鑄鐵件冷鐵冒口的研究和應(yīng)用

遼陽(yáng)鍛壓機(jī)床股份有限公司 （遼寧 111000） 張懷敏 楊東明

1.概述

冷鐵冒口是根據(jù)鑄件均衡凝固理論與有限補(bǔ)縮原則，結(jié)合無(wú)冒口鑄造的理論設(shè)計(jì)的新型冒口，其特點(diǎn)體現(xiàn)在壓邊冒口頸處安放冷鐵，利用冷鐵吸熱消除冒口和鑄件形成的接觸熱節(jié)，并充分利用鐵液的凝固膨脹獲得質(zhì)量較好的鑄件。

例如，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示的圓盤類鑄件，要求內(nèi)部組織致密，無(wú)縮孔、縮松。由于以前的粘土砂干型造型工藝一直不定型，質(zhì)量很不穩(wěn)定。若采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)冒口，則鑄件的冒口根部至中間熱節(jié)處常產(chǎn)生不同程度的縮孔、縮松缺陷。而改用壓邊冒口加分散小澆道工藝，在冒口的下部盤的中間部位約90°的范圍內(nèi)仍有嚴(yán)重的縮松，而用無(wú)冒口鑄造，鑄件上平面出現(xiàn)縮凹，都會(huì)影響盤的加工和使用。應(yīng)用冷鐵冒口工藝后，徹底消除了盤內(nèi)縮孔、縮松缺陷，取得了顯著的效果。

2.原工藝存在的問題分析

（1）傳統(tǒng)順序凝固工藝存在的問題 ①平做平澆。在鑄件的頂面設(shè)置3個(gè)明冒口（φ160mm×350mm），如圖2所示。此工藝進(jìn)入冒口的鐵液溫度較低，降低了冒口的補(bǔ)縮效果。由于鐵液的熱對(duì)流和補(bǔ)縮流動(dòng)，冒口頸處和鑄件的連接處熱量集中，造成物理熱節(jié)和鑄件幾何熱節(jié)相重合，使冒口和盤的接觸熱節(jié)加大，因此去除冒口后，冒口根部及冒口部位盤的內(nèi)部常有縮孔、縮松，且冒口根部石墨粗大，組織較疏松，工藝出品率低，質(zhì)量不穩(wěn)定。②平做立澆。在盤的徑向加一個(gè)φ160mm×350mm的明冒口，如圖3所示。此工藝雖預(yù)熱冒口，并增加了冒口的壓力，但仍有縮孔、縮松，且盤的斷面質(zhì)量不均勻。

由此可見，應(yīng)用傳統(tǒng)工藝方法設(shè)計(jì)冒口，要使熱節(jié)由鑄件轉(zhuǎn)移到冒口，就需要非常強(qiáng)的順序凝固形式，而要想使冒口對(duì)后期收縮進(jìn)行補(bǔ)償，這是不可能的。只有充分利用膨脹，將膨脹引起的壓力用于補(bǔ)償后期收縮，才能生產(chǎn)出具有較高工藝出品率且沒有縮松的鑄件。

（2）壓邊冒口加分散內(nèi)澆道存在的問題 平做平澆，在鑄件上面加一個(gè)或兩個(gè)壓邊冒口，分散內(nèi)澆道，如圖4所示。由于冒口底部的型砂過熱，打破了原來(lái)鑄型的溫度分布狀態(tài)，使其形成人為熱節(jié)，且壓邊寬度對(duì)鐵液溫度、化學(xué)成分有嚴(yán)格的要求，難以掌握，冒口頸不能在有限補(bǔ)縮后及時(shí)封閉，或是未實(shí)現(xiàn)有限補(bǔ)縮就已經(jīng)封閉。去除冒口后，壓邊處常出現(xiàn)縮孔、縮松，且冒口處盤的中間部位約90°的范圍內(nèi)有明顯縮孔、縮松。

（3）無(wú)冒口鑄造存在的問題 采用分散澆道的無(wú)冒口鑄造，由于沖天爐熔化鐵液，材料不能定點(diǎn)供應(yīng)，無(wú)法保證高的冶金質(zhì)量，并且球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵存在衰退問題，不能保證在要求的溫度范圍內(nèi)澆注，因此鑄件的上平面出現(xiàn)縮凹，且盤的上部有石墨粗大現(xiàn)象。

