黃銅的重力鑄造方法

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黃銅的重力鑄造方法

時間：2014-03-07 13:23:05

黃銅的重力鑄造方法簡介

目錄 1．模具塗料和石墨（1） 2．石墨水的塗層方法（1-2） 3．石墨水的更……

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黃銅的重力鑄造方法正文

迪恩機床 (Dionis Technologies)，美國加利福尼亞州的機床製造商

cad室內設計圖樣板

1．模具塗料和石墨（1）

2．石墨水的塗層方法（1-2）

3．石墨水的更換2）

4．石墨水的管理（2-3）

5．模具製作（4）

根據產品大小設計澆鑄口的選定表（重要）（3-6）

6．硬模鑄造的材料（INGOT）（6）

7．銅錠成份和對產品的影響（6-8）

8．表面狀態和表面輪廓線（8-9）

9．鑄造產品的不良類型和原因分析（9-11）

不良原因和對策（11-13）

副錄

重力鑄造的工程管理（14-15）

材料採購與實際生產-（15-16）

鑄造過程中的注意事項（16）

重點整理（16-17）

模具設計時的注意事項（17-19）

砂芯製作（19-22）

砂芯用砂子的比較試驗（）（22-24）

砂芯試驗報告（24）

砂芯生產標準及砂子檢驗標準24）

樣品製作時的注意事項（24-26）

勸告事項（26-27）

重力鑄造的基礎知識

1. 模具塗料和石墨

1）在銅合金的鑄造過程中，每澆注一次，模具表面要塗上一次塗料。同時也要冷卻模具溫度。在實際工作中，通常是把模具浸泡在塗料槽（石墨水槽），以此解決上述要求。石墨的作用：石墨是耐熱物質，將高溫銅水與模具隔開，保護、延長模具壽命；石墨粉很細，可增加銅水流動性，使產品易於澆鑄。

經驗說明，要生產表面細膩的良好鑄造產品，其塗料凝聚力強、硬度要好。在這兒推薦使用易取且易與水混合的塵土狀石墨粉(Graphite)。推薦使用青島石墨股份有限公司生產的石墨：鑄造土狀石墨，粒度235目，含碳量：80%

為了防止在連續工作中石墨水的溫度上升與石墨粉沉澱於水槽底部，通常採用電動攪拌機或吹氣攪拌機。電動攪拌機可以防止石墨粉的沉澱，但其冷卻效率不高。還是利用吹氣方式為好。

石墨水槽設計：石墨水槽的高度不低於澆鑄工作台，防止沙芯掉入，其底部越尖，吹氣冷卻的效果越好。

參考：

1) 石墨水濃度因產品大小的不同其要求也有所差別。一般採用粒度為220~250Mesh（目）的石墨粉，濃度為20%~30%。

2) 經過浸泡在石墨水槽冷卻過的模具溫度控制在100℃~180℃為好。判斷標準：濺水后的模具表面水份在1~2秒內蒸發完畢。

固定碳( C )	揮發粉	灰粉	用途
70%↑	4.0%↑	25%↓	鑄造

灰粉越少越好，灰粉含量高時呈現白色，模具上面不易掉石墨。

管理範圍 15% 產品較大時15%-20%。

2. 石墨水的塗層方法

要定期用眼睛來檢查模具冷卻后的塗料（石墨水）狀態是否良好。如果塗料狀態良好，模具表面呈現與石墨粉同樣的黑色，而且其兩面都很乾凈。當模具上的雜質未清理乾淨時、或沙芯樹脂含量太高、或用干沙時澆鑄后在模具表面形成油膜，石墨水不能塗附，這時的模具內腔呈白色。

模具濺石墨水方式：輕微晃動，防止氣泡聚積而產生不良；下模、澆口部位溫度最高，入水時應將此部份先入水，已取得比較均衡的模具溫度；澆鑄機下模浸水時間比上模長；

如果模具表面狀態不理想時，及時測定石墨水濃度，以確定是不是石墨水濃度低了或水少了。以經驗來看，鑄造8~10天，石墨濃度會下降。

參考

石墨塗層不佳的幾種情況

① 石墨水表面上有一層油漬，或泡沫現象。

② 模具表面上有油漬或不純物。（特別是剛開完模時，一定要除去油漬）要解決此問題，需要有模具清潔機。（Sand blaster，噴砂機）

③ 溫度過高的模具浸泡在石墨槽時，會發生濺水並有響聲，這時也會導致塗層的不良現象。

3. 石墨水的更換

一般情況下石墨水並無使用時限。但在連續鑄造工作中掉進去的不純物（如砂子，灰塵，其它雜物等）也會塗在模具表面上，並造成鑄造產品表面或內部的不良現象。一旦發現此現象（可以視力發現），馬上更換全部石墨水溶液。

