Moulage en sable enduit de moule de fer de vilebrequin et son contrôle de processus de production

L'adoption du processus de sable enduit de vilebrequin pour le moulage de vilebrequin simplifie non seulement le processus de sable argileux, améliore les performances du matériau, mais réduit également le coût du processus. Le processus de sable enduit de vilebrequin est devenu une tendance de développement dans l’industrie nationale des arbres et mérite d’être promu au sein de l’industrie. Le vilebrequin est l'un des composants clés du moteur et ses performances affectent directement les performances de service et la durée de vie du moteur. Lorsque le vilebrequin fonctionne, il supporte en alternance des moments de flexion, des couples et des impacts importants. Les formes de défaillance les plus courantes sont la rupture par fatigue par flexion et l'usure des tourillons. Par conséquent, le matériau du vilebrequin doit avoir une rigidité, une résistance à la fatigue et une bonne résistance à l'usure. Surtout ces dernières années, avec l'application croissante des moteurs turbocompressés, des exigences de plus en plus élevées ont été mises en avant en matière de qualité interne, de précision d'ébauche et de rugosité de surface du vilebrequin. Le moulage au sable recouvert d'un moule en fer est un processus de coulée dans lequel une couche de sable de moulage thermodurcissable de 5 à 8 mm d'épaisseur est uniformément appliquée sur la cavité intérieure du moule en fer façonné (comme le montre la figure 1) pour former un moule (comme le montre la figure 2). ). En raison de la bonne rigidité du moule en sable enduit de moule en fer et de la couche de sable enduite relativement mince, la pièce moulée a une vitesse de refroidissement rapide et une taille de particule de sable fine (généralement 200 mesh). Par conséquent, il peut améliorer considérablement la précision dimensionnelle, la compacité, la qualité de surface, le degré de raffinement du grain et le taux de sphéroïdisation de la pièce coulée, tout en permettant de réaliser moins de coulée.

Le flux du processus de production de la ligne de sable enduit de moules en fer est illustré à la figure 3. Actuellement, il existe diverses formes de configuration de processus pour la ligne de sable enduit de moules en fer, et la disposition de ligne de type ouvert est la plus courante. Parce qu'il peut répondre aux exigences de différents temps de refroidissement pour la production de plusieurs variétés de vilebrequins, et en même temps, il peut facilement réaliser la mécanisation et le contrôle automatique du mouvement et de la propulsion du moule en fer pendant le processus de production.

Le processus de moulage en sable enduit est un processus clé dans le moulage en sable enduit de moules en fer, qui affecte directement l'ensemble du processus de production et le rendement des vilebrequins. Initialement, le procédé de sable enduit de moules en fer empruntait au tireur de noyaux à boîte chaude, avec un faible degré de mécanisation. Aujourd'hui, de nombreux fabricants nationaux de machines de fonderie produisent des équipements spéciaux de sable enduit de moules en fer, et certains peuvent réaliser le contrôle automatique à écran tactile PLC complet, depuis la fermeture du moule jusqu'au retrait du moule en fer après le tir de sable.

Lors d'une production normale, la température du moule en fer est généralement contrôlée à environ 230°C. Si la température est trop basse, le sable enrobé ne peut pas être complètement durci, ce qui entraîne une faible résistance de la coque et un dégagement de gaz élevé. Si la température est trop élevée, la coque du moule sera brûlée et deviendra cassante, ou le sable enduit durcira pendant le processus d'écoulement, endommageant la résistance de la coque du moule et provoquant facilement l'adhérence du sable et l'inclusion du sable dans le vilebrequin. Il existe généralement deux méthodes pour chauffer le moule en fer lors de la première utilisation. La première consiste à placer un lot de moules en fer dans le four à noyau pour les chauffer, puis à effectuer le moulage un par un. L'autre consiste à fermer les moules en fer froid un par un puis à chauffer les moules en fer à travers le motif et le gabarit (le gabarit est équipé de tuyaux de chauffage électriques) pour le moulage. Cette méthode est relativement lente lorsque le nouveau moule en fer est utilisé pour la première production. Pendant la production normale, la chaleur résiduelle du moule en fer peut être utilisée pour le sable enduit et aucun chauffage séparé n'est requis.

