冷筋在消失模鑄造鑄鋼件工藝設計中的應用

秦國治，彭 云，馮瑞敏，宋志強

（中原總機石油設備有限公司，河南 濮陽 457001）

消失模鑄造由于采用負壓干砂造型，在抽負壓的情況下，冷卻速度高于普通砂型鑄造，但負壓一旦去掉，由于型砂保溫性能高，散熱速度慢，鑄件的冷卻速度降低，對于壁厚較大的鑄鋼件，負壓去掉的時間凝固尚未結束，砂子高的保溫性能造成鑄件的縮孔、縮松出現機率增加，鑄件晶粒較粗大，鑄件的工藝出品率降低。為了解決縮孔與縮松及晶粒粗大的缺陷，提高工藝出品率，需要采取工藝措施調整鑄件的冷卻速度。根據鑄件的結構，經常采用的工藝措施包括下內、外冷鐵、調整澆冒口的位置與澆注溫度，但是有時并不理想。為此我們在充分分析鑄鋼件的冷卻特性基礎上，在鑄件上合理放置工藝冷筋，調整鑄件的冷卻順序，提高冒口的補縮效率，在確保鑄件的工藝出品率合適的情況下生產出無缺陷鑄件。

1 鑄鋼件冒口離開熱節動態順序凝固

鑄鋼件鑄件補縮工藝的制定一般都遵循順序凝固原則而采用工藝措施，保證鑄件結構上各部分按遠離冒口部分先凝固，靠近冒口部分后凝固，冒口最后凝固的順序進行，以便在鑄件中建立一個從遠離冒口的部分到冒口之間遞增的溫度梯度。為此，強調冒口要放在鑄件的幾何熱節上，冒口要足夠大，保證冒口晚于鑄件凝固，并能提供足夠鑄件補縮需要的金屬液量，形成朝向冒口的補縮通道。按此原則設計的冒口，能夠生產出合格的鑄件，但是經常出現冒口根部冒口根部縮孔、縮松、熱裂、晶粒粗大及偏析等缺陷，同時鑄造的工藝出品率低，鑄件生產成本增加。為此在鑄鋼件均衡凝固工藝設計中，提出了鑄鋼件冒口離開熱節動態順序凝固的工藝設計理論。

動態順序凝固是指冒口不放在鑄件的幾何熱節上，而是放在離開鑄件幾何熱節的次熱節處，利用冒口與鑄件次熱節形成的接觸熱節大于鑄件的幾何熱節并晚于鑄件的幾何熱節凝固的特性，實現鑄件遠離冒口的部分和幾何熱節先凝固，次熱節和冒口后凝固的凝固順序?；谝陨翔T鋼件的冒口設計原理，根據現場鑄鋼件的工藝結構與消失模鑄造造型的工藝特點及型砂的冷卻特點，我們提出了在消失模鑄造鑄鋼件工藝設計中合理使用冷筋技術，調整鑄件的冷卻順序與冷卻時間，提高工藝出品率、減少縮孔、縮松等缺陷的出現機率，提高鑄件質量的方案。

2 消失模鑄鋼件工藝設計中冷筋的設計原則

消失模鑄造鑄鋼件工藝設計中設計冷筋的原則是：

1）厚大鑄鋼件為了提高工藝出品率，以提高冷卻速度，調整凝固順序、減小冒口尺寸為目的可以設置冷筋。

2）復雜零件多個壁厚變化點，不便于靠冒口補縮的部位可以設置冷筋。

3）消失模鑄造設置冷筋不得影響型砂的振動緊實。

4）消失模冷筋要方便去除或允許保留。

3 應用實例

圖1是一煤機鑄窩的工藝圖樣，采用明澆工藝，澆冒合一。由于尺寸較大，各項補縮容易不到位造成內部縮孔與縮松缺陷，采用多冒口工藝出品率降低、并不能徹底解決縮孔縮松缺陷，為此我們在分析了整體結構后，根據零件特點設計了局部冷筋，通過冷筋調整冷卻順序，以期解決了冒口縮松縮孔缺陷。具體工藝參數如下：

鑄件最大尺寸 500×300×100（mm）；

冒口尺寸 φ140×300（mm）；

冷筋尺寸 200×100×10（mm）三道。

圖1 煤機鑄窩工藝圖樣

通過采用以上工藝，生產的鑄窩鑄件縮孔與縮松缺陷得到了控制，工藝出品率達到80%以上。

4 結論

消失模鑄造由于其造型靈活性的特點，在鑄鋼件工藝設計時可以通過設計鑄筋的方法調整鑄件的冷卻順序，以最大限度的減少冒口尺寸與數量，提高工藝出品率。同時可以通過設計鑄筋調整局部冷卻順序解決局部縮孔與縮松及晶粒粗大缺陷。