一种灰铸铁四片活塞环铸造方法与流程

1.本发明涉及一种活塞环铸造方法，特别涉及一种灰铸铁四片活塞环铸造方法。

背景技术：

2.活塞环厂灰铸铁均采用单体双片铸造工艺，单体双片的定义是一只铸造毛坯通过切片可以变成两个单片。双片工艺如下：灰铸铁的化学成分为：3.2～3.7％c，2.2～2.9％si，0.5～1.0％mn，0.3～0.45％p，0.15～0.35％cr，0.3～0.6％cu，s≤0.1％；出水温度：1540℃-1590℃,环模的拔模斜度内圆为1.5
°
，外圆为1
°
。该工艺经过10多年的发展，铸造出来的产品的机械性能、硬度以及加工性能稳定，双片切片:如图1和图2所示，双片切片为一个毛坯被切割成两片，使用的是焊接刀(焊接刀材料为高锰钢，刀较厚，需要工人手工磨，尺寸难把控)，一般中间刀厚2.1～2.2mm，两边刀厚2.6mm以上，且两边刀装夹成1度的角度安装。双片刀组少，切片阻力小，切片尺寸偏差影响较小，设备动力要求也小(电机约1.1kw)。
3.但是随着先进的铸造设备投入使用，单体双片铸造已无法满足产量的需求。在现有设备基础上，为了能够增加生产效率，降低能耗，开发出与单体双片铸造产品性能相同的四片铸造工艺迫在眉睫，单体四片铸造的定义是一只铸造毛坯通过切片可以变成四个单片。如图3所示，图3以六片环布置为例，四片与双片布置形式一致，四片切片：如图4和图5所示，四片切片为一个毛坯被切割成四片，使用的是成型刀(成型刀材料为高锰钢，刀具尺寸已经机械加工到位，无需磨刀)，所有刀厚为1.9～2.0mm，使用专用四片刀夹装夹，保证刀具排布之间的误差，确保切片尺寸。四片刀组多，阻力大，刀容易跑偏，所以切片难度更大，设备动力要求也更大(电机约1.5kw)。目前国内欠缺成熟稳定的四片铸造工艺，主要问题集中在：(1)由于四片铸造横截面大，切片后同一片环的硬度散差较大；(2)四片铸造产品高度是双片的2倍，造型起模更难，造型废品率会变高；(3)四片铸造上下两片与中间两片，采用同一种仿形工艺后的弹力差较大。