Le tir de sable est un processus dans lequel du sable enrobé fluidisé est soufflé dans la cavité par de l'air comprimé à basse pression (0,4 MPa), et le temps de tir du sable n'est que de 1 à 2 secondes. Il y a deux maillons clés dans ce processus : l’un est l’échappement et l’autre la fuite de sable. Pendant le processus de projection de sable, pendant que le sable enrobé est injecté, l'air comprimé pénètre également dans la cavité. Si l'échappement du moule en fer n'est pas lisse, cela provoquera inévitablement des défauts tels qu'un tir insuffisant et des poches d'air. Les solutions couramment utilisées sont les suivantes : ① Pour le gaz résiduel près de la surface de joint, quatre bossages 0,1 à 0,2 mm plus haut que le gabarit sont réalisés sur le gabarit, de sorte qu'un espace se forme entre le gabarit et le moule en fer pour évacuer le gaz résiduel. ② Des bouchons d'échappement sont ajoutés au niveau des parties sans issue individuelles ou des rainures d'échappement sont gravées sur le gabarit pour évacuer les gaz résiduels. Ces deux méthodes sont très efficaces en production réelle. Pendant le tir de sable, les trous de tir de sable sur la tête de tir de sable sont alignés avec les trous de tir de sable du moule en fer, et le plan inférieur de la plaque de tir de sable est fermement pressé contre le plan supérieur du moule en fer, puis le tir de sable est effectué. Cependant, dans la production réelle, en raison de la déformation sous contrainte après la coulée et le traitement du moule en fer, de la déformation causée par le chauffage et le refroidissement continus du moule en fer et des bosses sur la surface supérieure du moule en fer, un espace sera généré. entre la surface supérieure du moule en fer et le plan inférieur de la plaque de tir de sable pendant le tir de sable, et le sable s'écoulera de l'espace pendant le tir de sable. Les fuites de sable non seulement gaspillent le sable, détériorent l'environnement de travail et empêchent le remplissage solide de la cavité, ce qui entraîne des déchets, mais aussi parce que le débit de sable est trop rapide, elles sont très susceptibles de causer des blessures à l'opérateur. Les méthodes couramment utilisées sont désormais les suivantes : ① Un tampon de gel de silice 5 mm plus haut que le plan est incrusté sur la surface inférieure de la plaque de tir de sable. ② La buse de tir de sable de la plaque de tir de sable est de type mobile et compressible, et un ressort de compression est installé à l'arrière. De cette façon, la buse de tir de sable peut être en contact étroit avec la périphérie du trou de tir de sable du moule en fer pour éviter les fuites de sable. Lorsque le moule en fer est gravement déformé, non seulement la surface supérieure du moule en fer laisse échapper du sable, mais également un grand espace est généré entre la surface inférieure du moule en fer et la plaque de moule, et à ce moment, seules les parties supérieure et inférieure les surfaces du moule en fer peuvent être rabotées puis utilisées.

En production réelle, afin de garantir l'efficacité de la production, il est impossible d'ouvrir la boîte lorsque le vilebrequin est refroidi à environ 230°C (généralement, la boîte est ouverte 15 à 20 minutes après le versement). En raison de la très fine couche de sable enrobée, la température du moule en fer augmente fortement après le coulage. La température du moule en fer après un cycle est d'environ 350 à 400°C, et elle augmentera de plus en plus, rendant une production normale impossible. Étant donné que le refroidissement naturel est trop lent, si de l'eau est versée sur le moule en fer pour accélérer la vitesse de refroidissement du moule en fer, il est très facile de provoquer la fissuration du moule en fer. À l'heure actuelle, les fabricants nationaux produisant des lignes de sable enduites de moules en fer ne produisent pas d'équipement spécial pour le refroidissement des moules en fer. Pour résoudre le problème du refroidissement des moules en fer, nous avons spécialement conçu un dispositif de refroidissement en fonction de la situation réelle, comme le montrent les figures 4 et 5. La structure de la buse est illustrée à la figure 5. Une fois que l'air comprimé entre dans le tuyau, le flux La vitesse de l'air est accélérée à travers le manchon réducteur et une pression négative plus importante se forme à l'ouverture du tuyau en cuivre. L'autre extrémité du tuyau en cuivre est reliée à un réservoir d'eau avec un tube à oxygène et placée dans l'eau du réservoir d'eau, puis l'eau contenue dans le tuyau en cuivre est aspirée. Le flux d'air à grande vitesse atomise l'eau, et à travers le cône situé à l'ouverture du tuyau et le cône en dessous, le brouillard est pulvérisé sur la surface du moule en fer sous une forme conique. Ce dispositif de refroidissement adopte un refroidissement atomisé à plusieurs têtes, de sorte que le moule en fer soit refroidi uniformément, réduisant ainsi la déformation et la fissuration du moule en fer et améliorant la durée de vie du moule en fer. Dans le même temps, lorsque le brouillard d'eau est pulvérisé sur la surface du moule en fer, une couche de film de vapeur d'eau à haute température se forme rapidement sur la surface du moule en fer. Le flux d'air à grande vitesse de l'air comprimé souffle le film de vapeur d'eau à haute température dans le temps, accélérant la vitesse de refroidissement du moule en fer et répondant aux besoins de production continue de la chaîne de production.

