剖析环冷机球墨铸铁件铸造工艺

崔亚迪 胡智涛

（1.北方重工集团有限公司矿山冶金分公司，辽宁 沈阳 110860；2.北方重工集团有限公司矿上机械分公司，辽宁 沈阳 100860）

大型球墨铸铁件铸造工艺过程的改进要从大型球墨铸铁件铸造工艺的特点进行着手，下面就介绍一下大型球墨铸铁件铸造工艺的特点：大型球墨铸铁件的铸造工艺不仅与其他材质铸件的铸造工艺过程有所不同，而且与小型球墨铸铁件铸造工艺过程也有所不同，大型球墨铸铁件不像小型球墨铸铁件可以通过数次的试验而不断地探索铸造工艺，大型球墨铸铁件的铸造给铸造工艺者带来了更高的要求，它要求铸造一次成型；大型球墨铸铁件的重量和体积大，对铸造质量要求高，投入成本高；大型球墨铸铁件成型后不仅要求致密度高，而且表面质量也要非常好；所有的大型球墨铸铁件的内部及表面均不允许存在空洞缺陷，更不能采用补焊的手段进行弥补缺陷，必须通过无损检测。基于以上要求，人们开始将计算机技术引入到大型球墨铸铁件的铸造工艺设计中，主要是通过借助CAE、CAD技术对大型球墨铸铁件的铸造工艺进行分析。设计者首先要根据实践经验及理论知识进行大型球墨铸铁件铸造的初步设计，之后利用计算机技术对其进行模拟，进而预测出夹渣、砂眼、缩孔等铸造缺陷在铸造过程中出现的位置，最终达到对铸造工艺的改进及完善。随着科技的飞速发展，大型球铁件的铸造工艺也有了很多的改进方法。

现可以从多个方面进行大型球墨铸铁件铸造工艺的改进，下面我们就主要从冷铁的应用、浇注系统设计、冒口设计三个发面进行剖析。

1 从冷铁的应用方面进行剖析

因大型球墨铸铁件的厚实部位是比较主要的加工面或热节，在凝结时速度比较慢，因此极容易在这些部位形成缩松、缩孔等缺陷，在大型球墨铸铁件的厚实部位设置冷铁就可以有效地防止这些缺陷的产生。激冷效果的好坏受冷铁厚度的影响很大，若冷铁的厚度过薄会导致挂砂难，太厚会导致激冷效果不好。通常以壁厚为参考值来选取冷铁的厚度，一般为壁厚的2/5~3/5为最佳。若需对要求致密度较高铸件的铸孔进行加工时，最好选用冷铁进行冷却。

2 从浇注系统设计方面进行剖析

分散均匀、流速小、平稳、流量大等为大型球墨铸铁件浇筑系统设计原则，通过对此原则的控制可以很好地控制浇筑时间和铁流量，从而使流入型腔中的铁液是均匀的，很好地实现隔渣及挡渣。横浇道、直浇道、内浇道和浇口杯等组成了大型球墨铸铁件的浇注系统，为了确定横浇道和直浇道的截面积，先要通过奥赞公式进行计算内浇道的截面积，从而根据计算出的各截面积进行确定横浇道和直浇道的截面积，最终实现浇注系统中浇注截面积和浇注时间段的合理性要求。根据理论知识及大量的实践数据可以得出结论，在大型球墨铸铁件的浇注系统中横浇道截面积：直浇道截面积：内浇道截面积=1∶1.5∶2。若采用的浇注方法为无冒空浇注，我们就要采用浇道宽度为厚度五倍以上的宽而薄的分散形式内浇道，此方法方便挡渣及清理。

3 从冒口设计方面进行剖析

大型球墨铸铁件冒口设计主要是依据高温的也太球铁在凝结为固态过程中会发生体积减小现象，但因球铁自身的特殊性在凝结过程中会析出石墨球铁而使铁水的体积变大，从而抵消了因温度降低而导致的体积减小。因铸造条件的各异，若成功铸造出无缺陷、致密性好的大型球铁件是否需要在铸造过程中设计冒口以及如何更加合理地设计冒口成为一个至关重要的问题。冒口的设计是因铸造条件而定的，若铸造工艺能够满足一定的条件就可以不设置冒口。其条件主要有一下六种情形：（1）采用多道薄片型快浇式的内浇道；（2）如采用树脂自硬砂型等刚度较高的铸型；（3）铸件的平均模数要保证在2.5cm以上；（4）浇注时的温度应控制在1300℃~1350℃；（5）所用铁液的CE值必须大于4.2%；（6）在铸件顶部要设计多个排气孔。在几十年前无冒口工艺就已经问世，虽然在实践应用中得到了广泛的认可，但其使用的条件十分苛刻，尤其是在大型球墨铸铁件的浇注方面要慎重采用无冒口浇注工艺。

若球墨铸铁件的铸造工艺不能很好的满足以上六种铸造条件，为了纠正铸造偏差和弥补铸造工艺的缺陷，必须采用设置一定量的冒口来保证球墨铸铁件铸造的质量。若在铸造时采用不同刚度的铸型，其冒口的设计形式及位置也有所不同。现以较高刚度的铸型为例进行详细说明：为了实现补缩、排气及清除作用，通常将冒口位置设计在铸件的顶部，同时为了方便脱模和造型，通常将冒口设计成矩形和椭圆形压边明冒口。采用较窄缝隙的压边、冒口颈长度为零的冒口，这样可以保证此处型砂温度缓慢降低，有利于防止发生缩孔现象。其主要原因是冒口处的温度降低较慢，在所有浇注完毕后仍能对球墨铸铁件件因液体体积缩小形成补偿。压边缝隙大小在浇注过程中的选择成为关键因素：若压边缝隙过大，球墨铸铁件在石墨化过程中缝隙不能很好的封闭，导致“倒补缩”现象的发生，极易引发缩孔现象；若压边缝隙过小，铸铁件在未完全凝固时缝隙已经完全封闭，导致液态补偿无法起作，所以合理地进行设计冒口压边缝隙。对压边冒口的质量要求也有一定的规定，通常为铸铁件总重的2%；对其长宽高也有一定的比例规定，通常为1∶（0.5~0.7）∶（1.5~2.5）。若外形比例不匹配，通常采用鸭嘴形或楔缝形冒口，要求缝隙的宽度控制在压边尺寸加2cm~4cm。

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