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球墨铸铁铜金属型铸造工艺和性能的研究

唐骥  
【摘要】:本文主要研究把快速凝固作为目的的高热传导铜合金金属型和微细组织化的金属型铸造技术,并以我国汽车用球铁齿惰轮为典型铸件,开发球墨铸铁水冷铜合金金属型铸造工艺。 主要工艺路线是采用水冷铜型模具,利用水冷带走金属型模具热量,使模具在快速高效铸造生产中保持一定恒温。针对模具应具有高热传导性、一定的耐磨性和易于加工的要求,在铜合金模具选材上,研究开发了Cr-Zr-Mg铜合金模具材料,提出Cr-Zr-Mg铜合金成分范围和机械性能,并确定其冶金制造工艺流程。 采用WindowsXP操作系统,UG图形软件和Foxpro数据库,并利用UG的二次开发功能开发应用程序,构建铜合金模具CAD系统的总体框架,研究型腔结构设计模块的实现方法,以形成适用于铜金属型模具CAD/CAE技术。 对金属型铸件(铁型球铁齿惰轮、铜型球铁齿惰轮)提出充型凝固过程数值模拟方法和温度场模拟数值计算,预测金属型铸件缺陷,并完成了金属型铸件充型凝固过程测温和编制实用CAE软件(Z-CAST软件)。该项技术的应用,有利于提高铸造模具设计的准确性和效率,缩短铸造模具制造周期。 水冷铜金属型铸造工艺参数与铸件结构和金属型设计(尤其是浇注系统设计)关系密切。通过采用铜金属型模具CAD/CAE技术和生产实验,得到球铁齿惰轮水冷铜金属型铸造适宜的工艺参数:金属型温度:160-180℃;浇注温度:1400-1430℃;浇注时间时间:4.5-5.5s;离型时间:7-9s。其铸造工艺设计宜采用开放式浇注系统,浇口比取直浇道(R):横浇道(S):内浇道(G)为1.0:1.4-1.6:1.8-2.2。并采取陶瓷过滤网措施,以防产生夹渣缺陷。 在铜金属型铸造球墨铸铁性能研究方面,主要研究球铁铜金属型铸造成分的选择、铁液球化—孕育工艺,分析铜金属型球铁中C、Si含量的变化对组织和性能的影响。通过实验,给出了铜金属型球铁的热处理工艺参数,提出明确的铸造工艺方案。采用单包小量、冲入法球化、二次孕育工艺,可以得到球化等级达1-2级,石墨球尺寸为5-20μm的球墨铸铁。选择不同成分和正确的热处理工艺,水冷铜金属型铸造工艺可以得到组织为铁素体和珠光体的球墨铸铁。 采用水冷铜金属型铸造工艺,可以使球墨铸铁性能得以提高,组织细化、石墨数量多,其中相对疲劳性能,铜金属型球墨铸铁比砂型高20%,实现铸造高效和清洁生产,是一项先进制造技术。


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