專利名稱：一種機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造方法，特別是一種工業(yè)用機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械手臂是汽車行業(yè)生產(chǎn)用機(jī)器人的關(guān)鍵零部件，該零部件需要在承受一定的重 力和彎矩載荷的前提下完成高精度的位移要求，以符合汽車行業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)穩(wěn)定性，因 此該零部件需要同時(shí)具備較高的強(qiáng)度和抗變形能力。針對(duì)上述要求，該零部件結(jié)構(gòu)上采用 薄壁(主體壁厚7mm)方管型設(shè)計(jì)，選用球墨鑄鐵QT450-10牌號(hào)，在盡量減輕自重的同時(shí) 保證零件具有較高的強(qiáng)度和韌性。鑄件的機(jī)械性能要滿足抗拉強(qiáng)度> 450Mpa、屈服強(qiáng)度 ^ 310Mpa，延伸率> 10%，本體硬度160 210HBS。且不允許鑄件各部位有任何鑄造缺陷 存在。該產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)特點(diǎn)為該機(jī)械手臂設(shè)計(jì)壁厚7mm，最薄處僅6mm，個(gè)別凸臺(tái)較厚，要求壁厚準(zhǔn)確。化學(xué)成分 中對(duì)錳含量有著較高的要求，達(dá)到Mn < 0. 4%。該部件屬機(jī)器人外觀件，因此要求該鑄件有 良好的表面質(zhì)量；手臂內(nèi)腔須安裝一定的電控裝置，故對(duì)內(nèi)腔表面也有著十分高的要求，不 允許有毛刺、皺皮等缺陷的存在。因此如何滿足上述技術(shù)要求，成為成功鑄造該機(jī)械手臂的 關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，以使生產(chǎn)出的機(jī)器人 機(jī)械手臂鑄件能夠滿足上述技術(shù)要求。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其步驟包括，混砂、造型、制芯、合型、爐料 熔煉、出鐵球化和孕育處理、澆注、冷卻、開(kāi)箱、鑄件清理產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)；其中，所述爐料熔煉 步驟包括爐料配置及熔煉，爐料配置的重量百分比為生鐵20 40%、回爐料20 50%、 廢鋼10 60%;中頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度1440 1580°C;所述的出鐵球化孕育處理步 驟包括出鐵球化處理和硅鐵孕育劑兩次孕育兩個(gè)工序；所述的澆注步驟中，澆注溫度控制 在1380°C 1460°C，采用兩側(cè)分散式澆注工藝，鐵液從直澆道進(jìn)入后同時(shí)流入兩側(cè)的橫澆 道，再由兩側(cè)橫澆道經(jīng)過(guò)多個(gè)內(nèi)澆道進(jìn)入型腔，均衡及提高了鐵液的充型溫度，并縮短了充 型時(shí)間，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明所述的出鐵球化孕育處理工序包括出鐵球化處理和硅鐵孕育劑兩次孕育 兩個(gè)環(huán)節(jié)。所述的孕育劑兩次孕育即一次出鐵球化后加入鐵液總重量0. 2 0. 5%的硅鐵 孕育劑，隨后攪拌扒渣并補(bǔ)加鐵液，并進(jìn)行第二次孕育，將0. 2 0. 5 %的硅鐵孕育劑加到 包面并進(jìn)行攪拌扒渣。所用硅鐵孕育劑的粒度為3 25mm，硅鐵孕育劑的化學(xué)成分為Si 72 75%、Al 0. 4 1. 5%、Ca 0. 4 1. 0%及 Fe 余量。所述的澆注步驟中，鐵液經(jīng)過(guò)球化劑孕育處理后，要保證鐵液的澆注溫度在 1380 1460 。
