圓筒型球鐵件鑄造工藝的改進(jìn)

張桂忠 劉海洋

摘 要：當(dāng)前科學(xué)技術(shù)等發(fā)展十分迅速，球鐵件的鑄造是鑄造技術(shù)中研究探討的重要問題之一，也是鑄造業(yè)領(lǐng)域相關(guān)工作人員長期以來一直研究的重要課題，不僅有常見的具有權(quán)威性的資料工具，還有系統(tǒng)性的介紹和相關(guān)報道等。圓筒型球鐵件的鑄造要求具有較高的合格率，因此需要對其鑄造工藝進(jìn)行分析與研究。

關(guān)鍵詞：圓筒型球鐵件；鑄造工藝

以往的鑄件生產(chǎn)建設(shè)是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)的鑄造工藝，先進(jìn)行試澆鑄，明確澆鑄中是否存在不足，如果存在不足需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝方案，直到鑄件達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的圓筒型球鐵件設(shè)計(jì)是以順序凝固原則為依據(jù)，通過階梯式的僥注系統(tǒng)進(jìn)行立澆，但是這種澆鑄通常會出現(xiàn)冒口與鑄件連接位置存在著比較嚴(yán)重的縮孔問題，雖然后來改進(jìn)了冒口的使用，但是也有很大的浪費(fèi)。

一、圓筒型球鐵件原有工藝中的不足

原有的立澆工藝方法主要講大冒口設(shè)置在鑄件的頂部，從下到上進(jìn)行順序凝固，這種方法之所以會出現(xiàn)冒口根部的縮孔問題，主要是冒口體和鑄件的直接接觸過程中，其中產(chǎn)生的熱節(jié)要比鑄件原有的熱節(jié)大很多，使得冒口承擔(dān)著更大的補(bǔ)縮負(fù)擔(dān)。[ 1 ]而且對冒口根部進(jìn)行高溫鐵水澆注，與冒口補(bǔ)縮鑄件之間形成了流通，導(dǎo)致冒口頸部的鐵水問題增高，鑄件和冒口頸部接觸的鐵水不會在極短時間中凝固，結(jié)果就會造成縮孔缺陷。

二、設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)

（一）澆注系統(tǒng)型的決定方法

澆注系統(tǒng)有壓力和逆向阻流兩種方式，在內(nèi)澆道設(shè)置壓力式的阻流截面，澆注系統(tǒng)的比例為4：8：3。直澆道窩和橫澆道間設(shè)置逆向阻流式，其系統(tǒng)比例一般為3：1：3：2。[ 2 ]

內(nèi)澆道分為階梯式、頂注式以及底注式等之分，一般情況下，使用壓力型的底注式能夠獲得好的效果。澆注系統(tǒng)是有一定的要求標(biāo)準(zhǔn)的。鐵液在流動時需要保證其足夠的流暢以及平穩(wěn)，不會出現(xiàn)紊流的情況。而且鐵液流動過程中不會進(jìn)入到大量的空氣等，因此鑄型中的氣體和鑄型產(chǎn)生的氣體都能夠順利的排出去。同時能夠?qū)⑷墼入s物進(jìn)行有效的收集，不會對鑄型的各部位造成嚴(yán)重的沖擊，能夠在較短的時間內(nèi)將型腔充滿，而且鑄件和冒口的溫度是比較適當(dāng)?shù)摹Ｓ捎跐沧⒌墓に囁绞谴嬖谝欢ú町惖模沁@種方法也能夠使型腔被充滿。對于鑄件散落的一些砂雜質(zhì)也能夠及時清理，實(shí)現(xiàn)回收利用，促進(jìn)鑄造工藝質(zhì)量水平的提升。

（二）科學(xué)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)

要對澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先需要做的就是通過澆注的質(zhì)量和速度得出澆注的時間，然后明確內(nèi)部澆道的截面積，計(jì)算出橫、直澆道的澆道截面積比。內(nèi)澆道的厚度一般在0.3cm，計(jì)算出內(nèi)澆道的寬度，一般寬度不超過0.3cm，并根據(jù)實(shí)際情況明確內(nèi)澆道的數(shù)量。

在選擇內(nèi)澆道的位置時也需要注意一定的問題，通常情況下內(nèi)澆道的位置在側(cè)冒口上，也可以在鑄件的薄壁處設(shè)置內(nèi)澆道，防止沖擊型壁，存有一定的距離。在明確內(nèi)澆道的尺寸大小后，了解到澆注系統(tǒng)的比例是4：8：3，進(jìn)而能夠計(jì)算出直澆道和橫澆道的尺寸大小。

