剖析環冷機球墨鑄鐵件鑄造工藝

崔亞迪 胡智濤

（1.北方重工集團有限公司礦山冶金分公司，遼寧 沈陽 110860；2.北方重工集團有限公司礦上機械分公司，遼寧 沈陽 100860）

大型球墨鑄鐵件鑄造工藝過程的改進要從大型球墨鑄鐵件鑄造工藝的特點進行著手，下面就介紹一下大型球墨鑄鐵件鑄造工藝的特點：大型球墨鑄鐵件的鑄造工藝不僅與其他材質鑄件的鑄造工藝過程有所不同，而且與小型球墨鑄鐵件鑄造工藝過程也有所不同，大型球墨鑄鐵件不像小型球墨鑄鐵件可以通過數次的試驗而不斷地探索鑄造工藝，大型球墨鑄鐵件的鑄造給鑄造工藝者帶來了更高的要求，它要求鑄造一次成型；大型球墨鑄鐵件的重量和體積大，對鑄造質量要求高，投入成本高；大型球墨鑄鐵件成型后不僅要求致密度高，而且表面質量也要非常好；所有的大型球墨鑄鐵件的內部及表面均不允許存在空洞缺陷，更不能采用補焊的手段進行彌補缺陷，必須通過無損檢測。基于以上要求，人們開始將計算機技術引入到大型球墨鑄鐵件的鑄造工藝設計中，主要是通過借助CAE、CAD技術對大型球墨鑄鐵件的鑄造工藝進行分析。設計者首先要根據實踐經驗及理論知識進行大型球墨鑄鐵件鑄造的初步設計，之后利用計算機技術對其進行模擬，進而預測出夾渣、砂眼、縮孔等鑄造缺陷在鑄造過程中出現的位置，最終達到對鑄造工藝的改進及完善。隨著科技的飛速發展，大型球鐵件的鑄造工藝也有了很多的改進方法。

現可以從多個方面進行大型球墨鑄鐵件鑄造工藝的改進，下面我們就主要從冷鐵的應用、澆注系統設計、冒口設計三個發面進行剖析。

1 從冷鐵的應用方面進行剖析

因大型球墨鑄鐵件的厚實部位是比較主要的加工面或熱節，在凝結時速度比較慢，因此極容易在這些部位形成縮松、縮孔等缺陷，在大型球墨鑄鐵件的厚實部位設置冷鐵就可以有效地防止這些缺陷的產生。激冷效果的好壞受冷鐵厚度的影響很大，若冷鐵的厚度過薄會導致掛砂難，太厚會導致激冷效果不好。通常以壁厚為參考值來選取冷鐵的厚度，一般為壁厚的2/5~3/5為最佳。若需對要求致密度較高鑄件的鑄孔進行加工時，最好選用冷鐵進行冷卻。

2 從澆注系統設計方面進行剖析

分散均勻、流速小、平穩、流量大等為大型球墨鑄鐵件澆筑系統設計原則，通過對此原則的控制可以很好地控制澆筑時間和鐵流量，從而使流入型腔中的鐵液是均勻的，很好地實現隔渣及擋渣。橫澆道、直澆道、內澆道和澆口杯等組成了大型球墨鑄鐵件的澆注系統，為了確定橫澆道和直澆道的截面積，先要通過奧贊公式進行計算內澆道的截面積，從而根據計算出的各截面積進行確定橫澆道和直澆道的截面積，最終實現澆注系統中澆注截面積和澆注時間段的合理性要求。根據理論知識及大量的實踐數據可以得出結論，在大型球墨鑄鐵件的澆注系統中橫澆道截面積：直澆道截面積：內澆道截面積=1∶1.5∶2。若采用的澆注方法為無冒空澆注，我們就要采用澆道寬度為厚度五倍以上的寬而薄的分散形式內澆道，此方法方便擋渣及清理。

3 從冒口設計方面進行剖析

大型球墨鑄鐵件冒口設計主要是依據高溫的也太球鐵在凝結為固態過程中會發生體積減小現象，但因球鐵自身的特殊性在凝結過程中會析出石墨球鐵而使鐵水的體積變大，從而抵消了因溫度降低而導致的體積減小。因鑄造條件的各異，若成功鑄造出無缺陷、致密性好的大型球鐵件是否需要在鑄造過程中設計冒口以及如何更加合理地設計冒口成為一個至關重要的問題。冒口的設計是因鑄造條件而定的，若鑄造工藝能夠滿足一定的條件就可以不設置冒口。其條件主要有一下六種情形：（1）采用多道薄片型快澆式的內澆道；（2）如采用樹脂自硬砂型等剛度較高的鑄型；（3）鑄件的平均模數要保證在2.5cm以上；（4）澆注時的溫度應控制在1300℃~1350℃；（5）所用鐵液的CE值必須大于4.2%；（6）在鑄件頂部要設計多個排氣孔。在幾十年前無冒口工藝就已經問世，雖然在實踐應用中得到了廣泛的認可，但其使用的條件十分苛刻，尤其是在大型球墨鑄鐵件的澆注方面要慎重采用無冒口澆注工藝。

若球墨鑄鐵件的鑄造工藝不能很好的滿足以上六種鑄造條件，為了糾正鑄造偏差和彌補鑄造工藝的缺陷，必須采用設置一定量的冒口來保證球墨鑄鐵件鑄造的質量。若在鑄造時采用不同剛度的鑄型，其冒口的設計形式及位置也有所不同。現以較高剛度的鑄型為例進行詳細說明：為了實現補縮、排氣及清除作用，通常將冒口位置設計在鑄件的頂部，同時為了方便脫模和造型，通常將冒口設計成矩形和橢圓形壓邊明冒口。采用較窄縫隙的壓邊、冒口頸長度為零的冒口，這樣可以保證此處型砂溫度緩慢降低，有利于防止發生縮孔現象。其主要原因是冒口處的溫度降低較慢，在所有澆注完畢后仍能對球墨鑄鐵件件因液體體積縮小形成補償。壓邊縫隙大小在澆注過程中的選擇成為關鍵因素：若壓邊縫隙過大，球墨鑄鐵件在石墨化過程中縫隙不能很好的封閉，導致“倒補縮”現象的發生，極易引發縮孔現象；若壓邊縫隙過小，鑄鐵件在未完全凝固時縫隙已經完全封閉，導致液態補償無法起作，所以合理地進行設計冒口壓邊縫隙。對壓邊冒口的質量要求也有一定的規定，通常為鑄鐵件總重的2%；對其長寬高也有一定的比例規定，通常為1∶（0.5~0.7）∶（1.5~2.5）。若外形比例不匹配，通常采用鴨嘴形或楔縫形冒口，要求縫隙的寬度控制在壓邊尺寸加2cm~4cm。

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