技术实现要素：

4.发明目的：为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种灰铸铁四片活塞环铸造方法。通过本发明方法制备的有效产品更多，降低能耗，且制备的活塞环性能稳定，符合质量要求。
5.技术方案：本发明所述的一种灰铸铁四片活塞环铸造方法，所述灰铸铁由以下组分组成：3.3～3.5％c，2.3～2.7％si，0.6～1.0％mn，0.3～0.4％p，0.25～0.35％cr，0.4～0.6％cu，0.05～0.15％v，s≤0.10％，余量为fe。
6.作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁由以下组分组成：3.41％c，2.57％si，0.755％mn，0.372％p，0.303％cr，0.517％cu，0.109％v，0.031％s，余量为fe。
7.本发明的灰铸铁组分中增加了v元素，保证了材料的硬度，且该方案的综合成本最优。
8.作为本发明的一种优选实施方式，环模的拔模斜度为：内圆斜度为2
°
，外圆斜度为1°
。相较于双片的环模内圆1.5
°
，外圆1
°
的设置，本发明的环模成品率更高。
9.作为本发明的一种优选实施方式，出水温度为1545℃～1555℃。
10.作为本发明的一种优选实施方式，孕育剂加入量为0.3％。
11.作为本发明的一种具体实施方式，所述的孕育剂为硅鍶孕育剂，占灰铸铁总质量的0.3％。
12.硅鍶孕育剂的化学成分(％)如下表所示：
13.种类sicabaalsr粒度硅锶72～78≤0.1/≤0.30.8～1.23～6mm≥95％
14.作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7～9:2～4:19～21:0.6～0.7的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。
15.作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7.3～8.7:2.3～3.7:19.3～20.7:0.63～0.64的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。
16.作为本发明的一种优选实施方式，所述灰铸铁的制备原料为：73～87质量份的生铁q10、23～37质量份的废钢、193～207质量份的回炉料以及6.3～6.4质量份的合金。
17.作为本发明的一种优选实施方式，所述合金由质量比为20:22.5:8:2:8:3的p铁、mn铁、cr铁、s铁、cu以及v铁组成。
18.p铁中，p的质量占比为24％；mn铁中，mn的质量占比为65％；cr铁中，cr的质量占比为55％；s铁中，s的质量占比为20％；v铁中，v的质量占比为51％。
19.本发明中，废钢的为1级废钢，其具体组分为(％)：
[0020][0021]
作为本发明的一种优选实施方式，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:80～150，湿压强度：0.15～0.2mpa，水份：2.6～3.8％，紧实率：30～45％。
[0022]
本发明选用的型砂较双片的加工要求(双片的湿压强度为0.1～0.2mpa)，砂性能的湿压强度控制范围更窄。
[0023]
作为本发明的一种优选实施方式，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:110，湿压强度：0.175mpa，水份：2.83％，紧实率：39％。
[0024]
除非另有说明，本发明中的“％”为质量百分比。
[0025]
有益效果：(1)铁水利用率由57％提高至70～80％，意味着熔炼一炉铁水，产生的有效产品更多，减低能耗；(2)生产相同片数的单片产品，造型数减少一半，从而节省了能耗和提高了人工效率；(3)一个四片毛坯可以切割成四片，减少了设备的投入，降低了制造成本。
附图说明
[0026]
图1为现有技术活塞环双片切片示截面意图；
[0027]
图2为现有技术双片毛坯截面示意图；
[0028]
图3为现有技术中环模布置结构示意图，图中，序号01表示环样，序号02表示浇道；
[0029]
图4为四片切片截面示意图；
[0030]
图5为四片毛坯截面示意图；
[0031]
图6为本发明方案
①
的铸铁的心部石墨形态；
[0032]
图7为本发明方案
②
的铸铁的心部石墨形态；
[0033]
图8为本发明方案
③
的铸铁的心部石墨形态；
[0034]
图9为本发明制备的产品浇注成环模毛坯的浇注叠型示意图；
[0035]
图10为本发明灰铸铁的制备工艺流程图。
具体实施方式
[0036]
实施例1：为了解决现有技术中的问题，本实施例设计了3个方案，模具设计、型砂性能、炉料配比、孕育剂加入量、出水温度，每个方案均一致：(1)用于铸造四片活塞环的环模的拔模斜度为：内圆2
°
，外圆1
°
；(2)用于铸模的型砂的性能为：透气性110，湿压强度：0.175mpa，水份：2.83％，紧实率：39％；(4)炉料配比：生铁q10二类：807kg，废钢(1级)353kg，回炉料：2041kg、合金：p铁20kg，mn铁22.5kg，cr铁8kg，s铁2kg，cu 8kg，v铁3kg；(5)孕育剂：占浇注包内铁水质量的0.3％；(6)出水温度：1555℃。具体的制备方法为：配料：生铁、废钢、回炉料(为浇注系统清理后的材料)、合金按照工艺要求称重。熔炼工艺：
①
电炉底部加入石灰石(3kg)；
②
原材料投入(生铁、废钢、回炉料)；
③
溶解三分之一后加合金；
④
浇注包预热至900℃；
⑤
投入剩余原材料；
⑥
浇注炉前光谱样(1500℃
±
10℃)；
⑦
依据光谱样测定结果，对化学成分进行2次调整(化学成分检验：光谱仪检验铁水浇注的光谱样化学成分)；
⑧
三角试样；
⑨
溶解情况确认；
⑩
到温1555℃出铁水。
[0037]
本实施例中采用的三个方案的成分如表1所示。
[0038]
表1本实施例中三个方案的产品组分
[0039][0040]
砂模加工：造型：造型机上装上专用模具后，放入型砂压制出砂模；浇注：铁水通过浇注系统浇入模型内；金相检验：根据内部材料标准，检验毛坯截面的微观组织；落砂：把毛坯和浇注系统从砂型中取出，接着把毛坯和浇注系统(回炉料)分离；毛坯和回炉料清理：将毛坯和回炉料分别倒入清理设备中清除剩余粘砂；毛坯分选：剔除不合格毛坯，如断环、崩缺环等；切片：发切片厂，使用切片机使得一个毛坯切割成四片；环模制作；环样：加工中心根据环模参数加工，以一个6根头产品参数为例，加工后的活塞环的参数如表2所示：
[0041]
表2环模结构参数
[0042][0043]
表3方案
①
的炉后成分
[0044]
csimnpscrcuv3.23％2.51％0.732％0.354％0.021％0.311％0.521％0.11％
[0045]
表4方案
①
制备的四片产品的性能测试结果
[0046][0047]
如图6所示，方案
①
熔炼得到的产品心部石墨形态为：b型、细小a型+d、e型，此外，从表4的结果可以看出，方案
①
的产品性能超上限。
[0048]
表5方案
②
的炉后成分
[0049]
csimnpscrcuv3.41％2.57％0.755％0.372％0.021％0.303％0.5170.109
[0050]
表6方案
②
制备的四片产品的性能测试结果
[0051][0052]
如图7所示，方案
②
熔炼得到的产品心部石墨形态为：b型+a型，从表6的结果可以看出，方案
②
的产品性能符合本发明的产品性能要求。
[0053]
表7方案
③
的炉后成分
[0054]
csimnpscrcuv
3.59％2.49％0.778％0.369％0.024％0.312％0.5040.121
[0055]
表8方案
③
制备的四片产品的性能测试结果
[0056][0057]
如图8所示，方案
③
心部石墨形态：心部石墨组织为较粗大的a型石墨。从表8的结果可以看出，方案
③
硬度出现不合格情况，且性能偏于下限。
[0058]
通过上述三个工艺的试验，确定了方案
②
工艺合适，再次使用方案
②
进行了多次试验，产品性能结果均符合要求。
[0059]
最终，本发明选用的产品的化学成分(炉后)为：3.41％c，2.57％si，0.755％mn，0.372％p，0.303％cr，0.517％cu，0.109％v，0.031％s，余量为fe。
[0060]
应用例：以某一品种为例，此品种环模为7片，双片实际称重0.11kg/片，转四片后实际称重0.21kg/片，浇道重量11kg，共19层有产品。
[0061]
计算如下：四片铁水利用率：0.21
×7×
19/(0.21
×7×
19+11)＝71.74％；双片铁水利用率：0.11
×7×
19/(0.11
×7×
19+11)＝57.08％。

