湿型煤粉砂铸造球墨铸铁
盘式自动器又称刹车盘，它是叉车、装载机上重要的制动刹车设备，因此，铸件质量的优劣直接关系到叉车，装载机的行驶安全与工作安全。我们生产的DY-JQ-40F、DY-JQ-50F两种规格的盘式自动器，分别由内钳与外钳两种组合。其中DY-JQ-40F内钳与外钳两铸件毛坯重12.5kg，11kg，材质QT500-7，硬度230~265HBΩ。其零件结构如图1、图2所示。
图1
图2
铸件结构特点；壁厚悬殊，内钳与外钳两端壁厚58mm处各有一条φ6.5mm液压油孔，最小壁厚12mm。技术要求：中心距为105mm的两φ75mm活塞孔及其相贯通的长×宽×高为38×20×10mm的液压通道内，不允许有任何气孔、砂眼、粘砂等铸造缺陷，铸件外观不允许有气孔、砂眼、粘砂、错箱、涨箱、飞边及无刺等。机加工组合后，在18MPa压强下试压，铸件不允许出现渗油、漏油与变形现象。生产过程中，由于铸件壁厚悬珠，受生产条件限制，采用温型煤粉砂生产。经解剖两端φ6.5mm注油孔处，常产生缩孔缺陷，导致产生漏油，渗油，并伴有因强度偏低发生变形现象。因此，在生产过程中，要求有高温优质铁液，合理的铸型（芯）工艺与浇主系统。针对上述问题，我们采取了以下几项工艺措施。
一、型（芯）砂工艺配比
造型采用湿型煤粉，两φ67mm活塞孔与38×20×100mm的液压通道砂芯用覆膜砂，型（芯）砂配比如下：
（1）湿型面砂配比粒度0.212~0.106mm（70/140目）的新砂50%、旧砂50%、膨润土5%~6%、碳酸钠4%~5%（以膨润土为基数）、煤粉4%~6%，水分适量，湿压强度90~120kPa，透气性≥100。
（2）湿型背砂配比旧砂100%，膨润土2%~3%，水分适量。湿压强度≥80kPa，透气性≥80。
（3）芯砂选用成品FZF-201型常温抗弯强度6.5~7.5MPa覆膜砂。
二、铸型（芯）工艺
（1）铸型工艺DY-JQ-40F盘式自动器内外钳毛坯总重23.5kg，专用砂箱，一箱两件，热侧暗冒口浇注，铸造工艺如图3所示。
图3
采用充型平稳半封闭式浇注系统，各浇道截面积比为∑F直：∑F横：∑F内＝1：1.2：0.8。增大横浇道截面积的目的是，当高温铁液进入横浇道后，降低了流速，促使渣液上浮后可滞留在横浇道上的集渣包内，使铁液平稳地进入涨大的暗冒口中，带入的少许渣液上浮于冒口顶端，内浇道为宽扁鸭嘴状，与铸件连接处厚度为6mm，可防止残渣进入型腔。盖箱型腔的上表面扎多个φ6~φ8mm的出气孔，经多次解剖生产实践发现，内钳铸件两端易产生缩孔。因此，在设计其内浇道时，人为的略大于外钳内浇道的截面积。
（2）两活塞孔与其贯通的液压通道砂芯的设计两活塞孔及其相贯通的液压通道内，要求内腔光洁、平滑，不允许有气孔、缩孔、粘砂与结疤等铸造缺陷。工艺设计位于下箱，砂芯上表面为盲孔。我们采用FZT-201型覆膜砂，砂芯结构如图4所示。芯盒材质Q235A，加热温度230~250℃，硬化时间30~40s。两活塞孔芯制作成壳型，芯头间隙为零。下芯前底箱芯头扎φ8mm排气孔。采用上述措施后，不但便于砂芯排气，还节省了覆膜砂的用量。
图4
（3）砂箱设计专用砂箱，四周吃砂量≤30mm，上下箱吃砂量≤60mm，用δ=6mm普通防滑花纹钢板焊接，两边框设有定位导柱销箱耳，合箱后用M12螺栓锁紧。
（4）造型选用两台Z145Ω微震压实式造型机，上下箱模型与浇注系统各自为固定型板，模型表面覆盖10~20mm面砂后，充填背砂震实压平，型腔紧实度≥90。
三、熔炼质量的控制
1.炉料的选用
