铸铁玻璃模具单箱无冒口铸造工艺研究

方朝辉，苏秋君，姚兴田

（1.常熟建华模具科技股份有限公司，江苏常熟 215559；2.南通大学，江苏南通 226019）

铸铁玻璃模具单箱无冒口铸造工艺研究

方朝辉1，苏秋君1，姚兴田2

（1.常熟建华模具科技股份有限公司，江苏常熟 215559；2.南通大学，江苏南通 226019）

针对传统玻璃模具毛坯生产过程中采用的上下箱湿型砂铸造工艺方法存在的缺陷，提出单箱无冒口铸造新工艺，可有效地解决玻璃模具毛坯内腔与外圆间的偏芯以及缩孔缩松、跑火等现象，同时回炉料少，可明显提高铁液利用率。经企业生产实践证明，该工艺省工、省时、省料，取得了较好的经济效益。

玻璃模具；铸铁毛坯；单箱无冒口铸造工艺

日常生活中各种日用玻璃制品随处可见，从最常见的酒及饮料灌装用瓶、医药保健用瓶、化妆品用瓶到造型各异的酒具、盘碗等玻璃器皿，其造型越来越复杂，越来越多样化。玻璃模具是日用玻璃制品的主要成型工具，其制造过程直接决定着日用玻璃制品的质量。由于铸铁具有优良的铸造性能、易加工性，最重要的是具有热而不粘的性能被广泛用于制作玻璃模具，未来铸铁仍将作为制作玻璃模具的主要材质［1-3］。玻璃模具的毛坯铸造工艺是玻璃模具生产的关键工艺之一。传统玻璃模具的毛坯铸造主要采用上下箱合箱湿型砂铸造工艺，这种工艺容易出现偏芯、缩孔缩松、跑火等现象，同时易产生大量回炉料。为此，本文针对传统玻璃模具毛坯铸造方法进行改进，提出了玻璃模具毛坯单箱无冒口铸造工艺，取得了良好的效果。

1　玻璃模具结构对其铸造工艺的要求

图1所示为啤酒瓶的玻璃模具成型模实物图片。日用玻璃制品的成型生产节拍很快，玻璃模具的内腔需频繁交替与1 100 ℃左右的高温玻璃熔体接触，同时要加速玻璃熔体的成型速度，必须加速对玻璃熔体的冷却，并尽快将模具内腔中的热量散发出去，可见玻璃模具的内腔及外围承受着不同的工况，整个模具往往工作于骤冷骤热状态。因此，理想的玻璃模具结构应该是从内腔到外围为从致密到疏松均匀过渡的梯度结构，同时模具壁厚须均匀一致［4］。为此，玻璃模具毛坯的铸造工艺必须保证有利于上述模具组织结构的形成，行业内通常要求在铸造过程中采用砂型内腔放置激冷铁芯的措施来实现［5］。

图1　啤酒瓶的玻璃模具成型模

2　传统上下箱湿型砂铸造工艺的缺陷分析

目前玻璃模具行业普遍使用的毛坯铸造工艺是上下箱湿型砂铸造工艺，如图2所示。其中，上箱由铸件型腔、浇口、内浇道、滤网和冒口组合而成，而下箱则放置激冷铁心。这种铸造工艺在玻璃模具行业虽沿用已久，但是存在着如下缺陷：

（1）上下箱长期在清砂环节中受撞击而导致在合箱环节存在较大定位误差，同时因铁液从两个内浇道进入时会对下箱的激冷铁心和型砂造成较大冲击，从而在一定程度上使玻璃模具毛坯的内腔和外圆产生偏芯现象，即内腔和外圆的同心度出现偏差，导致模具厚薄不均，造成次品乃至报废。

（2）该工艺的冒口起到补缩和调节温度场的双重作用，因此冒口的大小和摆放的位置对模具毛坯的质量有着较大的影响。往往需要工艺人员根据模具的实际情况进行人工调节，这样容易导致模具内浇道和模具的外圆部位出现缩孔、缩松等缺陷。

（3）上下箱铸造工艺是分别对上箱和下箱进行造型，然后上下箱合型固定，再从浇口引入铁液，这样上下箱之间难以避免地会存在缝隙，增加了跑火现象的产生，即铁液从上下箱的合缝间隙中溢出，造成铁液浪费严重，同时危险性大。

（4）由于这种铸造工艺需设置足够大的补缩冒口来确保足够的铁液供给，因此铁液的利用率较低，通常在60%～75%之间，容易导致回炉料较多。

图2　上下箱合箱湿型砂铸造工艺

3　单箱无冒口铸造工艺设计

3.1单箱无冒口铸造工艺过程

单箱无冒口铸造工艺过程如图3所示。①将型框罩置于制作好的木模底板（图3.a）上；②向型框容腔内填入煤粉砂压实（图3.b）；③将填入煤粉砂的型框抬起后翻转180°，取出木模，得到铸型（图3.c）；④将过滤网放入过滤网腔中，将激冷铁心放置到瓶模腔上（图3.d）；⑤将熔融的铁液从浇口引入型腔，待铁液液面达到与浇口平面一致水平高度时停止浇铸；⑥待铁液冷却后，撤去激冷铁心、型框，清除煤粉砂，得到玻璃模具铸件毛坯（图3.e）。