Étant donné que la résine phénolique est utilisée comme agent de durcissement pour le sable enrobé, une grande quantité de gaz sera générée lorsque le fer en fusion sera versé dans la cavité. Si le gaz ne peut pas être évacué à temps, cela entraînera inévitablement des pores de coulée et des défauts de coulée insuffisants. Par conséquent, en plus de concevoir des trous d'échappement sur le modèle supérieur du moule et d'évacuer le sable enduit à environ 5 mm de la surface supérieure du moule à travers l'aiguille de tir de sable, des feuilles de fer de 0,5 mm d'épaisseur sont rembourrées aux quatre coins de la surface de séparation pendant fermeture du moule, de sorte qu'un espace se forme au niveau de la surface de séparation pour évacuer le gaz.

Le processus de sable enduit de moules en fer offre des conditions favorables pour obtenir des pièces moulées avec des grains plus fins, des niveaux de sphéroïdisation plus élevés, une meilleure qualité de surface et de meilleures propriétés mécaniques grâce au refroidissement rapide de la pièce moulée. Cependant, cela impose également des exigences plus élevées en matière de fusion, de sphéroïdisation, d'inoculation et de coulée du fer en fusion.

Étant donné que la vitesse de refroidissement de la coulée est rapide dans le processus de sable enduit de moules en fer, les inclusions et les gaz contenus dans le fer fondu entrant dans la cavité ne flottent pas facilement et sont très susceptibles de former des inclusions et des pores de scories, et en même temps, il Il est également facile de former des fermetures froides. Par conséquent, la production du processus de sable enduit de moules en fer nécessite du fer fondu propre et à haute température. Désormais, en raison de l'augmentation du prix du coke, le coût de fusion du four à induction moyenne fréquence n'est plus supérieur à celui du cubilot. Dans le même temps, le four à induction moyenne fréquence peut obtenir du fer fondu avec une composition chimique stable, une température et une propreté élevées, et peut répondre aux besoins d'une production continue. Par conséquent, le four à induction moyenne fréquence est le meilleur choix pour la fusion dans le processus de sable enduit de moules en fer pour la coulée de vilebrequins. Généralement, la température de prélèvement du four à induction moyenne fréquence est d'environ 1 500 °C. De plus, étant donné que la vitesse de refroidissement de la coulée est rapide dans le processus de sable enduit de moules en fer et que le degré de surfusion de la fonte fondue par le four à induction à moyenne fréquence est élevé, la coulée a une forte tendance à former de la fonte blanche et de la cémentite libre. est susceptible de se former après le refroidissement de la pièce moulée. Par conséquent, l’équivalent carbone-silicium dans le mélange doit être supérieur à celui du processus de moulage au sable argileux. La composition chimique couramment utilisée est indiquée dans le tableau.