正确选用炉料是获得优质铁液的必备条件，我们在生产过程中着重控制以下几个方面。
（1）球墨铸铁用生铁的选用不同厂家生产的生铁，由于矿石来源不同和冶炼方法不同，所以微量元素、气体、非金属夹杂物的数量也就不同，而它们又很难用一般的化学方法检查出来。根据上述因素，我们选用表面光洁、微量元素偏低的球墨铸铁用生铁。生产初期，选用的球墨铸铁用Q12生铁，其微量元素ωTi=0.10%，ωCr=0.02%，表面夹杂物较多，结果铸件气孔、缩孔缺陷占50%左右。后更换了价格略高的另一生产厂家的表面光洁、微量元素偏低的Q12生铁，杜绝了上述铸造缺陷。生产实践证明，由于生铁的遗传因素，当生铁中微量元素ωTi≥0.04%且表面夹杂物较多时，铸造出的球墨铸铁件，多产生缩孔，缩松及气孔与非金属夹杂物等缺陷。
（2）废钢由于回收公司的废钢成分混杂，锈蚀严重，易使铸件产生多种铸造缺陷，生产中坚持选用普通碳素钢，杜绝使用锈蚀严重的废钢及合金钢。
（3）焦炭选用河南产固定碳≥88%、ωS=0.3%~0.4%的铸造焦炭。
2.熔炼的控制
（1）铁液温度的控制温度、化学成分、纯净度是铁液的三项冶金指标。而温度又直接影响到铁液的化学成分与纯净度。在一定范围内提高铁液温度，可使石墨细化，组织致密，提高抗拉强度。
采取措施：每次按工艺图样要求修砌冲天炉炉型，适当提高底焦装炉高度与层焦用量，控制金属炉料尺寸小于1/3炉膛内径，确保铁液出炉温度≥1450~1470℃。
（2）球化与化学成分的控制在保证球化的条件下，尽量降低铁液内的稀土与镁的残留量，严格控制硫、磷含量。
采取措施：选用稀土含量低的FeSiMg8Re3球化剂，加入量1.3%~1.35%，75SiFe孕育剂，徐州产Q12生铁。稀土镁合金放入堤坝高≥150mm的一侧，覆盖占铁液总量为0.8%的粒度15~20mm经预热的75SiFe，表石覆盖球墨铸铁屑，用砂冲子舂紧，铁液量一次冲满，待铁液反应平稳后，扒净表面浮洼，检验合格后，包嘴覆盖铁液撇渣剂，铁液表面覆盖稻草灰。控制铁液化学成分为：ωC=3.6%~3.8%、ωSi=2.2%~2.4%、ωMn=0.4%~0.6%、ωS≤0.03%、ωP≤0.06%、ωRE残=0.03%~0.04%、ωMg残=0.04%~0.05%。10min内浇完铁液。
（3）浇注浇注温度≥1360℃，采用“二慢－快”的浇注原则，待铁液超过型腔上表面后，放慢浇注速度，注满后从直浇道点浇1~2次，浇注过程中及时点火引气。
四、实践体会
（1）选用熔炼用炉料要慎重，选用固定厂家生产的炉料，尤其是球墨铸铁用生铁，要选用硫、磷及微量元素含量低，以及表面光滑的特级或一级球墨铸铁用生铁。使用过程中长期跟踪，定期检验其微量含金元素，防止遗传因素导致批量质量事故和存有质量稳患。
（2）提高型腔刚度，型（芯）应具有足够的透气性，适当减少型腔吃砂量，砂箱应具有一定的刚度，牢固的砂箱夹紧装置，采用薄而宽的内浇道，使其在二次膨胀前凝固封闭。
（3）合理的化学成分和铁液浇注温度，在保证球化的条件下降低铸体内的残留镁量和稀土量，严格控制微量合金元素Ti、Al的含量。按照C%+1/7Si%≥3.9%的原则来控制碳、硅量。
（4）两活塞孔及其相贯通的尺寸为38mm×20mm×10mm（长×宽×高）的液压通道内采用覆膜砂，消除了其内腔粘砂、气眼及砂眼等铸造缺陷。
两年来，随着各项措施落实与改进，我们已生产DY-JQ-50F、DY-JQ-40F内钳、外钳各种铸件数万件，经机加工后，铸件组织致密，组合后经18MPa试压，盘式自动器渗油、漏油及变形现象已基本得到控制。