進(jìn)一步，所述的澆注步驟中，采用兩側(cè)分散式澆注工藝，鐵液從直澆道進(jìn)入后同時(shí) 流入3個(gè)橫澆道，再由兩側(cè)橫澆道經(jīng)7個(gè)內(nèi)澆道進(jìn)入型腔。所述的澆注步驟中，采用陶瓷管將鐵液引導(dǎo)到鑄型的另一側(cè)的第三橫澆道。所述加入的球化劑量為熔煉出鐵量的1. 0 2. 5%，球化劑的化學(xué)成分重量百分 比為Mg 5. 0 7. 5%、RE 1. 0 4. 0%, Si 35 48%、Ca 1. 0 3. 0%及 Fe 余量，所述 球化劑的粒度為3 25mm。所述的孕育劑兩次孕育所加入的孕育劑量均為出鐵液總重量的0. 2 0. 5%。所 用硅鐵孕育劑化學(xué)成分重量百分比為Si 72 75%、Ca 0. 4 1. 0%,A1 0. 4 1. 5%及 Fe余量，硅鐵孕育劑的粒度為3 25mm。澆注過(guò)程中采用硫氧孕育劑進(jìn)行隨流孕育，所用硫氧孕育劑的粒度為0. 1 1. 0mm，硫氧孕育劑的化學(xué)成分重量百分比為Si 70 76%、A1 0. 75 1. 25%、Ca 0. 75 1. 25%,Ce 1.5 2.0%、S 0. 5 0. 8%、0 0. 3 0. 5%及!^e余量，加入量占鐵液總量的 百分比為0. 05 0. 2%。最后鑄件產(chǎn)品的化學(xué)成分重量百分比為C 3.0 3.8%、Si 2.0 3.2%、 Mn^ 0.4%,P^ 0.0. 03%,Mg 0. 02 0. 08%及！^余量，鑄件產(chǎn)品的金相組織 為球化率> 80%，鐵素體60 85%，碳化物< 0. 3%。另外，本發(fā)明工藝中，在鑄件兩端較厚位置設(shè)置明冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。又，在澆口杯下的過(guò)濾器內(nèi)放置泡沫陶瓷過(guò)濾片。在鑄件的厚大部位放置冷鐵激冷。再有，本發(fā)明在造型步驟中的上涂料工序中采用流涂工藝，即涂料流過(guò)型腔表面 的形式上涂料。經(jīng)以上的熔煉球化孕育處理使?jié)沧⒑蟮漠a(chǎn)品具有球化率> 80%、鐵素體60 85%、碳化物< 0. 3%的金相組織，以保證產(chǎn)品的機(jī)械性能要求。為了獲得沒(méi)有缺陷的鑄件產(chǎn)品，本發(fā)明的特點(diǎn)在于(1)采用兩側(cè)分散式澆注工藝鐵液從直澆道進(jìn)入后經(jīng)過(guò)下方有陶瓷過(guò)濾網(wǎng)的過(guò) 濾器同時(shí)流入三個(gè)橫澆道，即第一、第二及第三橫澆道，其中流入第三橫澆道的鐵液是通過(guò) 陶瓷管引入的，鐵液再?gòu)娜齻€(gè)橫澆道經(jīng)七個(gè)薄片狀內(nèi)澆道進(jìn)入型腔，以達(dá)到分散熱量且快 速充滿型腔的澆注效果，其次保證澆注溫度控制在1380 1460°C，此工藝措施能保證鑄件 產(chǎn)品不產(chǎn)生冷隔及氣孔缺陷。因?yàn)殍T件產(chǎn)品的壁厚只有6 7mm，假如用傳統(tǒng)澆注工藝從 一側(cè)澆注的話，鐵液在型腔中從澆注側(cè)流到另一側(cè)時(shí)，溫降比較大，從而會(huì)在鐵液中后充型 處產(chǎn)生冷隔及氣孔缺陷。采用了本工藝后，均衡及提高了鐵液的充型溫度，并縮短了充型時(shí) 間，從而可以避免傳統(tǒng)工藝所產(chǎn)生的上述問(wèn)題。(2)在鑄件兩端較厚位置設(shè)置2個(gè)明冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，以保證該兩處不產(chǎn)生縮松缺 陷。(3)在直澆道底部放置泡沫陶瓷過(guò)濾片來(lái)過(guò)濾鐵液，去除鐵液中的雜質(zhì)，從而防止
