剖析環(huán)冷機(jī)球墨鑄鐵件鑄造工藝

崔亞迪 胡智濤

（1.北方重工集團(tuán)有限公司礦山冶金分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110860；2.北方重工集團(tuán)有限公司礦上機(jī)械分公司，遼寧 沈陽(yáng) 100860）

大型球墨鑄鐵件鑄造工藝過(guò)程的改進(jìn)要從大型球墨鑄鐵件鑄造工藝的特點(diǎn)進(jìn)行著手，下面就介紹一下大型球墨鑄鐵件鑄造工藝的特點(diǎn)：大型球墨鑄鐵件的鑄造工藝不僅與其他材質(zhì)鑄件的鑄造工藝過(guò)程有所不同，而且與小型球墨鑄鐵件鑄造工藝過(guò)程也有所不同，大型球墨鑄鐵件不像小型球墨鑄鐵件可以通過(guò)數(shù)次的試驗(yàn)而不斷地探索鑄造工藝，大型球墨鑄鐵件的鑄造給鑄造工藝者帶來(lái)了更高的要求，它要求鑄造一次成型；大型球墨鑄鐵件的重量和體積大，對(duì)鑄造質(zhì)量要求高，投入成本高；大型球墨鑄鐵件成型后不僅要求致密度高，而且表面質(zhì)量也要非常好；所有的大型球墨鑄鐵件的內(nèi)部及表面均不允許存在空洞缺陷，更不能采用補(bǔ)焊的手段進(jìn)行彌補(bǔ)缺陷，必須通過(guò)無(wú)損檢測(cè)。基于以上要求，人們開(kāi)始將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到大型球墨鑄鐵件的鑄造工藝設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)借助CAE、CAD技術(shù)對(duì)大型球墨鑄鐵件的鑄造工藝進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)者首先要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論知識(shí)進(jìn)行大型球墨鑄鐵件鑄造的初步設(shè)計(jì)，之后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行模擬，進(jìn)而預(yù)測(cè)出夾渣、砂眼、縮孔等鑄造缺陷在鑄造過(guò)程中出現(xiàn)的位置，最終達(dá)到對(duì)鑄造工藝的改進(jìn)及完善。隨著科技的飛速發(fā)展，大型球鐵件的鑄造工藝也有了很多的改進(jìn)方法。

現(xiàn)可以從多個(gè)方面進(jìn)行大型球墨鑄鐵件鑄造工藝的改進(jìn)，下面我們就主要從冷鐵的應(yīng)用、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冒口設(shè)計(jì)三個(gè)發(fā)面進(jìn)行剖析。

1 從冷鐵的應(yīng)用方面進(jìn)行剖析

因大型球墨鑄鐵件的厚實(shí)部位是比較主要的加工面或熱節(jié)，在凝結(jié)時(shí)速度比較慢，因此極容易在這些部位形成縮松、縮孔等缺陷，在大型球墨鑄鐵件的厚實(shí)部位設(shè)置冷鐵就可以有效地防止這些缺陷的產(chǎn)生。激冷效果的好壞受冷鐵厚度的影響很大，若冷鐵的厚度過(guò)薄會(huì)導(dǎo)致掛砂難，太厚會(huì)導(dǎo)致激冷效果不好。通常以壁厚為參考值來(lái)選取冷鐵的厚度，一般為壁厚的2/5~3/5為最佳。若需對(duì)要求致密度較高鑄件的鑄孔進(jìn)行加工時(shí)，最好選用冷鐵進(jìn)行冷卻。

2 從澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行剖析

分散均勻、流速小、平穩(wěn)、流量大等為大型球墨鑄鐵件澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，通過(guò)對(duì)此原則的控制可以很好地控制澆筑時(shí)間和鐵流量，從而使流入型腔中的鐵液是均勻的，很好地實(shí)現(xiàn)隔渣及擋渣。橫澆道、直澆道、內(nèi)澆道和澆口杯等組成了大型球墨鑄鐵件的澆注系統(tǒng)，為了確定橫澆道和直澆道的截面積，先要通過(guò)奧贊公式進(jìn)行計(jì)算內(nèi)澆道的截面積，從而根據(jù)計(jì)算出的各截面積進(jìn)行確定橫澆道和直澆道的截面積，最終實(shí)現(xiàn)澆注系統(tǒng)中澆注截面積和澆注時(shí)間段的合理性要求。根據(jù)理論知識(shí)及大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，在大型球墨鑄鐵件的澆注系統(tǒng)中橫澆道截面積：直澆道截面積：內(nèi)澆道截面積=1∶1.5∶2。若采用的澆注方法為無(wú)冒空澆注，我們就要采用澆道寬度為厚度五倍以上的寬而薄的分散形式內(nèi)澆道，此方法方便擋渣及清理。

