圓筒型球鐵件鑄造工藝的改進

張桂忠 劉海洋

摘 要：當前科學技術等發展十分迅速，球鐵件的鑄造是鑄造技術中研究探討的重要問題之一，也是鑄造業領域相關工作人員長期以來一直研究的重要課題，不僅有常見的具有權威性的資料工具，還有系統性的介紹和相關報道等。圓筒型球鐵件的鑄造要求具有較高的合格率，因此需要對其鑄造工藝進行分析與研究。

關鍵詞：圓筒型球鐵件；鑄造工藝

以往的鑄件生產建設是以經驗為基礎，結合相關的鑄造工藝，先進行試澆鑄，明確澆鑄中是否存在不足，如果存在不足需要進一步優化工藝方案，直到鑄件達到合格標準。傳統的圓筒型球鐵件設計是以順序凝固原則為依據，通過階梯式的僥注系統進行立澆，但是這種澆鑄通常會出現冒口與鑄件連接位置存在著比較嚴重的縮孔問題，雖然后來改進了冒口的使用，但是也有很大的浪費。

一、圓筒型球鐵件原有工藝中的不足

原有的立澆工藝方法主要講大冒口設置在鑄件的頂部，從下到上進行順序凝固，這種方法之所以會出現冒口根部的縮孔問題，主要是冒口體和鑄件的直接接觸過程中，其中產生的熱節要比鑄件原有的熱節大很多，使得冒口承擔著更大的補縮負擔。[ 1 ]而且對冒口根部進行高溫鐵水澆注，與冒口補縮鑄件之間形成了流通，導致冒口頸部的鐵水問題增高，鑄件和冒口頸部接觸的鐵水不會在極短時間中凝固，結果就會造成縮孔缺陷。

二、設計澆注系統

（一）澆注系統型的決定方法

澆注系統有壓力和逆向阻流兩種方式，在內澆道設置壓力式的阻流截面，澆注系統的比例為4：8：3。直澆道窩和橫澆道間設置逆向阻流式，其系統比例一般為3：1：3：2。[ 2 ]

內澆道分為階梯式、頂注式以及底注式等之分，一般情況下，使用壓力型的底注式能夠獲得好的效果。澆注系統是有一定的要求標準的。鐵液在流動時需要保證其足夠的流暢以及平穩，不會出現紊流的情況。而且鐵液流動過程中不會進入到大量的空氣等，因此鑄型中的氣體和鑄型產生的氣體都能夠順利的排出去。同時能夠將熔渣等雜物進行有效的收集，不會對鑄型的各部位造成嚴重的沖擊，能夠在較短的時間內將型腔充滿，而且鑄件和冒口的溫度是比較適當的。由于澆注的工藝水平是存在一定差異的，但是這種方法也能夠使型腔被充滿。對于鑄件散落的一些砂雜質也能夠及時清理，實現回收利用，促進鑄造工藝質量水平的提升。

（二）科學設計澆注系統

要對澆注系統進行設計，首先需要做的就是通過澆注的質量和速度得出澆注的時間，然后明確內部澆道的截面積，計算出橫、直澆道的澆道截面積比。內澆道的厚度一般在0.3cm，計算出內澆道的寬度，一般寬度不超過0.3cm，并根據實際情況明確內澆道的數量。

在選擇內澆道的位置時也需要注意一定的問題，通常情況下內澆道的位置在側冒口上，也可以在鑄件的薄壁處設置內澆道，防止沖擊型壁，存有一定的距離。在明確內澆道的尺寸大小后，了解到澆注系統的比例是4：8：3，進而能夠計算出直澆道和橫澆道的尺寸大小。

橫澆道的寬與高之比一般是1：1.5-2。為了避免澆注過程中直澆道中有空氣進入，一般將直澆道上下部的面積比控制在2：1。[ 3 ]保證直澆道窩的直徑是直澆道的2.5倍左右，深度與直澆道的直徑基本一致。

盡管使用這種澆注系統的形狀和大小，但是由于工藝的出品率等問題，也不會只局限于這種形狀和大小，但是一定要做到的就是直澆道和橫澆道的截面積要大于內澆道的截面積，并且盡量使用曲率比較大的橫澆道。

三、設計冒口

（一）冒口的類型和原理

首先是比較普通的冒口，這種一直以來都是用的冒口種類。從薄壁處開始凝固鑄件，然后向厚壁部位發展，最終凝固的位置設置合適的冒口。通過這種方法，鐵液凝固的補給是按照冒口、厚壁部、薄壁部推進的。鐵液逆流向冒口，然后與一同進行的液體進行收縮抵消，出現二次收縮時，還需要利用重力進行補償，鐵液的收縮補償需要冒口進行承擔，但是這種工藝的出品合格率并不高。使用這種冒口需要注意以下問題：保證冒口鐵液有著較高的溫度，將冒口設置在最后凝固的位置，并且可以使用冷鐵對鑄件的冷卻速度進行調節，澆注時需要保證高溫，設置圓筒型的冒口形狀。

（二）石墨化膨脹冒口

使用普通類型的冒口，對于鑄件冷卻凝固的順序而言，需要依據鑄件自身、冒口頸以及冒口凝固的順序進行，使用這種方法是不能在鑄件體積變大時將壓力返回到冒口側部。冒口是鑄件體積增大，內部壓力也在鑄件內部，2次收縮在凝固區域內發揮收縮效果。

使用這種工藝在薄壁件液體收縮時，在膨脹作用下會出現逆流，冒口的頸部先凝固起來。厚壁鑄件，石墨化的膨脹壓力比較大，一般在逆流中期就實現冒口頸部的凝固。利用這種冒口也需要注意一定的問題，在利用薄內澆道時，需要在鑄件凝固前先凝固，并且采用暗冒口，通過有效的措施對冒口頂部的凝固時間進行延緩，高溫鐵液進行澆注。

（三）無冒口工藝

如果遇到比較獨特的情況，有時即使沒有冒口也能夠得到合格的鑄件，如果薄壁件的壁厚比較均勻，使用比較大的澆注系統收縮凝固鐵液時，可以使用澆口杯，通過直澆道進行鐵液的補給。在鑄件的大部分進行凝固時得到比較完全的鑄件。

如果鑄件壁部比較厚，一般澆注的溫度是1300℃左右，澆注完畢后會呈現出粥狀的凝固，科學使用石墨化膨脹，得到完好的鑄件。但是無論如何，需要保證鑄型的堅固，這是前提和基礎，有效控制鐵液的CE值，同時控制不利于石墨化的相關元素。

四、結語

總而言之，圓筒型的球鐵件鑄造需要有較高的合格率，不僅需要良好的工藝設計和措施，還需要有效的工藝參數，在此過程中需要鑄造的相關人員對此問題進行有效的研究和分析，改進圓筒型球鐵件鑄造的相關工藝，避免出現資源浪費等不利的情況，使得圓筒型的球鐵件成品合格率得到顯著的提升。

參考文獻：

[1] 吳攀龍.大型球鐵件的鑄造工藝改進研究[J].中國高新技術企業，2013，16：11-12.

[2] 李潤生.大型球鐵件的鑄造工藝設計[J]. 現代鑄鐵，2011，06：48-53.

[3] 崔亞迪，胡智濤.剖析環冷機球墨鑄鐵件鑄造工藝[J].中國新技術新產品，2015，18：107.