(10)申请公布号 CN 102078956 A
(43)申请公布日 2011.06.01C N 102078956 A
*CN102078956A*
(21)申请号 200910199800.X
(22)申请日 2009.12.01
B22D 37/00(2006.01)
B22D 27/04(2006.01)
B22D 1/00(2006.01)
B22C 23/02(2006.01)
C22C 33/08(2006.01)
B25J 18/00(2006.01)
(71)申请人上海华新合金有限公司
地址201708 上海市青浦区华新镇嘉松中路
1855号
(72)发明人徐清 张宗来 李安全 蔡中强
毕永成
(74)专利代理机构上海开祺知识产权代理有限
公司 31114
代理人
竺明
(54)发明名称
(57)摘要
一种机器人机械手臂铸件的铸造方法，其步
骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球
质量检验。本发明工艺设计上采用两侧分散式
浇注工艺，并在铸件的较厚部位放置外冷铁。铸
件的机械性能要满足抗拉强度≥450MPa 、屈服
强度≥310MPa ，延伸率≥10％，本体硬度160～
210HBS 。产品内部不存在任何铸造缺陷。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页
1.一种机器人机械手臂铸件的铸造方法，其步骤包括，混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化和孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理产品质量检验；其中，所述炉料熔炼步骤包括炉料配置及熔炼，炉料配置的重量百分比为：生铁20～40％、回炉料20～50％、废钢10～60％；中频感应电炉熔炼，熔炼温度1440～1580℃；
所述的出铁球化孕育处理步骤包括出铁球化处理和硅铁孕育剂两次孕育两个工序；
所述的浇注步骤中，浇注温度控制在1380℃～1460℃，采用两侧分散式浇注工艺，铁液从直浇道进入后同时流入两侧的横浇道，再由两侧横浇道经过多个内浇道进入型腔。 2.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，所述的浇注步骤中，采用两侧分散式浇注工艺，铁液从直浇道进入后同时流入3个横浇道，再由两侧横浇道经7个内浇道进入型腔。
3.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，所述的浇注步骤中，采用陶瓷管将铁液引导到铸型的另一侧的第三横浇道。
4.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，所述加入的球化剂量为熔炼出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg
5.0～7.5％、RE 1.0～4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量，所述球化剂的粒度为3～25mm。
5.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，所述的孕育剂两次孕育所加入的孕育剂量均为出铁液总重量的0.2～0.5％。所用硅铁孕育剂化学成分重量百分比为：Si 72～75％、Ca 0.4～1.0％、Al 0.4～1.5％及Fe余量，硅铁孕育剂的粒度为3～25mm。
6.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，浇注过程中采用硫氧孕育剂进行随流孕育，所用硫氧孕育剂的粒度为0.1～1.0mm，硫氧孕育剂的化学成分重量百分比为Si 70～76％、Al 0.75～1.25％、Ca 0.75～1.25％、Ce 1.5～2.0％、S 0.5～0.8％、O 0.3～0.5％及Fe余量，加入量占铁液总量的百分比为0.05～0.2％。
7.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，最后铸件产品的化学成分重量百分比为：C 3.0～3.8％、Si 2.0～3.2％、Mn≤0.4％、P≤0.07％、S≤0.03％、Mg 0.02～0.08％及Fe余量，铸件产品的金相组织为球化率＞80％，铁素体60～85％，碳化物＜0.3％。
8.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，在铸件两端较厚位置设置明冒口进行补缩。
9.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，在浇口杯下的过滤器内放置泡沫陶瓷过滤片。