图3　单箱无冒口铸造工艺过程

3.2单箱无冒口铸造工艺技术要点

（1）内浇道宜采用分散多道设计，最好设计2排4个内浇道，这样可以避免内浇道处由于铁液集中引入而导致内浇道处产生缩孔或者晶粒粗大。

（2）浇铸系统侧边需设计排气孔，以保证顺畅排气。

（3）激冷铁心在使用之前需要进行干燥处理。实践证明：未经干燥的激冷铁心使用过程中容易使铸件产生缺陷。

（4）浇铸系统不宜采用型内孕育，在炉前孕育的时候需控制好硅含量。

（5）浇铸过程中要注意快浇，速度平缓。

3.3改进效果分析

单箱无冒口铸造工艺与传统的上下箱湿型砂铸造工艺相比，具有如下显著效果：

（1）激冷铁心采用倒扣的方式固定于已造型好的模具型腔上，浇铸过程中模具外圆部位先成型，铁液从下至上缓慢上升至激冷铁心处，整个过程铁液对激冷铁心的冲击作用小，偏芯问题可以得到很好解决。

（2）由于浇铸系统无冒口，而且浇道的体积比传统的上下箱铸造方式小得多，因此整个铸型的冷却速度明显加快，整个铸件的过冷度较大，有利于D型石墨的形成，而D型石墨目前是业界公认的一种较好的玻璃模具组织。

（3）铸件毛坯的外形和内腔都快速地接触到铸型和激冷铁心，外层冷却后形成的外壳让后续的石墨化膨胀在有限的空间内进行，这样提高了模具材料的致密度。

（4）铁液利用率高，经过计算，单箱无冒口铸造工艺的工艺出品率可以达到85%～90%。

（5）传统上下箱铸造工艺，每箱都需要配置一个激冷铁心；而采用单箱无冒口铸造工艺，由于冷却速度明显加快，开箱时间可以缩短，因此每浇完5箱后可将前5箱的激冷铁心取出重复使用，这样可提高激冷铁心的利用率。

（6）单箱无冒口铸造可明显减少型砂的用量，减轻劳动工人强度。

4　结语

采用单箱无冒口铸造工艺生产玻璃模具毛坯，有效地解决了玻璃模具毛坯的内腔与外圆之间的偏芯问题，同时避免了缩孔缩松、跑火等现象的发生。且玻璃模具毛坯的各项检测指标（包括金相、硬度、尺寸等）均能达到预期要求。经企业实践应用证明，该新工艺产生的回炉料较少，可明显提高铁液利用率及工艺出品率，同时省工、省时、省料，经济效益较显著。

［1］ 岳旭东，佘光达，吴春京，等.合金铸铁玻璃模具的研究现状［J］.材料导报，2004，18（12）：34-36，40.

［2］ 刘晴，邵文宝，吴春京.玻璃模具材料选择的研究进展［J］.铸造技术，2005，26（6）：551-553.

［3］ YUE Xu-dong， WU Chun-jing， SHEN Ding-zhao， et al. Improvement of Glass Mould Materials［J］.Journal of Iron and Steel Research（International），2005，12（5）：24-27，51.

［4］ 杨明，黄新民，吴玉程，等.微合金梯度石墨铸铁玻璃模具材料研究［J］.金属功能材料，2011，18（3）：50-54.

［5］ 曹胜利.多元合金化D型石墨铸铁玻璃模具的研究［D］.合肥工业大学，2009.

［6］ 汪兴娟，何顺荣，李伟 ，等.球铁箱盖件的无冒口铸造工艺设计及数值模拟［J］.中国铸造装备与技术，2014（3）.

Research on Single Box Casting with Head-Free Casting Technology for Cast Iron Glass Mould

FANG ZhaoHui1， SU QiuJun1， YAO XingTian2
（1. Changshu Jianhua Mould Technology Co.Ltd.， Changshu 215559， Jiangsu， China；2. Nantong University， Nantong 226019， Jiangsu， China）

Aiming at the shortages of the traditional production technology of upper-lower box casting with green sand for glass mold， a new one of single box with head-free casting technology has been proposed， which has effectively solved the problems on the castings such as cavity off-center， shrinkage， leak-out and so on while with less foundry returns and signifi cantly improved utilization rate of molten iron at the same time， proved to be a technology by real enterprise production with saved labor， time and materials and increased economic benefi t to a large extent.

Glass mould； Cast iron blank； Single box with head-free casting technology

TG242.1;

A；

1006－9658（2015）01-0018-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.01.005

江苏省产学研联合创新资金前瞻性研究项目（BY2013042-05）

2014-10-09

稿件编号：1410-675

方朝辉（1984—），男，从事玻璃模具的设计与制造；通讯作者：姚兴田（1965—），男，硕士，教授，从事机电一体化装备及测控技术的研究.