3 從冒口設(shè)計(jì)方面進(jìn)行剖析

大型球墨鑄鐵件冒口設(shè)計(jì)主要是依據(jù)高溫的也太球鐵在凝結(jié)為固態(tài)過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積減小現(xiàn)象，但因球鐵自身的特殊性在凝結(jié)過(guò)程中會(huì)析出石墨球鐵而使鐵水的體積變大，從而抵消了因溫度降低而導(dǎo)致的體積減小。因鑄造條件的各異，若成功鑄造出無(wú)缺陷、致密性好的大型球鐵件是否需要在鑄造過(guò)程中設(shè)計(jì)冒口以及如何更加合理地設(shè)計(jì)冒口成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。冒口的設(shè)計(jì)是因鑄造條件而定的，若鑄造工藝能夠滿足一定的條件就可以不設(shè)置冒口。其條件主要有一下六種情形：（1）采用多道薄片型快澆式的內(nèi)澆道；（2）如采用樹(shù)脂自硬砂型等剛度較高的鑄型；（3）鑄件的平均模數(shù)要保證在2.5cm以上；（4）澆注時(shí)的溫度應(yīng)控制在1300℃~1350℃；（5）所用鐵液的CE值必須大于4.2%；（6）在鑄件頂部要設(shè)計(jì)多個(gè)排氣孔。在幾十年前無(wú)冒口工藝就已經(jīng)問(wèn)世，雖然在實(shí)踐應(yīng)用中得到了廣泛的認(rèn)可，但其使用的條件十分苛刻，尤其是在大型球墨鑄鐵件的澆注方面要慎重采用無(wú)冒口澆注工藝。

若球墨鑄鐵件的鑄造工藝不能很好的滿足以上六種鑄造條件，為了糾正鑄造偏差和彌補(bǔ)鑄造工藝的缺陷，必須采用設(shè)置一定量的冒口來(lái)保證球墨鑄鐵件鑄造的質(zhì)量。若在鑄造時(shí)采用不同剛度的鑄型，其冒口的設(shè)計(jì)形式及位置也有所不同。現(xiàn)以較高剛度的鑄型為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：為了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮、排氣及清除作用，通常將冒口位置設(shè)計(jì)在鑄件的頂部，同時(shí)為了方便脫模和造型，通常將冒口設(shè)計(jì)成矩形和橢圓形壓邊明冒口。采用較窄縫隙的壓邊、冒口頸長(zhǎng)度為零的冒口，這樣可以保證此處型砂溫度緩慢降低，有利于防止發(fā)生縮孔現(xiàn)象。其主要原因是冒口處的溫度降低較慢，在所有澆注完畢后仍能對(duì)球墨鑄鐵件件因液體體積縮小形成補(bǔ)償。壓邊縫隙大小在澆注過(guò)程中的選擇成為關(guān)鍵因素：若壓邊縫隙過(guò)大，球墨鑄鐵件在石墨化過(guò)程中縫隙不能很好的封閉，導(dǎo)致“倒補(bǔ)縮”現(xiàn)象的發(fā)生，極易引發(fā)縮孔現(xiàn)象；若壓邊縫隙過(guò)小，鑄鐵件在未完全凝固時(shí)縫隙已經(jīng)完全封閉，導(dǎo)致液態(tài)補(bǔ)償無(wú)法起作，所以合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)冒口壓邊縫隙。對(duì)壓邊冒口的質(zhì)量要求也有一定的規(guī)定，通常為鑄鐵件總重的2%；對(duì)其長(zhǎng)寬高也有一定的比例規(guī)定，通常為1∶（0.5~0.7）∶（1.5~2.5）。若外形比例不匹配，通常采用鴨嘴形或楔縫形冒口，要求縫隙的寬度控制在壓邊尺寸加2cm~4cm。

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