[0001] 本发明涉及砂型铸造领域，具体而言，涉及一种铸造工艺模型及厚大球铁铸件的湿型砂铸造工艺。

[0002] 湿型砂铸造厚大球铁件很容易出现缩松问题，常见的工艺方案是：加大冷铁、加多个冷铁、加大冒口尺寸、加多个冒口、使用发热冒口、调整浇注温度，等等。这样的工艺方案，不但工艺复杂，生产操作繁琐，而且生产成本很高；又因为操作繁琐，往往导致操作过程不稳定，从而导致质量不稳定。目前解决缩松的方案，基本上没有利用浇注系统。

[0003] 对于解决铸件外观缺陷，比如夹渣，常见的工艺方案是：将内浇道厚度尺寸做薄，比如内浇道厚度尺寸设为2‑3mm、增加过滤网等等。但过薄的内浇道，导致内浇道的凝固时间非常短，浇注系统里面的高温铁液无法通过内浇道对铸件进行补缩，整个浇注系统对铸件的补缩作用降低。

[0004] 目前亟需一种新的工艺方案，充分利用浇注系统对铸件进行补缩，以此达到减少冒口数量，减小冒口体积，提高出品率，降低生产成本，简化生产操作，减轻劳动强度；通过对浇注系统结构的优化，使浇注系统在起到补缩作用的同时，能够发挥其挡渣功能，避免铸件出现外观夹渣问题。

[0039] 为使本发明实施例的目的、方法方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的方法方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0040] 实施例1：如图1所示，一种铸造工艺模型，包括：浇注系统部分和冒口部分；其中浇注系统部分包括：浇口模型1、直浇道模型2、过滤网模型3、横浇道模型4、内浇道模型5；冒口部分包括：冒口颈模型71、冒口体模型72、V形槽模型73。

[0041] 浇口模型1在整个铸造工艺模型的最高位置，浇口模型1呈上大下小的圆锥体；浇口模型1的底端连接直浇道模型2，直浇道模型2的上部分呈上小下大的圆柱体，直浇道模型2的下部分呈正方体；直浇道模型2底部是过滤网模型3，过滤网模型3高度方向的1/4部分在模具的上模，过滤网模型3高度方向的3/4部分在模具的下模；横浇道模型4分成长短不一、延伸方向不同、多个弯折部分，前端与过滤网模型3相连，后端与内浇道模型5相连，而且横浇道模型4的横截面呈上窄下宽的高梯形；内浇道模型5设置在横浇道模型4的侧面、靠底部，内浇道模型5的横截面呈长方形，宽度尺寸大于厚度尺寸，内浇道模型5一端与横浇道模型4相连，一端与铸件模型6相连；铸件模型6的顶部设置冒口颈模型71，冒口颈模型71上面设置冒口体模型72，冒口体模型72顶部设置V形槽模型73。

[0042] 具体实施过程中，铸件模型6用于在砂型上形成所需铸件的型腔，在型腔内注入铁液并冷却后可形成与型腔结构相同的铸件，由此铸件模型6的形态主要由所需产品结构决定，本实施例不做具体限定。本实施例中的模型用于在型砂上形成铁液流动的浇道、与所需铸件结构适配的型腔以及用于储存铁液的冒口，三者相互连通，由此本实施例中各模型结构的设计对应浇道、型腔以及冒口的结构设计。铁液从浇口杯进入，从直浇道流入横浇道，由于横浇道呈高度大于宽度的窄高型，同时具有弯折部，铁液中的杂质更容易上浮并被挡在横浇道的上半部分，脱除杂质的干净铁液从横浇道流经内浇道后进入铸件。横浇道模型4的横截面可为上小下大的梯形，进一步提高横浇道的挡渣效果。

[0043] 模具整体可如图3所示由上模和下模对合连接后得到。

[0044] 实施例2：为了进一步提高浇注系统的挡渣效果，在实施例1的基础上进行了改进，如图2，图3所示，在本实施例中，在直浇道底部增加了过滤网模型3。

[0045] 具体实施过程中，通过生产实践得到过滤网模型3高度方向，其3/4高度部分设置在下模，1/4高度部分设置在上模，能够更好地满足浇注系统的挡渣效果。

[0046] 实施例3：为了进一步提高浇注系统的挡渣效果，在实施例1的基础上进行了改进，如图2，图3所示，在本实施例中，横浇道模型4包括多个弯折部份、各部分长短不一、延伸方向不同。横浇道模型4的多个弯折部分首尾连接，相邻所述弯折部分对应的侧壁之间的夹角为90°‑150°。

