地铁用电机端盖缩孔缺陷分析及预防

任国波，邓小金，张 杰，周小亮

（中车戚墅堰机车有限公司，江苏常州 213011）

近期公司生产的地铁用电机端盖材质为QT400-18LT，铸件外形结构虽然简单，但热节数量较多，且球墨铸铁件具有糊状凝固特性，易产生分散性缩孔。虽然原铸造工艺为保证铸件的内部质量，造型、制芯时放置了较多的冷铁，不仅增加了造型、清理及加工的工作量，在加工过程中仍发现部分铸件存在缩孔缺陷，给公司造成了严重的经济损失。为提高工作效率和降低缩孔缺陷的发生率须进行合理的工艺改进。以其中一种电机端盖为试验载体进行其他产品的工艺设计改进，保证产品的生产效率。

1 端盖原铸造工艺及缺陷

1.1 工艺

该端盖内部质量要求高的面（图1阴影部位）朝下，浇注系统为底注半封闭式浇注系统，在轴承孔与连接筋板处、回油孔钻孔位置设置外冷铁（图1底箱冷铁布置图）。

1.2 缩孔缺陷

端盖加工后在轴承孔凹角处存在不同程度的缩孔缺陷，如图2所示。缩孔缺陷大小约为20mm×15mm，深度约为10mm。经统计，缩孔位置基本在两冷铁之间。

2 缩孔原因分析

2.1 材料收缩倾向

QT400-18LT为低温铁素体球墨铸铁，为保证QT400-18LT的低温冲击性能，熔炼生产中碳当量的质量分数应控制在4.52%～4.65%。而当碳当量的质量分数在4.6%～4.8%时，球墨铸铁的流动性最好，有利于浇注成型、补缩。因此QT400-18LT球墨铸铁缩孔倾向比一般球墨铸铁要大。为确保材质为QT400-18LT端盖的内部质量，须采取必要的工艺措施。

2.2 热节处收缩

铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称为缩孔。而端盖轴承孔凹角为L型结构热节，且热节处型砂结构为锐角，使此处内角的热节内接圆直径增大，导致此处热节较大，凝固时体收缩的体积亏损得不到补偿，形成缩孔。

原工艺上轴承孔处设置冷铁，其主要作用为增加L型工艺热节的冷凝，促进冷铁位置的石墨化膨胀提前，防止缩孔缺陷。而冷铁之间存在间隙，冷铁在间隙位置的作用发挥较小，导致此处产生缩孔。

图1 端盖质量要求及工艺冷铁布置图

图2 轴承孔处缩孔

3 采取措施

防止凹角缩孔的对策主要为实现热节-连接壁-冒口的顺序凝固。通过分析产生缩孔的原因及考虑到凹角缩孔的预防措施，决定取消轴承孔的冷铁，并在轴承孔上部设计冒口，达到液态补缩的作用。

普通冒口尺寸计算为：此端盖须放置冒口处的重量Gc=44.4kg（体积Vc=5.9dm3，Ac=27.2dm2）。

铸件模数Mc=Vc/Ac=2.16（cm）。按铸件模数计算结果冒口设计采用控制压力冒口设计方法[1]。

质量周界商Qm=Gc/Mc3=4.44（kg/cm3）。

冒口体模数MR=f1f2f3Mc=1.71（cm），（根据Mc和Qm查f1=1.3，f2=0.51，f3=1.2）。

冒口径的模数MN=0.67MR=1.14（cm）。冒口径直径为4.56cm。

冒口体模数MR=1.71cm时，根据工艺方案选取耳冒口圆柱形无窝标准结构，取H/D=1.8，冒口取ø90mm×160mm标准冒口。

热节圆直径T=35mm，冒口补缩距离为280mm，而铸件轴承孔直径为167mm，周长为524mm，须设计两个普通冒口才能满足铸件的补缩需要。但由于模具位置的问题，设计的普通冒口尺寸较大，在现有的模具上不能放置两个冒口。

经过对工艺及模具结构的分析，决定采用保温冒口对轴承孔位置进行补缩，保温冒口热模数相当于普通冒口模数的1.3～1.4倍，所以放置两个保温冒口（ø80mm×120mm）可以达到补缩效果。具体工艺措施见图3。

图3 保温冒口设计在砂芯上

4 生产实践

工艺改进后，试验结果经过X射线探伤（探伤结果见图4）符合图纸要求，并批量生产363只，机械加工后轴承孔处无缩孔缺陷。

图4 X射线探伤结果

5 结束语

（1）在低温球墨铸铁工艺设计时，须考虑此材质的收缩倾向较其他球墨铸铁大，在铸造工艺设计时应考虑冒口的设计满足铸件的内部质量要求。

（2）铸铁工艺设计中保温冒口的效果相当于普通冒口的1.3倍左右，选取保温冒口时可先计算出普通冒口尺寸后再进行保温冒口大小的选择。