補貼方案在鑄造工藝中的應用

鑄造是指將固態金屬熔化為液態倒入特定形狀的鑄型，待其凝固成形的加工方式。

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金屬的收縮在以下三個階段進行：液態冷卻；凝固；固態冷卻。其收縮狀態下的體積變化與澆注溫度冷卻變化情況如下圖1所示。

鑄件中縮松的形成見下圖2。在澆注溫度為T

時開始澆注，型腔內金屬液的高度能達到平面A

；此時金屬液開始液態收縮，當型腔內鑄件溫度降到液相線溫度 T

時，金屬液的高度下降到了平面 A

，接下來開始凝固收縮。

由于砂型的溫度遠低于金屬液的溫度，所以金屬液的熱量是通過砂型的接觸面進行熱交換，從高到低，由金屬液內部向外進行熱量的流通，金屬從型壁的接觸表面開始向內收縮凝固。但是，由于固態金屬密度比液態金屬大，質量相同的情況下，固態下的體積更小，所以在凝固過程中，鑄件還將繼續收縮，直到達到固相線溫度 T

。

固態金屬一直在收縮，直到鑄件溫度冷卻到環境溫度 T

，鑄件將稍微脫離型壁A

。

因此在液態冷卻和凝固收縮的過程中，金屬液外側開始凝固成一層殼，并且逐步向內部凝固，但是內部的金屬液(即最后凝固的部分)在轉變成固態時，體積減小，卻無法得到金屬液的補充，這樣由于收縮將產生縮孔。

在鑄造工藝設計中，通常需要采用放置冒口、放置冷鐵等措施來改變鑄件的凝固順序，以達到鑄件內部無縮松、縮孔的目的。但是在實際的工藝設計中，會存在一些產品因為結構原因，補縮通道受限，早于熱節凝固，鑄件內部易形成孤立熱節，產品出現縮松、縮孔缺陷。

近日，美國馬里蘭大學和哈佛大學共同發起的一項研究發現，父母常常向嬰兒重復詞語將有利于他日后語言表達能力的增強。研究人員對7個月左右的嬰兒進行了語言理解測試，并在被試2歲時再次測試其詞匯量。他們發現，擁有較強語言能力的幼兒在嬰兒期常常接受父母“磨耳朵”，即父母常常向他們重復一些詞語。這些幼兒的語感和語言理解力也比同齡人要強。

本文設計一種簡易的三維模型為本文分析的模型，見圖3，分為冒口和鑄件兩個部分，通過模擬的凝固過程分析可知，見圖4，在鑄件凝固過程中，補縮通道中斷，在鑄件中易形成縮松缺陷。

正常來說，通過增加冒口或者冷鐵也可以將這一問題進行解決，如圖5所示，在鑄件的遠端增加一個冒口，或者如圖6所示，在遠端增加一塊冷鐵，都有可能將縮松問題解決，但是在實際應用中，受限于產品結構或者產線情況，這種解決方案的適用性并不全面，需要思考更多的方案來幫助工藝人員提供更多的解決方案。

在鑄造工藝分析及設計工作中，對鑄件進行工藝補貼也是一種常用的解決方案，也稱之為金屬補貼，通過金屬補貼建立鑄件補縮通道，除此之外，暗補貼和發熱補貼方案也是較為理想的解決措施。

暗補貼又可稱為非直接接觸補貼，以本文簡易模型為例，在鑄件兩側隔砂增加暗補貼，模擬結果如圖15所示，在鑄件兩側，通過模擬可以發現，鑄件凝固實現順序凝固，鑄件無縮松風險，見圖16。

本文將以該簡易模型為載體論述金屬補貼、暗補貼、發熱補貼三種建立補縮通道的解決方案，并對比三種補貼方案的優缺點以及應用場景，為工藝設計提供更多的方案選擇。

1 金屬補貼

若采用金屬補貼方案進行優化，如圖14所示，增加金屬補貼，經模擬分析，鑄件取試棒區域得到充分補縮，無縮松風險。

以本文模型為例，在鑄件兩側增加發熱補貼，見圖19，發熱補貼材料同發熱冒口材料，模擬結果如圖20所示，可以看出，鑄件實現順序凝固，發熱補貼效果明顯。

以圖9所示的支撐座產品為例，鑄件材質為QT400-18，由于鑄件需要在①、②號標識位置處隨機取機械性能試棒，見圖10，若試棒中間區域有縮松，機械性能將不合格，所以需要需要保證該標識區域完全無縮松，經分析，該產品在DISA線上生產開發，冒口放置如圖11所示，在取試棒位置頂部放置冒口，通過MAGMA模擬分析，鑄件補縮通道凝固較早，鑄件內部會出現縮松缺陷，通過原始工藝的試澆注，鑄件內部缺陷與模擬結果對應，需要進行改進，見圖13。