產(chǎn)品產(chǎn)生夾渣缺陷。(4)在鑄造工藝中，鑄件的厚大部位采用外冷鐵激冷，以保證鑄件的厚大部位加速 冷卻凝固，避免該部位產(chǎn)生縮松及縮孔等缺陷。(5)在造型步驟的涂料工序中，為了獲得清晰美觀的鑄件表面不采用傳統(tǒng)的刷涂方式，而是采用較為先進(jìn)的流涂工藝，即采用涂料流過(guò)型腔表面的形式上涂料，此種工藝不 產(chǎn)生刷涂工藝的涂刷痕跡及涂料在型腔尖角堆積的問(wèn)題。本發(fā)明在工藝設(shè)計(jì)上采用陶瓷管將鐵液引流使之在澆注過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了快速分散 的充型效果，有效的克服了薄壁鑄件極易產(chǎn)生的冷隔及氣孔缺陷。采用本發(fā)明所述的鑄造方法后，生產(chǎn)出的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件抗拉強(qiáng)度 彡450Mpa、屈服強(qiáng)度彡310Mpa，延伸率彡10%，本體硬度160 210HBS。鑄件各部位沒(méi)有 任何鑄造缺陷存在，完全符合客戶的技術(shù)要求。


圖1為本發(fā)明機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法的示意圖；圖2為圖1的側(cè)視剖面圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參見(jiàn)圖1、圖2，本發(fā)明的一種汽車行業(yè)用機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，包括 如下步驟1、混砂、造型及制芯機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件采用自動(dòng)混砂機(jī)混制呋喃樹(shù)脂自硬砂后進(jìn)行造型和制造1、 2、3號(hào)砂芯1 3。造型前在下型板放置好兩塊條形冷鐵4、5和一塊環(huán)形冷鐵6并防止造 型時(shí)移動(dòng)，在上型板規(guī)定位置放置兩只明冒口 10、四片排氣片9及一塊條形冷鐵7。然后進(jìn) 行填砂、緊實(shí)、起模、修型，并進(jìn)行刷涂料及表面燒干處理。接著制造1、2、3號(hào)三個(gè)砂芯1 3(1號(hào)芯1中放條形冷鐵一塊8)，并進(jìn)行刷涂料及表面烘干后放置備用。2、合型在下砂型中按順序下入3個(gè)砂芯1、2、3，用卡板檢測(cè)并確保產(chǎn)品壁厚均勻，在過(guò)濾 器11中放置一片陶瓷過(guò)濾網(wǎng)12 ；吹凈上下砂型內(nèi)的浮砂后，吊轉(zhuǎn)上型進(jìn)行合型并用螺栓緊 箱后等待澆注。3、爐料熔煉先配置爐料，爐料的組成重量百分比為生鐵30%、回爐料30%、廢鋼40%，然后 將配置好的爐料依次序投入中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行鐵液熔煉，熔煉溫度為1550°C，靜置保溫 5 10分鐘，讓鐵液中的雜質(zhì)充分漂浮上來(lái)，用除渣劑覆蓋后將爐渣扒到爐外，防止雜質(zhì)留 存在鐵液中。4、出鐵球化孕育處理包括出鐵進(jìn)行球化處理及硅鐵孕育劑兩次孕育處理兩個(gè)部分。其中球化處理采 用沖入法球化處理工藝，球化劑粒度為3 25mm，球化劑加入量為1. 5 %，鐵液出爐溫度為 1550°C，第一次出鐵量為總量的2/3，球化劑與鐵液的反應(yīng)作用時(shí)間為40 90秒，待反應(yīng) 結(jié)束后加入出鐵總量0.3%的硅鐵孕育劑，并補(bǔ)加剩余的1/3鐵液，之后攪拌扒凈鐵液表面 的浮渣，再加入鐵液總重量的0. 3%的硅鐵孕育劑，并進(jìn)行攪拌及扒渣，最后蓋上保溫覆蓋 劑去進(jìn)行澆注。其中球化劑的化學(xué)成分重量百分比為Mg 6. 5%, RE 2. 15%, Si 45%, Ca 2. 3%及佝余量；硅鐵孕育劑的化學(xué)成分重量百分比為Si 75%,Ca 0. 7%,A1 0. 5%及佝余量，硅鐵孕育劑的粒度為3 25mm。5、澆注鐵液的澆注溫度為1430°C。鐵液由澆口杯、直澆道13澆入后，經(jīng)過(guò)泡沫過(guò)濾網(wǎng)12 的過(guò)濾器11，擋住了鐵液中的雜質(zhì)，降低了鑄件產(chǎn)生夾渣缺陷的可能。