參考

① 更換溶液時，不僅更換溶液，還要把水槽也清洗乾淨。

② 石墨水濃度的測量方法如下。（參考圖—A）

用上下斷面積相同的透明溶器來採取使用中的石墨水，並放置沉澱4~5小時。要保持沉澱石墨粉為1/5左右。1/5=大型產品（0.5Kg以上）1/6=小型產品 (0.5Kg以下)

※ 湖南省石墨成分分析表(品名:W80%)(石墨廠提供)

成分	水分	灰粉	粒度	揮發粉	固定碳	備註
含量%	1.2	16.9	92.0	2.9	80.2	220—250目

溶解時的比重是0.745。沉澱試驗時很難(沉澱時間長)。

所以按重量比：水:250Kg---石墨:50 Kg----比率:16.7%偏低。

※ 沉澱試驗10小時后的濃度35%。

石墨試驗（湖南，青島）比較

區分公司	比重	粒度分佈		沉澱試驗
區分公司	比重	250目↓	25目↑	1小時50分	2小時50分	10小時以後
湖南	0.676	11.67%	88.33%	32.85%	32.85%	31.42%
青島	0.685	12.3%	87.7%	35.71%	33.57%	31.43%

試驗結果認為兩公司是同一產品，判斷都適用於重力鑄造。

※ 比重有1.33%的差距可能是水分含量的原因。

4. 石墨水的管理

1) 第一次調整石墨水溶液的濃度時一定要調整準確，在每次交接班時要取樣（石墨水），由下一班負責人檢測石墨水濃度，如果石墨水濃度低就加入石墨粉，石墨水濃度高就加入水。以上內容一定要做到經常化，習慣化。石墨水的濃度不會在幾小時內有大的變化，所以維持石墨水的濃度不是一件很難的事。出現問題是因操作者沒有及時檢測的原因造成的結果。如果檢測周期過長造成石墨水濃度變化很大時，再去調整需要的時間長也很難。（一定要注意實施）

2）交接班時間過長或休息日過後重新開始工作時，要用工具協助攪拌機工作。（沉澱物多時只用機器攪拌很難）

① 注意不要讓工具撞壞攪拌機葉片。

② 手工用石墨水採用以上方法，節省時間，效果又好。

5. 模具製作

1）模具材料

有些地方用黃銅來做模具材料（特別是中國），但黃銅材料在鑄造過程中因鋅的揮發和氧化而發生澆不滿的情況。也有用鑄鐵或其它合金來做模具材料實例，但這些材料也同樣有問題，在鑄造中產生的鋅的氧化物和不純物容易沾在模具表面上，而且清洗也很難。不如採用常見的軟鋼材（SS41）來做模具。軟鋼材易於製作、修改模具，而且其壽命也比其它合金材料較長，價格也便宜。

近年來開發出壽命長，清洗容易，能鑄造出良好產品的黃銅鑄造用模具材料。主要有銅合金材料鈹銅。鈹銅雖然其價錢偏高，但其硬度高，熱傳導能力好，與其它合金相比綜合性能很好。

總結上述內容，建議先用SS41素材來製作模具，等試驗鑄造結束后，再採用鈹銅模具來使用。

參考

● 鈹銅素材的化學成份：Be—0.4%~0.45% Co—0.9~1.2%

● 鑄鐵，輕金屬合金，銅合金的熱傳導能力比： 1：3：7

國內外金屬型用材質的力學性能和熱物理性能

材質	抗拉強度	伸長率	硬度	線膨脹係數	熱導率
灰鑄鐵（鐵素體）	150	-	160	10	44.7
球墨鑄鐵（鐵素體）	450	15	160	12	36.8
碳素鋼（正火）	600	18	220	12	51.8
鉻銅合金鑄鐵	250	-	182	10.8	41.9
銅合金	450	15	120	13.5	310

紫銅模具壽命<2萬次；鈹銅壽命>5萬次；根據產量選擇模具材料

2）模具設計

模具鑄造與砂鑄不同，其排氣性不太好。所以在模具設計中，要注意排氣方案。一般簡單的產品中，無需特別的排氣方法也可以鑄造出產品。但在結構複雜的鑄造產品中，一定要設計好排氣孔。

在連續鑄造過程中，夾住上/下片模具的固定針（Center pin）易磨損，導致鑄造產品的厚薄不均等不良現象。因此，固定針需要經常更換。

為了提高固定針的更換速度，可標準化固定針的大小，一般有3種左右為好。(參考圖--B)

設計鑄造方案是最重要的課題。這涉及到鑄造產品的形象，大小，排列及澆鑄口的方向。澆鑄件口高度（離產品距離）最少要保持40mm以上；澆鑄口的斷面大小以產品重量澆鑄速度來決定（參考圖—第四頁）。