金屬補貼是一種最為常見的補貼方式，金屬補貼是指在鑄件的基礎上補貼的結構，與鑄件為一體，使鑄件建立補縮通道，從而有效地實現順序凝固。因為金屬補貼改變了原來的結構，通常需要向客戶提出設計變更或者加工清理掉，以簡易模型為例，通過分析，在兩側增加金屬補貼，使鑄件自冒口端至遠端尺寸鑄件減小，如圖7所示。

2.1 患者一般情況 1 053例先天性上瞼下垂患者中，男性752例、女性301例，年齡3～18歲，平均(6.43±4.40)歲；就診時體質量12～42 kg，平均體質量為(23.8±7.91)kg。其中，輕度眼瞼下垂174例(16.5%)，中度416例(39.5%，)，重度463例(44.0%)；單側上瞼下垂占664例(63.1%)，雙側眼瞼下垂389例(36.9%)。

發熱補貼為一塊單獨的發熱材料，需要開發模具進行成型制作，生產工藝過程類似于發熱冒口，成型后通過粘接或者配合的方式與砂型組裝，會形成額外的分型線，需要打磨，所以需要增加發熱材料成本和人力成本，從操作性來看，是三種補貼中最復雜的，另外，對于球鐵產品，需要特別關注發熱補貼處的石墨形態。

本案例是一個較為簡單的模型，實際產品的結構可能千差萬別，增加金屬補貼方法也可能需要多探索，總結經驗。

2 暗補貼

由于增加金屬補貼存在一定的局限性和不經濟性，需要考慮一種不需要結構變更也能實現有效補縮的工藝方案。暗補貼是一種不與鑄件一體的補貼形式，與鑄件之間有較薄的砂層，通過砂層傳熱，對鑄件局部區域進行保溫加熱，延長補縮通道凝固時間，鑄件補縮形成順序凝固。

(3)提高司法責任感之需。[5]司法是社會公正的最后一道防線，關乎國之根基。就像醫生是救死扶傷的天使一樣，法官歷來是正義的化身，民眾尚不能容忍行政腐敗，更不能容忍司法腐敗。要防止、減少和杜絕司法腐敗的發生，就需要加強對司法的監督，而司法賠償制度就是一種變相的監督機制，它從側面告誡司法人員，錯誤的裁判會給當事人和國家造成損失，所以需要謹慎裁決。如果民事和行政裁判沒有相應的司法賠償機制來加以約束、限制，則可能會導致部分民事和行政案件司法人員的恣意妄為。因此，將民事和行政司法賠償作為一把“達摩克利斯之劍”懸在司法人員頭上，可提高其司法責任感。

在增加暗補貼的砂型設計上，可能會由于分型原因，需要增加砂塊或者鑲塊，相對來說也不是有難度的操作。暗補貼可在切割去除冒口的時候與澆注系統分離，不會增加后續清理打磨的難度，不增加鑄件重量，暗補貼塊可回爐使用，對出品率影響較小，所以基本不增加額外成本。

以上文中的支撐座產品為例，也可以采用暗補貼方案進行工藝優化，如圖17所示，暗補貼與鑄件隔4-6mm砂層。

增加暗補貼后，需要在砂芯上制作一塊薄片砂塊，與主體砂芯粘接，形成暗補貼的空腔，并保留入水口，使暗補貼在澆注時充型，在鑄件凝固收縮過程中發揮作用，見圖18。

在暗補貼的使用上，有兩個較為重要的參數需要重點關注，隔砂厚度和暗補貼塊的大?。焊羯昂穸忍螅笛a貼對鑄件的熱影響效果小，暗補貼不起作用；隔砂厚度太小，隔砂成型、起型難度大；暗補貼尺寸太小，暗補貼冷卻較快，可能會加快鑄件的冷卻；暗補貼太大，鑄件表面過熱，可能會導致鑄件表面縮孔。在實際應用中，需要讀者根據各自產品的類型、工藝類型多摸索和總結。