Le traitement de sphéroïdisation est une partie importante de la production de vilebrequins en fonte ductile. La morphologie du graphite affecte directement les performances de résistance du corps du vilebrequin. Actuellement, le principal agent sphéroïdisant utilisé en Chine est un agent sphéroïdisant composite de terres rares magnésium - silicium - fer. La sélection de la qualité de l'agent sphéroïdisant tient principalement compte du taux d'absorption et de la stabilité de la réaction. Étant donné que le processus de sable enduit de moules en fer nécessite une température de soutirage relativement élevée du fer fondu du four électrique, un agent sphéroïdisant de qualité inférieure tel que FeSiMg6Re1.6 convient. Afin de réduire les scories secondaires formées par la réaction du soufre et du magnésium, le magnésium résiduel des terres rares ne doit pas être trop élevé. Étant donné que la sphéroïdisation actuelle par méthode de plongée générera une grande quantité de fumée et de poussière, la méthode d'alimentation en fil avec un fil fourré à faible teneur en magnésium est maintenant adoptée et l'effet est plus stable que la méthode de plongée.

En raison du refroidissement rapide du processus de sable enduit de moules en fer et du degré de surfusion élevé de la fonte en fusion du four électrique, la pièce moulée a une forte tendance à former de la fonte blanche pendant le processus de solidification. Par conséquent, le fer en fusion doit être entièrement inoculé. Généralement, un traitement d'inoculation en deux étapes est effectué : la première fois, 0,2 % à 0,3 % de fil d'inoculation de silicium-baryum est placé dans la poche pendant le traitement de sphéroïdisation ; la deuxième fois, 0,1 % de l'inoculation dans le cours d'eau est adoptée pendant le versement et un inoculant composite à haute efficacité contenant du soufre et de l'oxygène est utilisé, ce qui peut efficacement augmenter les noyaux de graphite, affiner les grains et retarder le temps de décoloration de l'inoculation. La taille des particules de l'inoculant est généralement de 0,2 à 0,8 mm et il ne doit pas être stocké pendant une longue période pour éviter l'humidité et l'oxydation. La température de coulée est généralement d'environ 1 420 °C et un blocage des scories doit être noté pendant la coulée. Étant donné que le fer fondu se solidifie rapidement et que les inclusions sont difficiles à flotter, des plaques filtrantes sont généralement placées dans le système d'entrée.

La solidification rapide de la pièce moulée et le fer fondu pur et à haute température du four électrique moyenne fréquence offrent des conditions favorables au raffinement des grains de coulée et à l'amélioration du niveau de sphéroïdisation. Dans des conditions normales de production, la teneur en perlite est généralement de 65 à 75 %, la résistance à la traction est de 680 à 750 N/mm² et l'allongement est de 4 à 6 %. Au cours du processus de traitement du fer fondu, 0,5 à 6 % de Cu et une petite quantité d'oligo-éléments Sb qui favorisent fortement la perlitisation sont ajoutés. La mécanisation continue ou le contrôle automatique de la ligne de sable enduit du moule en fer facilite le contrôle de l'opération d'ouverture de la boîte. Lorsque la température de coulée est d'environ 860 à 900°C, la boîte est ouverte, puis la pièce moulée est rapidement transférée vers la chambre de refroidissement pour un refroidissement par pulvérisation. De cette manière, une ébauche de vilebrequin en fonte ductile avec une teneur en perlite de 85 % à 90 % et des propriétés mécaniques de QT800 - 3 peut être obtenue. Il peut non seulement améliorer l'environnement à haute température de l'atelier de nettoyage, réduire le transport aller-retour et le nettoyage primaire, mais plus important encore, il peut économiser d'énormes coûts de traitement thermique et réduire efficacement les coûts de production. La chaleur résiduelle du vilebrequin se normalisant avec un alliage pour remplacer le traitement thermique de normalisation actuel est devenue une tendance de développement inévitable dans la production de vilebrequins.

La coulée de vilebrequin de sable enduit de moisissure en fer simplifie le processus de sable d'argile, surmonte les faiblesses inhérentes du sable d'argile (un traitement d'énorme sable, un environnement de travail sale et mauvais et de faibles performances de matériaux), peuvent réaliser une production continue et contrôlable, et fournit des conditions favorables pour les conditions favorables pour les conditions favorables pour les conditions favorables pour les conditions favorables pour le Mécanisation et automatisation de la production de vitesses de haute qualité. Ce processus avancé sera sûrement de plus en plus largement appliqué dans la production de coulée.