≤1, liegt die Sandbeschichtungsschicht innerhalb der normalen Dicke und die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks nimmt zu, wenn die Dicke der Sandbeschichtungsschicht abnimmt.
②Wenn die Dicke der sandbeschichteten Schicht eine bestimmte Dicke überschreitet, hat die Eisenform keinen Einfluss auf die Abkühlung des Gussstücks. Zu diesem Zeitpunkt entspricht es gewöhnlichem Sandguss oder Harzsandguss. Da die Wärmeleitfähigkeit der sandbeschichteten Schicht viel geringer ist als die des Eisentyps, kühlt das Gussstück langsam ab.
③Wenn k≧1 und k2≧1, ist die Dicke der Sandbeschichtung zu dünn, was einem Metallformguss entspricht.

① Die sandbeschichtete Schicht reguliert effektiv die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks. Einerseits verringert sich dadurch die Wahrscheinlichkeit, dass das Gussstück weiß erscheint, andererseits ist die Abkühlgeschwindigkeit höher als beim Sandguss. Wie in Abbildung 2 dargestellt, sinkt die Temperatur des Gussteils nach 930 Minuten auf etwa 8 °C, wenn das geschmolzene Eisen in die mit Sand beschichtete Eisenform gegossen wird, und es dauert 24 Minuten, bis die Sandform auf die gleiche Temperatur abfällt und die Abkühlgeschwindigkeit wird um etwa das Dreifache erhöht. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften der Gussteile deutlich verbessert.
②Die Eisenform hat keine Zugeständnisse, aber die dünne Sandbeschichtung kann den Schrumpfwiderstand der Form entsprechend verringern; und die Steifigkeit der Eisenform nutzt die Graphitisierungsexpansion des Sphärogusses während des Erstarrungsprozesses effektiv aus, um einen Guss ohne Steigrohr zu erreichen; Aufgrund der dünnen Sandbeschichtung verformt sich der Hohlraum nicht leicht und die Präzision des Gussteils ist gegenüber der Sandform erheblich verbessert.

Abkühlgeschwindigkeit von mit Eisensand beschichteten Gussteilen

Zu den Faktoren, die die Abkühlgeschwindigkeit von mit Eisensand beschichteten Gussteilen beeinflussen, gehören die Dicke der Gusswand, das Gussmaterial, die Gießtemperatur, die Dicke der Sandbeschichtung, das Sandbeschichtungsmaterial, die Dicke der Eisenform, das Material der Eisenform und die Formtemperatur. Hier wird nur der Einfluss der Gusswanddicke (bc), der Sandschichtdicke (bm) und der Eisendicke (bi) diskutiert.

Der Einfluss von bc, bm und bi auf die Gusskühlung

Unterschiedliche Gusswandstärken (10 mm, 20 mm, 40 mm bzw. 80 mm), unterschiedliche Sandbeschichtungsstärken (4 mm bzw. 32 mm) und unterschiedliche Wandstärken vom Eisentyp (32 mm bzw. 8 mm) wurden unter den folgenden Versuchsbedingungen hergestellt. Der Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit von sandbeschichteten Gussstücken vom Eisentyp: Die chemische Zusammensetzung des Gussstücks beträgt 3.52 % C, 2.46 % Si, 0.80 % Mn, 0.18 % P, 0.031 % S, und die chemische Zusammensetzung der sandbeschichteten Schicht beträgt: 90 % Quarzsand, 8 % Ton, Kohlepulver 2 %, Feuchtigkeit 3 %

