淺談改進瑪鋼管件澆冒口理論設計

韓凱 艾晨光

摘 要：本文針對可鍛鑄鐵管路連接件生產中的縮松缺陷及解決縮松所采取的工藝措施，通過理論分析及實際舉例，探討彎角冒口工藝生產可鍛鑄鐵管路連接件的可行性。

關鍵詞：縮松;熱節;暗冒;冒口;澆注系統;沖型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.053

1 前言

可鍛鑄鐵鑄態為白口組織，凝固時無石墨析出，碳以滲碳體的形式存在，收縮較大，在鑄件中極易產生縮松缺陷。

在可鍛鑄鐵連接件生產中，傳統的工藝設計方案是按照順序凝固的原則，通過設置暗冒來消除收縮對管件造成的影響。為減少縮松類的缺陷，在設計暗冒時，通常把暗冒設計的又高又大，這樣不僅降低了工藝出品率，而且最主要的縮松缺陷也沒有的到有效的扼制。

整改前，按彎頭現有工藝生產時，縮松部位為彎角和交口對側，位置不固定，導致縮松問題時有時無，很容易造成批量廢品。

2 理論分析

2.1 結構及凝固分析

管件多為壁厚均勻的薄壁件，結構為管狀。由于壁厚小，散熱面積大，且鑄型一般為濕砂型，激冷能力強，所以在管件截面上的溫度梯度較大，趨于逐層凝固方式凝固，不具備形成縮松的基本條件。

管件的凝固時間較短，傾向于同時凝固。而且在凝固過程中，由于凝固收縮的抽吸作用，隨著凝固，澆冒系統內的鐵水被“吸”進型腔補充因收縮減小的部分，也就是說，管件有著很好的自補縮能力。通過以上分析可以說管件產生縮松的傾向較小。

2.2 澆注系統分析

（1）鐵水流經路徑：澆口杯——直澆道——澆口座——各級橫澆道——內澆道——暗冒——冒口頸進入鑄件。如圖1所示：

1—澆口杯——鐵水注入口。

2—直澆道——導流。

3—澆口座——分流鐵水。

4、5—橫澆道——分流、擋渣，分一級（澆道4）、二級（澆道5）、三級……

6—內澆道——與暗冒直接相連段橫澆道，將鐵水引入暗冒。

7—暗冒——補縮、保溫，按內澆口個數分為單澆口、雙澆口、多澆口暗冒。

8—內澆口——充型、補縮。

（2）澆注系統設計。根據瑪鋼模具一箱多件的特點，采用封閉—開放式澆注系統，將阻流截面設在橫澆道，利于平穩充型、擋渣。澆注系統各組元截面積比例為A直澆道：A橫澆道：A內澆道：A內澆口=1.2：1：（1.1～1.2）：（1.3～1.6）（中小件取1.3，大件及油任類取1.6）。

根據上面截面積比例可知，由于冒口頸總截面積比橫澆道總截面積大，雜質往往上浮不到金屬液面即被吸入型腔，在管件中形成夾雜（渣）缺陷。可以說，金屬液面升到冒口頸頂部以前，冒口擋渣、集渣的作用甚微。

2.3 澆冒口分析

冒口在工藝設計中是不容忽視的一部分，它起著補縮、貯存鐵水、保溫及擋渣、集渣的作用。同時也浪費鐵水，降低工藝出品率;不利造型，影響砂型緊實度，易造成掉砂等缺陷，降低合格率;對鑄件凝固過程有熱干擾等弊端也不可避免地出現。因此，在工藝設計時，我們應在保證得到合格管件的前提下，盡量減小冒口。

首先，傳統的工藝設計中，按照順序凝固原則，不容置疑地把冒口設置在鑄件的熱節處，以達到鑄件按順序凝固并把縮松留在冒口中的目的。由于管件的熱節大多呈圓環狀而設計時又不可能在熱節周圍都設置冒口，生產中常常通過加大冒口的方法增加靜壓力，以此來增強冒口的補縮能力，所以冒口往往設計得又高又大。如果把冒口和鑄件看作一體的話，那么本來就大的熱節相應地就更大了，在設置冒口的部位也往往容易產生縮松。例如，管件設置冒口的分型面附近是最容易出現縮松的部位因此，在設計冒口時決不能忽視它對管件的熱干擾。