10.如权利要求1所述的机器人机械手臂铸件的铸造方法，其特征在于，在铸件的厚大部位放置冷铁激冷。
一种机器人机械手臂铸件的铸造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铸造方法，特别是一种工业用机器人机械手臂铸件的铸造方法。
背景技术
[0002] 机械手臂是汽车行业生产用机器人的关键零部件，该零部件需要在承受一定的重力和弯矩载荷的前提下完成高精度的位移要求，以符合汽车行业高标准的作业稳定性，因此该零部件需要同时具备较高的强度和抗变形能力。针对上述要求，该零部件结构上采用薄壁(主体壁厚7mm)方管型设计，选用球墨铸铁QT450-10牌号，在尽量减轻自重的同时保证零件具有较高的强度和韧性。铸件的机械性能要满足抗拉强度≥450Mpa、屈服强度≥310Mpa，延伸率≥10％，本体硬度160～210HBS。且不允许铸件各部位有任何铸造缺陷存在。该产品的技术指标特点为：
[0003] 该机械手臂设计壁厚7mm，最薄处仅6mm，个别凸台较厚，要求壁厚准确。化学成分中对锰含量有着较高的要求，达到Mn≤0.4％。该部件属机器人外观件，因此要求该铸件有良好的表面质量；手臂内腔须安装一定的电控装置，故对内腔表面也有着十分高的要求，不允许有毛刺、皱皮等缺陷的存在。因此如何满足上述技术要求，成为成功铸造该机械手臂的关键。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种机器人机械手臂铸件的铸造方法，以使生产出的机器人机械手臂铸件能够满足上述技术要求。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种机器人机械手臂铸件的铸造方法，其步骤包括，混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化和孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理产品质量检验；其中，所述炉料熔炼步骤包括炉料配置及熔炼，炉料配置的重量百分比为：生铁20～40％、回炉料20～50％、废钢10～60％；中频感应电炉熔炼，熔炼温度1440～1580℃；所述的出铁球化孕育处理步骤包括出铁球化处理和硅铁孕育剂两次孕育两个工序；所述的浇注步骤中，浇注温度控制在1380℃～1460℃，采用两侧分散式浇注工艺，铁液从直浇道进入后同时流入两侧的横浇道，再由两侧横浇道经过多个内浇道进入型腔，均衡及提高了铁液的充型温度，并缩短了充型时间，从而保证了产品质量。
[0007] 本发明所述的出铁球化孕育处理工序包括出铁球化处理和硅铁孕育剂两次孕育两个环节。所述的孕育剂两次孕育即一次出铁球化后加入铁液总重量0.2～0.5％的硅铁孕育剂，随后搅拌扒渣并补加铁液，并进行第二次孕育，将0.2～0.5％的硅铁孕育剂加到包面并进行搅拌扒渣。所用硅铁孕育剂的粒度为3～25mm，硅铁孕育剂的化学成分为Si 72～75％、Al 0.4～1.5％、Ca 0.4～1.0％及Fe余量。
[0008] 所述的浇注步骤中，铁液经过球化剂孕育处理后，要保证铁液的浇注温度在1380～1460℃。
[0009] 进一步，所述的浇注步骤中，采用两侧分散式浇注工艺，铁液从直浇道进入后同时流入3个横浇道，再由两侧横浇道经7个内浇道进入型腔。
[0010] 所述的浇注步骤中，采用陶瓷管将铁液引导到铸型的另一侧的第三横浇道。[0011] 所述加入的球化剂量为熔炼出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 5.0～7.5％、RE 1.0～4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量，所述球化剂的粒度为3～25mm。
[0012] 所述的孕育剂两次孕育所加入的孕育剂量均为出铁液总重量的0.2～0.5％。所用硅铁孕育剂化学成分重量百分比为：Si 72～75％、Ca 0.4～1.0％、Al 0.4～1.5％及Fe余量，硅铁孕育剂的粒度为3～25mm。
[0013] 浇注过程中采用硫氧孕育剂进行随流孕育，所用硫氧孕育剂的粒度为0.1～1.0mm，硫氧孕育剂
的化学成分重量百分比为Si 70～76％、Al 0.75～1.25％、Ca 0.75～1.25％、Ce 1.5～2.0％、S 0.5～0.8％、O 0.3～0.5％及Fe余量，加入量占铁液总量的百分比为0.05～0.2％。
[0014] 最后铸件产品的化学成分重量百分比为：C 3.0～3.8％、Si 2.0～3.2％、Mn≤0.4％、P≤0.07％、S≤0.03％、Mg 0.02～0.08％及Fe余量，铸件产品的金相组织为球化率＞80％，铁素体60～85％，碳化物＜0.3％。