另外鐵液經(jīng)過(guò)過(guò)濾 片后，減緩了鐵液的流速，減輕了鐵液對(duì)鑄型的沖擊力，從而降低了沖砂的可能；鐵液充型 平穩(wěn)，有利于減少鐵液在鑄型內(nèi)的二次氧化，從而減少夾渣缺陷的出現(xiàn)。鐵液隨后同時(shí)流入 三個(gè)橫澆道14、15、16，其中第三橫澆道16內(nèi)的鐵液是由陶瓷管17引入的，鐵液由型腔兩 側(cè)三個(gè)橫澆道的七個(gè)薄片狀內(nèi)澆道18同時(shí)進(jìn)入型腔，達(dá)到快速分散平穩(wěn)澆注的目的；澆注 過(guò)程中采用硫氧孕育劑進(jìn)行隨流孕育，所用硫氧孕育劑的粒度為0. 1 1. 0mm，硫氧孕育劑 的化學(xué)成分為 Si 71. 2%, Al 0. 96%, Ca 0. 90%, Ce 1. 67%, S 0. 75%,0 0.76%及 Fe 余 量，加入量占鐵液總量的百分比為0. 05 0. 2% ；最終鑄件產(chǎn)品的化學(xué)成分總量百分比為 C 3. 57%,Si 2. 66%,Mn 0. 38%,P 0. 042%,S 0. 009%,RE 0. 018%,Mg 0.045%及 Fe 余 量。6、冷卻開(kāi)箱7、鑄件清理8、質(zhì)量檢驗(yàn)檢驗(yàn)不合格的產(chǎn)品做淘汰報(bào)廢處理，合格的進(jìn)入鑄件合格品倉(cāng)庫(kù)暫存。采用本發(fā)明所述的鑄造方法后，鑄件毛重121kg，澆冒口重65kg，工藝出品率為 65%，對(duì)于主要壁厚僅有7mm的薄壁鑄件，此結(jié)果已基本達(dá)到了創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的工藝效果。產(chǎn)品的材料牌號(hào)為球墨鑄鐵QT450，產(chǎn)品的機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果抗拉強(qiáng)度490Mpa， 屈服強(qiáng)度;MOMpa，延伸率16%，硬度178HBS ；鑄件產(chǎn)品金相組織檢測(cè)結(jié)果為球化率 85%、鐵素體85%、碳化物<0.3% ；產(chǎn)品的化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果C 3. 57%, Si 2. 66%, Mn 0. 38%, P 0. 042%, S 0. 009%, RE 0. 018%, Mg 0. 045%及 Fe 余量；鑄件產(chǎn)品經(jīng)超聲波缺 陷檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有任何鑄造缺陷。鑄件產(chǎn)品完全滿足客戶的技術(shù)條件要求。表1本發(fā)明實(shí)施例的主要工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其步驟包括，混砂、造型、制芯、合型、爐料熔 煉、出鐵球化和孕育處理、澆注、冷卻、開(kāi)箱、鑄件清理產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)；其中，所述爐料熔煉步驟包括爐料配置及熔煉，爐料配置的重量百分比為生鐵20 40%、 回爐料20 50%、廢鋼10 60% ；中頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度1440 1580°C ；所述的出鐵球化孕育處理步驟包括出鐵球化處理和硅鐵孕育劑兩次孕育兩個(gè)工序；所述的澆注步驟中，澆注溫度控制在1380°C 1460°C，采用兩側(cè)分散式澆注工藝，鐵 液從直澆道進(jìn)入后同時(shí)流入兩側(cè)的橫澆道，再由兩側(cè)橫澆道經(jīng)過(guò)多個(gè)內(nèi)澆道進(jìn)入型腔。