3.冷鐵冒口的應(yīng)用

（1）理論依據(jù) 根據(jù)美國(guó)學(xué)者卡塞博士的研究理論，生產(chǎn)模數(shù)大于2.5cm的厚大球墨鑄鐵件和灰鑄鐵件，在高的冶金質(zhì)量和鑄型強(qiáng)度下，可以無(wú)冒口鑄造。但由于熔煉的冶金質(zhì)量差且成分不穩(wěn)定，尤其是球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵存在衰退問題，不能保證要求的澆注溫度，所以必須采用小冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。

我們運(yùn)用均衡凝固理論，采用壓邊冒口進(jìn)行液態(tài)補(bǔ)縮。但由于壓邊冒口本身的特點(diǎn)決定了冒口無(wú)明顯的冒口頸，這對(duì)冒口與鑄件補(bǔ)縮系統(tǒng)的冷卻，以及凝固條件和鑄型溫度場(chǎng)的分布產(chǎn)生了影響，不能有效地利用有限補(bǔ)縮，因此如何消除這部分影響是解決問題的關(guān)鍵。

根據(jù)上述理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，以互為補(bǔ)充為原則，我們研究應(yīng)用了冷鐵冒口新工藝，在冶金質(zhì)量不高、鐵液溫度波動(dòng)大的情況下，生產(chǎn)出了內(nèi)部組織致密的鑄件。

（2）冷鐵冒口的補(bǔ)縮機(jī)理 冷鐵冒口工藝是無(wú)冒口鑄造理論同均衡凝固理論的有機(jī)結(jié)合。采用壓邊冒口的形式，在壓邊縫隙處安放大小和形狀合適的冷鐵，用冷鐵來(lái)平衡冒口根部集中的熱量，消除人為熱節(jié)，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)冒口對(duì)鑄件以及鑄件自身的補(bǔ)縮能力。同時(shí)，冷鐵又可以加快壓邊冒口縫隙處的凝固速度，從而使壓邊寬度增加，這使液態(tài)補(bǔ)縮更加充分有效，在達(dá)到均衡時(shí)，在冷鐵的作用下冒口縫隙迅速凝固封閉，利用其自身的膨脹壓力獲得健全的鑄件。

（3）冷鐵冒口的應(yīng)用條件 ①模數(shù)大于2.5cm的各類球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、灰鑄鐵及合金鑄件。②普通粘土砂干型和其他自硬砂型。

4.應(yīng)用案例

（1）用此工藝生產(chǎn)的摩擦盤、蠕墨鑄鐵盤、合金精研盤及球墨鑄鐵板，徹底解決了鑄件內(nèi)部縮松問題，使其使用壽命提高了一倍以上。

（2）用冷鐵冒口工藝生產(chǎn)厚大球墨鑄鐵件，得到了滿意效果。如2.5t球墨鑄鐵機(jī)身，鑄件表面完好，經(jīng)無(wú)損檢測(cè)，內(nèi)部無(wú)任何缺陷。

澆注系統(tǒng)采用半封閉式，內(nèi)澆道分散引入。各單元截面比為F內(nèi)∶F橫∶F直=1∶（1.3～1.5）∶（1.1～1.3）。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）冷鐵冒口應(yīng)用于厚大球墨鑄鐵件、蠕墨鑄鐵件和灰鑄鐵件，徹底解決了鑄件內(nèi)部的縮孔和縮松問題。

（2）冷鐵冒口的應(yīng)用，放寬了對(duì)冶金質(zhì)量的要求，適應(yīng)性強(qiáng)。

（3）放寬了壓邊寬度值，降低了冒口對(duì)壓邊寬度的敏感性。

（4）由于冷鐵可迅速封閉冒口頸，鑄件在澆注過程中可一次澆注到要求高度，而不用點(diǎn)冒口，給操作帶來(lái)了很大方便。

（5）冷鐵冒口的應(yīng)用，提高了鑄件的工藝出品率，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（20121020）