關于非均勻壁厚金屬型重力鑄件縮孔縮松的消除

董建平 于艷紅 李彥明

（1.遼寧錦興電力金具科技股份有限公司，遼寧錦州121116；2.遼寧省錦州市機電工程學校，遼寧 錦州121001）

采用金屬型重力澆注不均勻壁厚鋁合金懸垂線夾鑄件很容易出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋、和冷隔等缺陷，正確地設計澆注系統(tǒng)，合理地選擇工藝參數(shù)，有效地控制其過程，能很好地防止上述缺陷出現(xiàn)，提高了產品品質，降低了廢品率和材料消耗。

1．鑄件結構特點及工藝分析

CTSJ-2懸垂線夾是用于電力線路上的重要部件，要求具有較高的力學性能，對導線良好的握力及適應導線振動，外形見圖1，輪廓尺寸為 207.5mm×125mm×210.5mm，毛坯質量為0.9kg，采用ZL102D合金。該鑄件要求有良好的表面品質，內部組織要致密，無縮孔、縮松、裂紋和冷隔等缺陷，要求承受破壞載荷σb﹥40MP，為滿足產品性能要求，選用金屬型重力鑄造。

CTSJ-2形狀不規(guī)則，在中心部位有較大的熱節(jié)，壁厚從最薄6mm到最厚40mm是典型壁厚不均勻鑄件，鑄造難點:○1中間部位A處有一φ36mm較大熱節(jié)，而且受產品形狀所限，不能設置較大冒口，因此鑄件易出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷；○2207.5mm×125mm周邊加強筋為R3mm，易產生澆不足和冷隔缺陷；○3鑄件分型較困難，兩個32mm×53mm×16mm長方槽和一個20mm×48mm×50mm半園弧型槽須用活塊鑄出，一個φ18孔用鐵芯鑄出，長度207.5mm方向上的兩個方槽也直接鑄出。

2.工藝設計

針對以上所述情況，在工藝設計上采取如下措施:

（1）鑄件以長207.5mm為水平邊置于型腔內，使其澆注狀態(tài)下高度最小，既有利于鑄件得到補縮，同時可減少液流對鑄型及型芯的沖擊，并防止其產生二次氧化、夾渣和氣孔，而且便于取出鑄件和抽撥金屬芯及活塊，避免鑄件變形和損傷。

（2）因為ZL102D鋁合金比重輕、流動性差、收縮大、而且鋁的化學性質活潑極易吸氣和氧化結皮，如果破裂的氧化皮卷入鋁液中就很難上浮去除，使鑄件形成氧化夾渣，降低其力學性能，所以澆注系統(tǒng)應平穩(wěn)無飛濺和沖擊地充填鑄型，并能阻止溶渣和氣體被金屬液帶入型腔，且充填時間要短，拋渣能力要強，因此澆注系統(tǒng)采用傾鈄直澆道。

（3）鑄件采取順序凝固，通過液態(tài)金屬進入型腔的位置，調節(jié)金屬型與鑄件各部分的溫度分布以控制鑄件的凝固順序，使鋁液在規(guī)定時間內充滿鑄型。

（4）為了對鑄件熱節(jié)處進行補縮，將內澆道開在鑄件厚大部位處（A處）并通過冒口進行補縮，以利于得到組織致密的鑄件。

（5）利用噴涂不同厚度的涂料來控制鑄件凝固速度。

3．金屬型設計

根據(jù)對鑄件結構、工藝分析和設計，結合我公司生產設備情況，設計了金屬型重力澆注模具，如圖2所示。

（1）金屬型分型面一個是以零件豎直對稱中心線垂直分型，另一個是以兩個R17為分型線曲面分型，形成動、定模，動模又分左右二模。

（2）φ18mm孔采用手動抽芯，并在模具上加工有定位孔，確保了型芯定位可靠，不會因澆道金屬液的沖擊而產生偏移，同時利用型芯與定位孔的配合間隙可排氣，有利于保證鑄件內在質量。