3 發熱補貼

另外一種不需要進行產品結構設計變更的補貼方式為發熱補貼。發熱補貼是通過在鑄件表面增加發熱材料，通過發熱材料對鑄件進行保溫加熱，建立補縮通道，實現順序凝固。

通過MAGMA模擬的凝固過程分析發現，增加金屬補貼后，鑄件的補縮形成順序凝固，不會形成獨立液相區，鑄件不會出現縮松風險，見圖8。

當學生把“汗”字寫好時，老師將寫得好的學生展示出來，并做細致點評，你們將這字寫的如此漂亮，老師獎勵你把“滿頭大汗”這個詞帶到句子中讀讀，這時學生心中是很自豪的，讀完老師可這樣評價學生“你不僅句子都通順了，很了不起，聽了你的朗讀老師眼前仿佛出現的一群搬運糧食時滿頭大汗的小螞蟻，你的朗讀很有畫面感，你真棒！”如果有學生字寫的不太好的時候，就讓他站起來朗讀，讀完老師可這樣評價，來激勵學生，“你讀書時能把每一個字音都讀準，簡直太厲害了，老師相信你的字也會寫的很好讓老師佩服！”這樣的評價不僅能激發學生積極主動地學習，對課文對寫字也會產生濃厚的興趣。

1.1 研究對象 選取2017年2月—2017年12月在某三級甲等腫瘤專科醫院鼻咽癌住院患者。納入標準：①診斷為鼻咽癌的患者；②年齡18～75歲；③住院時間>30 d；④患者知情同意。排除標準：①癌癥疾病進展的患者；②有意識障礙的患者。

通過以上的簡易模型和實例分析可以看出，采用金屬補貼操作相對簡便，可以直接依靠模具成型，工藝較易固化，是一種最為常用的補貼方案，當然，缺點也同樣存在：需向客戶提出設計變更，材料成本會增加，如果產品結構因為功能或者干涉原因不能允許設計變更，那么需要在鑄件清理、加工時去除，對于一些非規則區域，清理難度較大，成本較高。

以上文中的支撐座產品為例，也可以采用發熱補貼方案進行優化，在圖21所示位置增加一塊發熱塊，發熱補貼單獨制作，制作好后，與主體砂芯粘接為一體，見圖22。

4 總結

通過對金屬補貼、暗補貼、發熱補貼三種補貼方式的論述以及應用情況可知，這三種不同的補貼方式存在各自的優劣點，三種補貼工藝的特點對比如下：

補貼方案的應用，需要冒口的配合使用，設計的冒口應遵守以下順序凝固的基本條件：

2.4 用藥依從性的影響因素 單因素分析中，對醫師的信任、家人關心、朋友關心、藥品價格、收入情況、治療效果、工作或家務對用藥的影響、疾病對工作或生活的影響、定期復查和藥物不良反應共10項分別對用藥依從率的影響有統計學意義(P＜0.05)。以依從性得分總分為因變量，將上述有統計學意義的影響因素納入多元回歸模型，結果顯示，共5個變量進入最終的回歸模型。對醫務人員信任、定期復診、家人關心與應變量成正性關系，即這些因素是提高患者用藥依從性的保護因素;而工作或家務忙、疾病對工作或生活的影響可降低患者用藥依從性，結果見表2。

通過ZHC-35載荷傳感器監測得出27 h內金屬托盤與金屬托盤+木墊板2種情況下預緊力變化情況，并根據監測數據繪制出二者預緊力隨時間的變化規律曲線，如圖4所示。

(1)冒口的凝固時間應大于或者等于鑄件的凝固時間。

SOP批準后，組織相關科室人員培訓、考核并全院實施。護理部負責對執行情況進行檢查，對存在的問題及時整理。每季度組織1次SOP質量改進會議，總結實際應用中存在的優缺點并及時反饋給SOP小組，由SOP小組對其進行修訂。SOP確定后，每年進行1次常規的全面審核與修訂，當技術規范有新進展或使用過程中發現有需要修訂的內容時，及時修訂。

(2)在鑄件的整個的凝固過程中，冒口與補縮部位之間的補縮通道應該通暢，這就需要將冒口與澆注系統、冷鐵、補貼方案等協調使用，使鑄件自遠離冒口的末端區向著冒口方向實現順序凝固。

(3)冒口應有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件的液態收縮和凝固收縮。

在實際工藝設計和生產中，遇到的問題會比簡易模型和實例復雜，需要我們結合實際的鑄件結構以及產線進行分析，判斷出最適合的補縮工藝，在產品符合標準的前提下，充分考慮減少材料消耗、降低工人勞動強度。

[1]DISA Industries A/S. DISA 231-X Sand Moulding System Application Manual[M]. DISA Industries A/S, Edition 05-05.

[2]馬幼平，許云華.金屬凝固原理及技術[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[3]張伯明.鑄造手冊：鑄鐵[M].2版.北京：機械工業出版社，2003:327.