[0015] 另外，本发明工艺中，在铸件两端较厚位置设置明冒口进行补缩。
[0016] 又，在浇口杯下的过滤器内放置泡沫陶瓷过滤片。
[0017] 在铸件的厚大部位放置冷铁激冷。
[0018] 再有，本发明在造型步骤中的上涂料工序中采用流涂工艺，即涂料流过型腔表面的形式上涂料。
[0019] 经以上的熔炼球化孕育处理使浇注后的产品具有球化率＞80％、铁素体60～85％、碳化物＜0.3％的金相组织，以保证产品的机械性能要求。
[0020] 为了获得没有缺陷的铸件产品，本发明的特点在于：
[0021] (1)采用两侧分散式浇注工艺：铁液从直浇道进入后经过下方有陶瓷过滤网的过滤器同时流入三个横浇道，即第一、第二及第三横浇道，其中流入第三横浇道的铁液是通过陶瓷管引入的，铁液再从三个横浇道经七个薄片状内浇道进入型腔，以达到分散热量且快速充满型腔的浇注效果，其次保证浇注温度控制在1380～1460℃，此工艺措施能保证铸件产品不产生冷隔及气孔缺陷。因为铸件产品的壁厚只有6～7mm，假如用传统浇注工艺从一侧浇注的话，铁液在型腔中从浇注侧流到另一侧时，温降比较大，从而会在铁液中后充型处产生冷隔及气孔缺陷。采用了本工艺后，均衡及提高了铁液的充型温度，并缩短了充型时间，从而可以避免传统工艺所产生的上述问题。
[0022] (2)在铸件两端较厚位置设置2个明冒口进行补缩，以保证该两处不产生缩松缺陷。
[0023] (3)在直浇道底部放置泡沫陶瓷过滤片来过滤铁液，去除铁液中的杂质，从而防止产品产生夹渣缺陷。
[0024] (4)在铸造工艺中，铸件的厚大部位采用外冷铁激冷，以保证铸件的厚大部位加速冷却凝固，避免该部位产生缩松及缩孔等缺陷。
[0025] (5)在造型步骤的涂料工序中，为了获得清晰美观的铸件表面不采用传统的刷涂
方式，而是采用较为先进的流涂工艺，即采用涂料流过型腔表面的形式上涂料，此种工艺不产生刷涂工艺的涂刷痕迹及涂料在型腔尖角堆积的问题。
[0026] 本发明在工艺设计上采用陶瓷管将铁液引流使之在浇注过程中实现了快速分散的充型效果，有效的克服了薄壁铸件极易产生的冷隔及气孔缺陷。
[0027] 采用本发明所述的铸造方法后，生产出的机器人机械手臂铸件抗拉强度≥450Mpa、屈服强度≥310Mpa，延伸率≥10％，本体硬度160～210HBS。铸件各部位没有任何铸造缺陷存在，完全符合客户的技术要求。
附图说明
[0028] 图1为本发明机器人机械手臂铸件的铸造方法的示意图；
[0029] 图2为图1的侧视剖面图。
具体实施方式
[0030] 实施例1
[0031] 参见图1、图2，本发明的一种汽车行业用机器人机械手臂铸件的铸造方法，包括如下步骤：
[0032] 1、混砂、造型及制芯
[0033] 机器人机械手臂铸件采用自动混砂机混制呋喃树脂自硬砂后进行造型和制造1、2、3号砂芯1～3。造型前在下型板放置好两块条形冷铁4、5和一块环形冷铁6并防止造型时移动，在上型板规定位置放置两只明冒口10、四片排气片9及一块条形冷铁7。然后进行填砂、紧实、起模、修型，并进行刷涂料及表面烧干处理。接着制造1、2、3号三个砂芯1～3(1号芯1中放条形冷铁一块8)，并进行刷涂料及表面烘干后放置备用。
[0034] 2、合型
[0035] 在下砂型中按顺序下入3个砂芯1、2、3，用卡板检测并确保产品壁厚均匀，在过滤器11中放置一片陶瓷过滤网12；吹净上下砂型内的浮砂后，吊转上型进行合型并用螺栓紧箱后等待浇注。
[0036] 3、炉料熔炼
[0037] 先配置炉料，炉料的组成重量百分比为：生铁30％、回炉料30％、废钢40％，然后将配置好的炉料依次序投入中频感应电炉中进行铁液熔炼，熔炼温度为1550℃，静置保温5～10分钟，让铁液中的杂质充分漂浮上来，用除渣剂覆盖后将炉渣扒到炉外，防止杂质留存在铁液中。
[0038] 4、出铁球化孕育处理
[0039] 包括出铁进行球化处理及硅铁孕育剂两次孕育处理两个部分。其中球化处理采用冲入法球化处理
工艺，球化剂粒度为3～25mm，球化剂加入量为1.5％，铁液出炉温度为1550℃，第一次出铁量为总量的2/3，球化剂与铁液的反应作用时间为40～90秒，待反应结束后加入出铁总量0.3％的硅铁孕育剂，并补加剩余的1/3铁液，之后搅拌扒净铁液表面的浮渣，再加入铁液总重量的0.3％的硅铁孕育剂，并进行搅拌及扒渣，最后盖上保温覆盖剂去进行浇注。其中球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 6.5％、RE 2.15％、Si 45％、Ca 2.3％及Fe余量；硅铁孕育剂的化学成分重量百分比为：Si 75％、Ca 0.7％、Al 0.5％及Fe
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