其次，管件多為薄壁小件，體積小，重量輕。尤其2吋以下小規格的管件，重量不多超過1Kg。因此，雖然可鍛鑄鐵收縮率較大，但是管件因收縮減少的體積也不會太大，而且管件熱節多為環狀，若把因收縮減小的體積分散到熱節處，那么產生的縮松也就微乎其微了。加之管件趨于同時凝固，在澆注、凝固過程中有著很好的自補縮能力，因此，管件產生破壞性縮松的傾向很小。

再者，冒口頸凝固時間通常要比管件凝固時間短。考慮鐵水流經冒口頸時散熱的影響，澆注完畢后，冒口頸與管件幾乎同時凝固，冒口頸受散熱的影響，澆注完畢后，冒口頸與管件幾乎同時凝固，冒口頸凝固后堵死了冒口的補縮通道，雖然冒口高大但也不能對管件有效地補縮。因此，筆者認為在管件工藝設計中的冒口的作用應該是保證冒口頸處有足夠高的溫度，使冒口頸不致過早地凝固，以利鐵水充型，得到形狀完整的管件。所以，在工藝設計中，不必為了增強冒口的補縮能力而把冒口設計得又高又大。

在實際生產中，由于經驗的差異，在按照經驗數據設計冒口時，設計的結果各不相同。有時雖然冒口尺寸相差很大，但結果卻相同。例如，按資料所說冒口頂部要比上型內的鑄件最高點20-30mm，而實際設計時我們只高出10-20mm，有些冒口高度還要小，甚至比管件低，結果也能得到質量合格的管件。因此，在設計冒口時，應根據實際情況具體分析，不能死搬硬套。

2.4 縮松位置分析

管件中的縮松缺陷，大多產生在管件不厚不均和彎角處，縮松端口處觀察可能伴有夾渣的情況，導致縮松嚴重。根據實際生產分析可知：

（1）薄壁件容易產生縮松;

（2）常規工藝中有檔渣集渣不足的情況;

（3）澆口位置設計局限也是縮松的重要原因;

（4）有的管件暗冒沒有補縮作用;

（5）管件中的縮松還伴有其它制作缺陷。

3 新工藝設計分析及實踐

由于可鍛鑄鐵鐵水容易氧化，發氣量大且渣多不易清除，流動性差，所以在設計澆冒系統時要充分考慮集渣和排氣。

3.1 冒口的設計

在冒口設計工藝中，冒口主要起到保溫和緩和鐵水對型腔的沖擊作用。在保證沖型的前提下，冒口應能為冒口頸提供足夠的熱量，使冒口頸處有足夠高的溫度，保證在澆注過程中冒口頸不致過早地凝固，以利于鐵水沖型快。在設計冒口高度時，高度一般為模樣高度的1.2-1.3倍，這樣保證高于被補縮的位置，且澆口容易被清除。

在設計過程中，我們按以下幾個步驟進行試驗：

（1）在原有冒口基礎上，減小冒口高度;

（2）減少冒口數量;

（3）適當減小冒口直徑;

（4）采用小冒口工藝。

3.2 改進舉例

現階段我公司冒口頸位置基本位于管件端部，小件沖型補縮效果較好，但大件澆口對側彎角補縮效果差，需要增加暗冒數量來解決。產生原因為彎角部位為內角，散熱條件差，散熱緩慢，所以容易產生縮松。

針對以上分析，我們在工藝設計時把澆注位置有端面改在彎角處，暗冒高度不變，但彎角處增加了筋，使暗冒更容易發揮補縮作用，已40彎頭為例，改進前后如圖2所示。

3.3 試驗

通過分析認為，90?彎頭彎角部位為內角，散熱條件較差，散熱相對較緩慢，是管件的最大熱節所在。因此，該部位易產生縮松。

針對以上分析，我們在工藝設計時把澆注位置由端面改在彎角處，冒口頂部與上型中的管件高度持平。另外，在彎角處增設了筋條，這樣既集中了熱節區域，使冒口更易發揮補縮作用，同時又保證管件在外形上有最大限度的一致性。

實踐證明，該工藝基本消除了縮松缺陷。可推廣到三通、四通、內外絲彎頭的工藝設計中，可顯著提高管件的工藝出品率和合格率。

參考文獻：

[1]李弘英.鑄造工藝設計[M].機械工業出版社.

[2]邢建東.鑄造技術[M].鑄造技術雜志社.

[3]嚴國粹.可鍛鑄鐵生產技術[M].上海科學技術出版社.

[4]王君卿.鑄造手冊[M].機械工業出版社.

[5]丁根寶.鑄造工藝學[M].機械工業出版社.

作者簡介：韓凱（1989-），男，河北玉田人，本科，助理工程師，從事可鍛鑄鐵模具設計。