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，所述的澆注步 驟中，采用兩側(cè)分散式澆注工藝，鐵液從直澆道進(jìn)入后同時(shí)流入3個(gè)橫澆道，再由兩側(cè)橫澆 道經(jīng)7個(gè)內(nèi)澆道進(jìn)入型腔。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，所述的澆注步 驟中，采用陶瓷管將鐵液引導(dǎo)到鑄型的另一側(cè)的第三橫澆道。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，所述加入的球 化劑量為熔煉出鐵量的1. 0 2. 5%，球化劑的化學(xué)成分重量百分比為Mg 5. 0 7. 5%、 RE 1.0 4.0%、Si ；35 48%、Ca 1. 0 3. 0%及Fe余量，所述球化劑的粒度為3 25mm。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，所述的孕育劑 兩次孕育所加入的孕育劑量均為出鐵液總重量的0. 2 0. 5%。所用硅鐵孕育劑化學(xué)成分 重量百分比為Si 72 75%、Ca 0. 4 1.0%、A1 0. 4 1. 5%及！^余量，硅鐵孕育劑的 粒度為3 25mm。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，澆注過(guò)程中采 用硫氧孕育劑進(jìn)行隨流孕育，所用硫氧孕育劑的粒度為0. 1 1. 0mm，硫氧孕育劑的化學(xué)成 分重量百分比為 Si 70 76%、Al 0.75 1.25%、Ca 0. 75 1.25%、Ce 1.5 2.0%、 S 0. 5 0. 8%、0 0.3 0.5%及!^e余量，加入量占鐵液總量的百分比為0.05 0.2%。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，最后鑄件產(chǎn)品 的化學(xué)成分重量百分比為C 3.0 3.8%、Si 2. 0 3. 2%、Mn彡0. 4%、P彡0. 07%、 S^O. 03%, Mg 0. 02 0. 08%及狗余量，鑄件產(chǎn)品的金相組織為球化率> 80%，鐵素體 60 85%，碳化物< 0. 3%。
8.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，在鑄件兩端較 厚位置設(shè)置明冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。
9.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，在澆口杯下的 過(guò)濾器內(nèi)放置泡沫陶瓷過(guò)濾片。
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其特征在于，在鑄件的厚大 部位放置冷鐵激冷。
全文摘要
一種機(jī)器人機(jī)械手臂鑄件的鑄造方法，其步驟包括混砂、造型、制芯、合型、爐料熔煉、出鐵球化和孕育處理、澆注、冷卻、開(kāi)箱、鑄件清理、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)。本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)上采用兩側(cè)分散式澆注工藝，并在鑄件的較厚部位放置外冷鐵。鑄件的機(jī)械性能要滿足抗拉強(qiáng)度≥450MPa、屈服強(qiáng)度≥310MPa，延伸率≥10％，本體硬度160～210HBS。產(chǎn)品內(nèi)部不存在任何鑄造缺陷。
文檔編號(hào)B22D27/04GK102078956SQ200910199800
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者張宗來(lái), 徐清, 李安全, 畢永成, 蔡中強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海華新合金有限公司