一種大型球鐵飛輪冒口工藝改進

王樹山

摘要：鑄造車間生產的N330飛輪在加工？準1025處M20螺栓孔時會出現一處或多處縮松缺陷，造成了該品種廢品率的增加，為解決此縮松問題對飛輪進行了跟蹤研究，分析并改進了飛輪的造型、冒口補縮和澆注工藝，通過試制驗證了工藝改進的合理性。

Abstract： One or more shrinkage defects will appear in the processing of M20 bolt hole at ？準1025 of N330 flywheel in the foundry workshop， which results in the increase of the waste rate of the parts. In order to solve the shrinkage problem， the flywheel is tracked and studied. The modeling， riser feeding and casting process of the flywheel are analyzed and improved. The rationality of the process improvement is verified by trial production.

關鍵詞：球鐵;縮松;冒口

0? 引言

鑄造車間生產的N330飛輪鑄件為QT450-10材質，外輪廓尺寸達到了？準1200×170厚，毛坯重量約1.2t，要求內部致密無縮孔、縮松。今年在加工M20螺栓孔處頻繁出現一處或多處缺陷，導致攻絲不全，有豁口，經我們檢查是縮松，根據統計今年四月中旬到五月上旬共加工N330飛輪10個，共6件有缺陷，其中1個判廢，5個回用，產品合格率僅為40%，給公司和車間造成了較大的經濟損失。我們在深入分析原有工藝的基礎上，同時參考車間其他球鐵件的冒口補縮工藝，對N330飛輪的冒口進行了一系列改進：由4個壓邊冒口改為兩個通過橫澆道和內澆道的側冒口，縮短增厚補縮通道，用發熱劑保證冒口內鐵液溫度。通過工藝改進，車間生產的飛輪沒再出現因M20螺栓孔內縮松造成的不合格品，徹底解決了該處的縮松問題。

1? 工藝改進措施

1.1 提高冒口根部砂型緊實度

通過檢查報廢的N330飛輪的螺栓孔，對其缺陷進行檢查，發現冒口附近的螺栓孔縮松嚴重，又通過檢查剛清理完的飛輪，發現冒口及出氣冒口的根部鐵包砂現象嚴重。由于灰鑄鐵和球墨鑄鐵在凝固過程中都會析出石墨并伴隨相變膨脹，有一定的自補縮能力，因此我們認為可能是由于冒口及出氣冒口根部搗砂不結實使得鑄型緊實度太差，鐵水共晶膨脹時鉆入較為疏松的砂型形成鐵包砂，由于未能建立起大的共晶膨脹壓力，因此共晶團間的殘余液相不能通過擠壓實現過濾補縮，導致了鐵液自補縮能力的下降，影響了冒口的補縮能力，通過分析認為可以通過搗緊冒口根部的砂以達到消除N330飛輪螺栓孔縮松問題。

通過現場監督造型過程，確認鑄型緊實度已達到要求后，對試驗的N330飛輪加工情況進行跟蹤，發現有幾個螺栓孔內還是有縮松，螺栓孔縮松雖得到一定的改善，但還是達不到要求，有必要對原工藝進行分析，進行進一步改進。

1.2 原工藝分析

剛開始試制飛輪時采用6個頂冒口配合底面冷鐵進行補縮，如圖1所示，經過試制解剖發現飛輪內部存在嚴重縮松，分析是由于頂冒口尤其是冒口頸處模數太小，不足以對飛輪鑄件本體進行補縮，但受限于砂箱箱帶布置和考慮到工藝出品率，不再對其進行增大頂冒口改進工藝。

后續改進中將頂冒口沿徑向外移至邊沿處改為壓邊冒口工藝，如圖2所示，球鐵鐵液在凝固過程中會析出球形石墨，伴隨石墨化膨脹和共晶相變膨脹，其自補縮能力比鑄鋼件好的多，比灰鐵件也要好，對于這類有較好自補縮能力的金屬液來說，采用壓邊冒口是一個既能節省冒口體積又能獲得良好補縮能力的好辦法，但是壓邊冒口需要著重控制的一個工藝量是壓邊的大小，壓邊過小，補縮通道會過早封閉，冒口金屬液補償不了凝固初期鑄件收縮造成的體積虧損，壓邊過大的話則會因為在鑄件共晶膨脹時補縮通道還沒有封閉而使鑄件的共晶膨脹壓力建立不起來，從而影響鑄件的自補縮能力，甚至有可能造成鑄件向冒口內反補縮。經過計算和試驗確定的冒口壓邊尺寸為徑向15-20mm，在嚴格遵守工藝條件的情況下可以獲得內部良好的鑄件，但是現在又出現了質量問題。

1.3 調換上下型并采用側冒口工藝

通過現場檢查發現飛輪出現缺陷的螺栓孔位于上半型，而通常情況下重要加工面都是位于下型內，可以利用鑄件本身重力補縮獲得較為致密的下半部分，我們對飛輪的上下模型進行了對調。

同時參考N330軸承蓋的冒口工藝，將飛輪工藝改動如下：將8個壓邊冒口減少為兩個側冒口，不再放在鑄件上方，而放在直澆道左右兩側的橫澆道上，讓橫澆道通過冒口，冒口頂部在鐵水溢出出時加蓋發熱劑保溫;將原先扁薄的內澆道長度減小，通過側冒口的兩個內澆道厚度由原先的20mm加厚到30mm，在這兩個內澆道上從冒口向鑄件方向修R30圓角加以過渡;與直澆道呈圓心對稱的鑄件遠端的上下面各放置冷鐵兩塊，如圖3所示。這樣可以保證冒口體一直處于過熱狀態，同時保證補縮通道（經過冒口的兩條內澆道）的通暢。

從試驗的飛輪的機加工情況來看，32個M20螺栓孔內攻絲均正常，無縮松缺陷。然后跟蹤7月份一個月內，共生產加工N330飛輪13件，也均沒有再出現螺栓孔縮松缺陷，改進效果非常明顯。

2? 結束語

為獲得內部無縮松等體積虧損缺陷的鑄鐵件，首先一個必要前提是要保證鑄型的剛性，反映在自硬樹脂砂上即為保證砂型緊實度;其次要有合理的補縮工藝即合理的澆冒系統，灰鑄鐵和球鐵的補縮工藝應該以自補縮為基礎，充分利用鑄鐵的石墨化膨脹，在鑄件澆注系統補縮和自補縮不足的情況下可應用冒口，要保證補縮通道的順暢;再次要嚴格遵守熔煉工藝和澆注工藝規定，保證鐵水成分要求。

參考文獻：

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