①Die Dicke der Gusswand, die Dicke der Sandbeschichtung und die Dicke der Eisenwand beeinflussen die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks. Daher sollten in der tatsächlichen Produktion die geeignete Dicke der Eisenform und die Dicke der Sandbeschichtung entsprechend den unterschiedlichen Wandstärken des Gussteils ausgewählt werden, um die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen.
② Gussteile unterschiedlicher Dicke können durch Auswahl der entsprechenden Sandbeschichtungsdicke und Eisenwanddicke erhalten werden, um die gleiche Abkühlgeschwindigkeit zu erzielen. In Abbildung 3 bedeutet Zone I beispielsweise, dass die Dicke 10 mm und 20 mm beträgt, Zone II bedeutet 20 mm und 40 mm und Zone III bedeutet 40 mm. Und die Überschneidung zwischen dem Kühlbereich von 80-mm-Gussteilen.
③Obwohl bm und bi geändert werden können, um für Gussteile unterschiedlicher Dicke die gleiche Abkühlrate zu erzielen, kann nicht für alle Gussdicken die gleiche Abkühlrate erzielt werden. Unter den experimentellen Bedingungen können Gussteile mit einer Dicke von 10 mm und einer Dicke von 40 mm nicht mit der exakt gleichen Abkühlgeschwindigkeit erhalten werden (es gibt keine Überlappung zwischen den Kurven).

Auswahl der Sandbeschichtungsdicke (bm) und der Eisenwanddicke (bi)

Bm und bi werden im Allgemeinen auf der Grundlage von Erfahrungen oder Experimenten bestimmt. Hier ist eine Diagrammmethode, die für Gussdicken (BC) von 10 bis 80 mm und eine Auspacktemperatur von 600 °C geeignet ist. Die Ordinate ist die Abkühlzeit. Auf der Abszisse der Kurve rechts ist die Dicke der Sandschicht aufgetragen, die sich aus der Abkühlzeit des bekannten Gussstücks auf 600 °C und der Dicke verschiedener Gussstücke sowie der erforderlichen Wandstärke des Gussstücks ermitteln lässt (10, 20, 40, 80 mm) bekannt ist, ist es sehr praktisch, die Dicke der Sandbeschichtung und die Dicke der Eisenform zu bestimmen. Suchen Sie den entsprechenden BC (z. B. BC = 20 mm) auf der horizontalen Achse der linken Hälfte der Kurve und zeichnen Sie eine horizontale Linie.

Wenn sich die beiden Linien im Bereich der schraffierten Kurve schneiden, bedeutet dies, dass dieser Guss für den Guss mit Eisensandbeschichtung geeignet ist. Wenn Sie diese horizontale Linie nach rechts verlängern, erstreckt sie sich bis in den Bereich von bc=20 mm. Zeichnen Sie in diesem Bereich eine vertikale Linie nach unten, um die erforderliche Sandbeschichtungsdicke zu erhalten. Diese vertikale Linie sollte jedoch möglichst weit nach rechts gezogen werden, um die geringste Dicke der Sandbeschichtung und die Dicke der Eisenform zu erhalten. Liegt die zu ermittelnde Sandschichtdicke nicht in diesem Bereich, kann sie auf ähnliche Weise aus dem nebenstehenden Kurvenbereich ermittelt werden.

①Die Dicke der Gusswand, die Dicke der Sandbeschichtung und die Dicke der Eisenwand beeinflussen die Abkühlgeschwindigkeit des Gussstücks. Daher sollten in der tatsächlichen Produktion die geeignete Dicke der Eisenform und die Dicke der Sandbeschichtung entsprechend den unterschiedlichen Wandstärken des Gussteils ausgewählt werden, um die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen.
② Gussteile unterschiedlicher Dicke können durch Auswahl der entsprechenden Sandbeschichtungsdicke und Eisenwanddicke erhalten werden, um die gleiche Abkühlgeschwindigkeit zu erzielen. In Abbildung 3 bedeutet Zone I beispielsweise, dass die Dicke 10 mm und 20 mm beträgt, Zone II bedeutet 20 mm und 40 mm und Zone III bedeutet 40 mm. Und die Überschneidung zwischen dem Kühlbereich von 80-mm-Gussteilen.
③Obwohl bm und bi geändert werden können, um für Gussteile unterschiedlicher Dicke die gleiche Abkühlrate zu erzielen, kann nicht für alle Gussdicken die gleiche Abkühlrate erzielt werden. Unter den experimentellen Bedingungen können Gussteile mit einer Dicke von 10 mm und einer Dicke von 40 mm nicht mit der exakt gleichen Abkühlgeschwindigkeit erhalten werden (es gibt keine Überlappung zwischen den Kurven).

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