[0047] 具体实施过程中，对应的侧壁之间的夹角指的是条形模型的外壁与外壁之间的夹角，内壁与内壁之间的夹角。条形模型之间的夹角大小可调节横浇道的挡渣效果，但是如果一味追求挡渣效果，会使得铁液在横浇道流动的过程中出现急转弯，加剧能耗，进而需要提高直浇道的充型压力，才能更好地控制充型能力和铁液流速，因此本实施例在考虑直浇道的情况下，限定了相邻条形模型之间的夹角。第一个弯折部分设置在下模，与下模的过滤网模型3相连；第二个弯折部分，设置在上模，与第一个弯折部分相连，第一、二个弯折部分之间且呈90°；第三个弯折部分，设置在上模，与第二个弯折部分相连，第二、三个弯折部分之间呈100°‑150°；第四个弯折部分，设置在上模，与第三个弯折部分相连，第四个弯折部分与第二个弯折部分之间呈90°；第五个弯折部分，设置在上模，与第四个弯折部分相连，第四个弯折部分与第五个弯折部分之间呈90°。

[0048] 实施例4：为了进一步提高浇注系统的挡渣效果，在实施例1的基础上进行了改进，如图3，图4所示，在本实施例中，横浇道模型4的横截面呈高梯形。

[0049] 具体实施过程中，横浇道模型4的横截面呈高梯形，高梯形指的是梯形的高度大于宽度，高梯形的上宽尺寸可为下宽尺寸的1/2，高梯形的高度尺寸可为上宽尺寸的4倍。横浇道模型4的横截面平均宽度尺寸是内浇道模型5厚度尺寸的1.5‑2倍，获得较大的高度比，即横浇道模型4高度/内浇道模型5厚度，更好地满足横浇道的挡渣效果。

[0050] 实施例5：为了进一步提高浇注系统的挡渣效果，在实施例1的基础上进行了改进，如图4，图5所示，在本实施例中，将内浇道模型5设置在横浇道模型4的侧面、靠底部。

[0051] 具体实施过程中，铁液中的渣的密度小于铁液密度，渣在横浇道里面流动过程中会往上浮，将内浇道模型5设置在横浇道模型4的侧面、靠底部，铁液中的渣上浮高度超过内浇道模型5的厚度时，从而避免铁液中的渣流入内浇道，从而获得外观干净的铸件。

[0052] 实施例6：为了确保浇注系统部分对铸件进行有效补缩，在实施例1的基础上进行了改进，本实施例中，所述内浇道模型5的横截面呈长方形，横截面的宽度至少是所述内浇道模型5厚度的2‑5倍，所述内浇道模型5的厚度为铸件相连部位厚度的0.4‑0.6倍。

[0053] 具体实施过程中，为了更好实现挡渣，内浇道的厚度通常设计得比较薄，一般为2‑3mm，但本实施例中，内浇道更多的考虑其补缩作用，所以本实施例中内浇道厚度相对常规设计更厚，内浇道模型5的厚度为铸件相连部位厚度的0.4‑0.6倍，本实施例中与内浇道相连的铸件厚度25mm，所以内浇道厚度取值12mm。

[0054] 为了让整个浇注系统部分起到有效补缩作用，本实施例中已经将内浇道模型5厚度做厚到12mm，而横浇道模型4、直浇道模型2、过滤网模型3、浇口模型1各部分的凝固时间都要大于内浇道模型5的凝固时间，才能够使得浇口模型1里面的高温铁液流经直浇道模型2、过滤网模型3、横浇道模型4、内浇道模型5，进行型腔，对铸件进行补缩。所以，本实施例中，特要求：横浇道截面的平均宽度尺寸至少是内浇道高度的1.5倍。直浇道模型2的最小直径尺寸是内浇道模型5厚度的4倍，过滤网模型3的横截面尺寸大于横浇道模型4横截面尺寸，浇口模型1最小直径尺寸大于或等于直浇道模型2的最小直径尺寸。

[0055] 实施例7：为了确保冒口的补缩能力，在实施例1的基础上进行了改进，如图4所示,本实施例中，冒口部分设置在铸件模型6的顶面，冒口体模型72的最小直径尺寸至少为所述铸件模型6最大厚度尺寸的2倍，所述冒口体模型72的高度尺寸为所述冒口模型7最小直径尺寸的1.2‑2倍；冒口体模型72顶部设置V形槽。