橫澆道的寬與高之比一般是1：1.5-2。為了避免澆注過程中直澆道中有空氣進(jìn)入，一般將直澆道上下部的面積比控制在2：1。[ 3 ]保證直澆道窩的直徑是直澆道的2.5倍左右，深度與直澆道的直徑基本一致。

盡管使用這種澆注系統(tǒng)的形狀和大小，但是由于工藝的出品率等問題，也不會只局限于這種形狀和大小，但是一定要做到的就是直澆道和橫澆道的截面積要大于內(nèi)澆道的截面積，并且盡量使用曲率比較大的橫澆道。

三、設(shè)計(jì)冒口

（一）冒口的類型和原理

首先是比較普通的冒口，這種一直以來都是用的冒口種類。從薄壁處開始凝固鑄件，然后向厚壁部位發(fā)展，最終凝固的位置設(shè)置合適的冒口。通過這種方法，鐵液凝固的補(bǔ)給是按照冒口、厚壁部、薄壁部推進(jìn)的。鐵液逆流向冒口，然后與一同進(jìn)行的液體進(jìn)行收縮抵消，出現(xiàn)二次收縮時，還需要利用重力進(jìn)行補(bǔ)償，鐵液的收縮補(bǔ)償需要冒口進(jìn)行承擔(dān)，但是這種工藝的出品合格率并不高。使用這種冒口需要注意以下問題：保證冒口鐵液有著較高的溫度，將冒口設(shè)置在最后凝固的位置，并且可以使用冷鐵對鑄件的冷卻速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，澆注時需要保證高溫，設(shè)置圓筒型的冒口形狀。

（二）石墨化膨脹冒口

使用普通類型的冒口，對于鑄件冷卻凝固的順序而言，需要依據(jù)鑄件自身、冒口頸以及冒口凝固的順序進(jìn)行，使用這種方法是不能在鑄件體積變大時將壓力返回到冒口側(cè)部。冒口是鑄件體積增大，內(nèi)部壓力也在鑄件內(nèi)部，2次收縮在凝固區(qū)域內(nèi)發(fā)揮收縮效果。

使用這種工藝在薄壁件液體收縮時，在膨脹作用下會出現(xiàn)逆流，冒口的頸部先凝固起來。厚壁鑄件，石墨化的膨脹壓力比較大，一般在逆流中期就實(shí)現(xiàn)冒口頸部的凝固。利用這種冒口也需要注意一定的問題，在利用薄內(nèi)澆道時，需要在鑄件凝固前先凝固，并且采用暗冒口，通過有效的措施對冒口頂部的凝固時間進(jìn)行延緩，高溫鐵液進(jìn)行澆注。

（三）無冒口工藝

如果遇到比較獨(dú)特的情況，有時即使沒有冒口也能夠得到合格的鑄件，如果薄壁件的壁厚比較均勻，使用比較大的澆注系統(tǒng)收縮凝固鐵液時，可以使用澆口杯，通過直澆道進(jìn)行鐵液的補(bǔ)給。在鑄件的大部分進(jìn)行凝固時得到比較完全的鑄件。

如果鑄件壁部比較厚，一般澆注的溫度是1300℃左右，澆注完畢后會呈現(xiàn)出粥狀的凝固，科學(xué)使用石墨化膨脹，得到完好的鑄件。但是無論如何，需要保證鑄型的堅(jiān)固，這是前提和基礎(chǔ)，有效控制鐵液的CE值，同時控制不利于石墨化的相關(guān)元素。

四、結(jié)語

總而言之，圓筒型的球鐵件鑄造需要有較高的合格率，不僅需要良好的工藝設(shè)計(jì)和措施，還需要有效的工藝參數(shù)，在此過程中需要鑄造的相關(guān)人員對此問題進(jìn)行有效的研究和分析，改進(jìn)圓筒型球鐵件鑄造的相關(guān)工藝，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)等不利的情況，使得圓筒型的球鐵件成品合格率得到顯著的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳攀龍.大型球鐵件的鑄造工藝改進(jìn)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，16：11-12.

[2] 李潤生.大型球鐵件的鑄造工藝設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代鑄鐵，2011，06：48-53.

[3] 崔亞迪，胡智濤.剖析環(huán)冷機(jī)球墨鑄鐵件鑄造工藝[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，18：107.