（3）活塊一形成20mm×48mm×50mm半園弧型槽、活塊二、三分別形成兩個53mm×31mm×17mm矩形槽。

（4）在模具頂端開設0.5mm排氣槽。

（5）金屬型在澆注時，要承受鋁液的動壓力和靜壓力，為防止鋁液從分型面流出，減小金屬型的翹起變形，采用磨擦鎖緊機構。

4．工藝參數(shù)確定

（1）鋁液熔煉

鋁液熔煉過程中要嚴格遵守工藝規(guī)程，爐料配比準確并做好變質和精煉處理，控制好鋁液熔煉溫度和時間。

（2）金屬型預熱溫度

金屬型預熱溫度應根據(jù)鑄件尺寸和結構特點，應避免金屬液冷卻太快，造成氣孔、縮孔和裂紋缺陷，前后模、活塊和金屬芯預熱250℃～300℃。

（3）金屬型澆注溫度和速度

○1由于金屬型導熱能力強，冷卻速度大，如果澆注時鋁液溫度過低將會導致鑄件產生冷隔、縮孔和縮松等缺陷，鋁液溫度過高則鑄件冷卻緩慢，結晶粗大，力學性能降低，易形成氣孔和針孔等缺陷，為避免這些缺陷產生，鋁液澆注溫度應為700℃～720℃，并用溫度顯示儀嚴格監(jiān)控鋁液溫度。

○2由于金屬型的激冷和不透氣，故金屬液充填型腔要快，澆注時間要短。

5．試制及生產情況

（1）試制

模具制作完成后澆注試驗，澆注中嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程，從整個澆注過程看，合型、澆注、脫模及鑄件取出都比較好，鑄件沒有出現(xiàn)氣孔、冷隔缺陷，但在鑄件熱節(jié)A處出現(xiàn)縮孔和縮松缺陷，需要補焊。

（2）缺陷分析及采取糾正措施

○1缺陷產生的原因：在模具設計時雖考慮了為使鑄件順序凝固，將澆道（以澆代冒）開在鑄件熱節(jié)處補縮熱節(jié)，但由于鑄件實際凝固時是按遠離澆道（冒口）的部位和薄壁處最先凝固，然后是靠近澆道（冒口）部分，最后是熱節(jié)處凝固。熱節(jié)處補縮是靠鑄件周圍和澆（冒口）中的金屬液補充，由于此時鑄件四周和薄壁部份和澆（冒口）均凝固，熱節(jié)區(qū)變成了孤立液相區(qū)并形成了封閉回路，處于斷流狀態(tài)，補縮通道被阻斷再無金屬液補充熱節(jié)，因此產生了縮孔。

○2糾正措施:將鑄件的直澆道加粗并在距內澆道20mm處設置一個φ45暗冒口，進行澆注鑄件無縮孔和縮松出現(xiàn)，合格率達92%，產品表面和內在都有了良好的品質，達到了力學性能，并降低了產品的廢品率和材料消耗，提高了生產效率。

○3總結:做為較好的鑄造工藝方案，在鑄件澆注過程中，直澆道和冒口應對鑄件進行及時充足的補縮，第一次模具設計首先是直澆道凝固，鑄件熱節(jié)凝固靠末凝固的鑄件和澆道的金屬液補充，但由于它們均比熱節(jié)先凝固，不能起補縮熱節(jié)作用，故產生了縮孔和縮松，對于出現(xiàn)主澆道先于鑄件凝固是由于澆道尺寸偏小，傳熱速度快，周圍熱源較低，形成鑄件對澆道補液現(xiàn)象，既反補現(xiàn)象。第二次改進了工藝方案，加大澆（冒口）尺寸，實現(xiàn)了順序凝固，凝固順序是：由距澆（冒口）較遠處依次逐漸推移至冒口，冒口最后凝固，使熱節(jié)區(qū)得到補縮，沒有產生縮孔和縮松。

（3）生產

CTSJ-2懸垂線夾從2002年投產至今已生產了4800套，它們正安全運行在全國各大輸變電線路上。

結束語

對于厚薄不均鋁合金鑄件，在鑄造生產過程中除了設計其金屬型模具時要考慮鑄件在型腔中的位置、分型面位置、澆注系統(tǒng)開設位置和工藝參數(shù)控制外，補縮冒口設置的位置和大小直接影響鑄件的質量，應需給予著重考慮。

[1]黃良余，戴世忠，陳玉造.簡明鑄工手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社.1996年3月.

[2]揚為勤，謝國峰.特種鑄造及有色合金[M].雜志大型異形鋁鑄件的鑄造工藝研究，2007，27（4）.