技术特征：

1.一种灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁由以下组分组成：3.3～3.5％c，2.3～2.7％si，0.6～1.0％mn，0.3～0.4％p，0.25～0.35％cr，0.4～0.6％cu，0.05～0.15％v，s≤0.10％，余量为fe。2.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁由以下组分组成：3.41％c，2.57％si，0.755％mn，0.372％p，0.303％cr，0.517％cu，0.109％v，0.031％s，余量为fe。3.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，环模的拔模斜度为：内圆斜度为2
°
，外圆斜度为1
°
。4.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，出水温度为1545℃～1555℃。5.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，孕育剂加入量为0.3％。6.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7～9:2～4:19～21:0.6～0.7的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。7.根据权利要求6所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述灰铸铁的制备原料由质量比为7.3～8.7:2.3～3.7:19.3～20.7:0.63～0.64的生铁、废钢、回炉料以及合金组成。8.根据权利要求7所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，所述合金由质量比为20:22.5:8:2:8:3的p铁、mn铁、cr铁、s铁、cu以及v铁组成。9.根据权利要求1所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:80～150，湿压强度：0.15～0.2mpa，水份：2.6～3.8％，紧实率：30～45％。10.根据权利要求8所述的灰铸铁四片活塞环铸造方法，其特征在于，制备砂模的型砂的性能参数为：透气性:110，湿压强度：0.175mpa，水份：2.83％，紧实率：39％。

技术总结

本发明公开了一种灰铸铁四片活塞环铸造方法，制备活塞环的灰铸铁由以下组分组成：3.3～3.5％C，2.3～2.7％Si，0.6～1.0％Mn，0.3～0.4％P，0.25～0.35％Cr，0.4～0.6％Cu，0.05～0.15％V，S≤0.10％，余量为Fe。通过本发明方法制备的有效产品更多，降低能耗，且制备的活塞环性能稳定，符合质量要求。符合质量要求。符合质量要求。