※※※在澆口的選擇上，應按以下原則進行：1一般選最厚的部位；2綜和考慮產品的大小；3考慮沙芯的定位方便可靠；4澆口應盡量避免直接沖刷沙芯；5考慮排氣及補縮；6考慮模具的澆鑄角度；7考慮沙芯燃燒產生的氣體能順暢的排出；8盡量避免使最易產生縮水的地方有最高的溫度。

鑄造模具澆口與砂芯模具不同，先開偏小，然後在實際實驗中慢慢修改。如果一開始把模具開大，以後就不好修改。

3）內部結構設計：1應使產品在滿足使用要求的前提下，有儘可能均勻的壁厚，t=2.8~3.5最為合適，太厚易縮水，且增加成本；2內部夾層厚度>3，太薄易漏水；3內部轉角處應盡量避免尖角，R>3，突然轉折使銅水流動不順暢，同時尖角處易掉沙夾在產品中造成不良；4設計沙芯時，定位穩定可靠是產品壁厚均勻的關鍵，定位方頭寬度一般不小於18MM，深度不小於15MM，考慮模具加工的因素，定位方頭圓角半徑不小R5；5在重力模具上加工沙芯定位時，單邊間隙應放大0.15MM；6當因結構決定內部壁厚有比較厚的部位可能引起縮水時，應在設計時增大沙芯的表面積，以增強散熱效果；7沙芯最薄處不應小於5MM，否則難加工，沙芯難頂出，在修沙芯、搬運及澆鑄過程中易斷，還因散熱面積太小，導致溫度升高而易在產品中產生縮水；8沙芯模脫模斜度不小於1度

4）收縮率：1自由收縮：紫銅1.012% 鈹銅:1.01%

2受阻收縮：紫銅1.01% 鈹銅:1.01%

5)加工余量:外形端面>1MM

內形端面0.5~1.0MM

直徑方向:當¢>20MM時,取單邊加工余量1.0MM

當<10¢<20MM時,取單邊加工余量0.75MM

當¢<MM時,取單邊加工余量1.0MM

所有高腳閥芯密封圈處應做成縮水沙芯(參考圖)

模具大小與厚度要考慮其重量與傾斜難易度，以便現場工作人員操作方便。還要考慮浸泡在石墨水過程中過分冷卻帶來的鑄造不良影響。實際經驗來看，開模后的模具厚度在15MM~20MM左右為好。但在溫度最高部位，如澆口等地方，應加大模具厚度，以平衡模具溫度。一般手工模、小產品取小厚度；大產品、機器模取大厚度。（參考圖—D）

澆鑄口越長，壓力越大，鑄件上部澆不滿時，要做排氣和補縮。（參考圖—E）

6. 硬模鑄造的材料（INGOT）

硬模鑄造的材料，主要使用銅合金(Cu-Alloy)，根本上按鑄造出產品的形狀和大小所定。銅合金是在鑄造中比其它金屬凝固時間快，所以在實際工作中，遇到很多困難和受到限制性。

溶湯的條件必須好，影響傳熱度和溶湯的流動性的Ti，P，Fe，Si，Mn，等不純物的含量不能超過標準成份的範圍，只有，Al和Pb成分在鑄造產品中很小的範圍內起反作用。

特別注意的是，Pb、Fe、Sn的成分含量高時，在產品中產生收縮現象，所以它的成份含量不能超過0.4%。還有Pb成分限制到3%。如果Pb成份超過3%時，產品的加工性能好，但影響澆鑄（鑄造）性。

如使用不良品材料時（Return scrap），必須管理好Cu、Pb、Fe、Sn等的成份。但一般硬模鑄造行業，沒有使用回收來的黃銅材料。最好使用由專業公司製造的材料（銅錠）。如：韓國大昌公司的銅錠。

7. 銅錠成份和對產品的影響。

元素	適合含量	含量限制	不良原因
Cu	59—-60%	60%↑	流動性差，溶湯未滿
Cu	59—-60%	59%↓	鑄造性好，裂紋發生
Al	0.55-0.7%	0.7%↑	拋光時部分不良
Al	0.55-0.7%	0.5%↓	易產生表面裂紋
Pb	1.0-2.0%	3%↑	鑄造性不良,加工性好
Pb	1.0-2.0%	1%↓	鑄造性好,加工性差
Sn	0.2%↓	0.2%↑	收縮現象
Ni	0.2%↓
Mn	0.01%↓		收縮、表面有裂紋
Si	0.01%↓		收縮、表面有裂紋
P	0%		收縮、表面有裂紋
Fe	0.1%↓	0.15%↑	裂紋
Fe	0.1%↓	0.03%↓	不能做微細化處理