[0056] 示范性的，铸件为转向座时，其为厚大的球铁铸件，铸件的凝固时间较长，本实施例为了仅采用一个冒口，对冒口的结构进行了改进，冒口如4所示，冒口远离内浇道的一端连接在铸件顶面，且在其顶部设了一个V型的凹槽结构提高其补缩效率，同时冒口体的直径和高度尺寸也进行了限定，使得冒口的体积足够大，在用于厚大的铸件补缩时，可确保其补缩效率。

[0057] 实施例8：一种厚大球铁铸件的湿型砂铸造工艺包括：

[0058] S100、将所述的铸造工艺模型置于砂箱内，然后用砂将砂箱填满并压实所述砂；

[0059] S200、取下铸造工艺模型后，得到具有模型形状型腔的砂型，将铁液从砂型的浇口杯处倒入，直至铁液浇满冒口，然后冷却得到冷却件，将冷却件上的冒口和浇道对应部分切掉，得到铸件；

[0060] 所述S200中，在停止铁液注入砂型时，浇口杯保持满杯状态。

[0061] 具体实施过程中，铸件内腔指的是由铸件模型6在砂型上形成的腔体。浇注完成之后，浇口杯液面需要保持满杯状态，即整个浇口杯装满高温铁液。满杯状态下，浇口杯液面对冒口保持一定压力，在铸件高温铁液凝固冷却的时候，浇口杯液面会下降，会通过直浇道、横浇道、内浇道以及冒口对铸件进行补缩，从而避免铸件内部出现缩松缺陷。

[0062] 实施例9：为了充分利用石墨化膨胀，在实施例8的基础上进行了改进，本实施例中，所述S100中的压实压力为100‑120N/cm2，所述S200中的铁液浇注温度为1310‑1360℃，所述铁液的组分包括3.5‑3.6wt％C以及2.3‑2.5wt％Si。

[0063] 具体实施过程中，对铁液中影响铸件缩松的关键组分C、Si进行约束，本实施例中，采用3.5‑3.6wt％C以及2.3‑2.5wt％Si，减少铁液的收缩量，并利用石墨化膨胀，防止铸件出现缩松缺陷。为了进一步减少铁液的收缩量，本实施例还采用了较低的浇注温度。在造型压实压力方面，需要足够高的造型压实压力，才能获得足够硬度、强度的砂型，而只有足够硬度、强度的砂型才能抵御铁液中石墨化膨胀的压力，才能更好地解决铸件内部的缩松问2
题，由此本实施例限定造型压实压力为100～120N/cm。

[0064] 综上，本发明为了解决湿型砂铸造厚大球铁铸件的内部缩松问题和外观夹渣问题，从多个方面进行了改进，分别是：浇注系统方面、冒口方面、化学成分方面、浇注温度方面、造型压实压力方面，以及浇口杯液面要求方面。在各方面共同作用下，解决了湿型砂铸造厚大球铁铸件的内部缩松问题和外观夹渣问题。

[0065] 浇注系统方面，包括浇口、直浇道、过滤网、横浇道和内浇道部分；高温铁液流经浇注系统各部分进入型腔，使铸件获得完整形状；通过浇注系统的挡渣功能，解决铸件外观夹渣问题，使铸件获得干净的外观表面；通过浇注系统的补缩作用，对铸件提供适当的补缩量，使铸件获得致密的内部组织。

[0066] 冒口方面，提供足够的液态铁液对铸件进行补缩，避免铸件内部出现缩松，使铸件获得致密的内部组织。

[0067] 化学成分方面，合适的C含量、Si含量，使高温铁液里面的石墨化膨胀能力得到充分发挥，从而抵消铸件内部的收缩，使铸件获得致密的内部组织。

[0068] 浇注温度方面，较低的浇注温度，可以减少铁液的收缩量，避免铸件内部出现缩松，使铸件获得致密的内部组织。

[0069] 造型压实压力方面，足够高的造型压实压力，可以获得更高硬度、更高强度的砂型，从而可以抵御铁液中石墨化膨胀对砂型的挤压，使铸件获得致密的内部组织。

[0070] 浇口杯液面要求方面，本发明需要浇注系统提供适当的补缩量，故而对浇注完成后的浇口杯的液面高度有特别要求。浇注完成后的浇口杯的液面高度，需尽量达到满杯状态。

[0071] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的方法人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。