鑄鐵件表面有限補(bǔ)縮與縮短收縮時間的關(guān)系

張懷敏 楊東明

(遼陽鍛壓機(jī)床股份有限公司，遼寧111000)

作者簡介：張懷敏(1967—)女，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事鑄造工藝設(shè)計方面的技術(shù)工作。

自均衡凝固的理論推廣以來，在鑄造工程領(lǐng)域起到了較大的作用。長期以來，順序凝固和同時凝固難以解決和不能解決的鑄造缺陷，諸如冒口根部的夾砂、縮孔、縮松，出氣冒口根部的氣、縮孔等都可以運(yùn)用小冒口、特殊形冒口、不用冒口等多種方式很好地解決，這對提高鑄鐵件的工藝出品率有著積極的進(jìn)步意義。均衡凝固理論能彌補(bǔ)順序凝固和同時凝固的不足，這在理論和實踐上都得到了行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。

1 理論依據(jù)

鑄鐵件表面收縮時間AP的長短對鑄件質(zhì)量和廢品率有很大影響。要使鑄件表面收縮時間縮短的重要原因在于使鑄件收縮和膨脹的時間盡可能達(dá)到一致，見圖1。我們可以用微積分的方法把鑄件整體看作若干個微小單位的組合體，在鑄件冷卻凝固時，單位甲在收縮初始需要補(bǔ)縮時，單位乙開始石墨化膨脹，甲乙脹縮時間近乎同時發(fā)生。通過對鑄件的這種不斷補(bǔ)縮，使其表面的收縮時間趨于零。無冒口鑄造可以定義為表面收縮時間基本等于零的鑄造。

當(dāng)然，從理論上講，鑄件的表面收縮時間受鑄件的幾何形狀、尺寸大小、壁厚差異及鑄造工藝等多種因素的影響。在無法改變鑄件的幾何形狀、尺寸大小、壁厚差和材質(zhì)等固定因素的情況下，鑄件澆注速度的快慢、澆注溫度的高低、澆冒口系統(tǒng)的大小以及冒口和冷鐵的分布等情況則是可以影響鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

圖1 鑄件收縮和膨脹的疊加Figure 1 The superposition of shrinkage and expansion of castings

2 具體工藝

(1) 澆注的速度對鑄件質(zhì)量的影響

以加快澆注速度，將鐵水控制在很短的時間內(nèi)充滿鑄型，使流動著的鐵水快速平靜下來并有序地冷卻凝固、有序地脹縮相抵，加上合適的補(bǔ)縮冒口，是個優(yōu)化的工藝方案。如果澆注的速度過慢，勢必使先通過型砂的鐵水與后進(jìn)入的鐵水表面溫度差距過大，最后靜止的鐵水往往只在熱節(jié)處集中，縮脹時差擴(kuò)大，從而造成鑄件表面收縮時間延長，對鑄件質(zhì)量造成惡劣的影響。另一方面，澆注快的鐵水由于溫度損失小，可以明顯減少氣孔。在生產(chǎn)實踐中內(nèi)澆口根部有縮松的鑄件，一般都是由于澆速慢產(chǎn)生的。通常來說，兩噸內(nèi)的鑄件理論澆注時間應(yīng)在60 s內(nèi)完成，兩噸以上的在2 min之內(nèi)完成較為合理。

(2) 冒口和冷鐵的處理工藝

均衡凝固的冒口為有限補(bǔ)縮冒口，冒口的位置要離開熱節(jié)并離熱節(jié)近些為適當(dāng)，冒口尺寸應(yīng)小于或等于鑄件的熱節(jié)圓。冷鐵應(yīng)被放到厚壁處和熱節(jié)處。

(3)內(nèi)澆口的分布

內(nèi)澆口的分布對鑄件表面收縮時間的影響很大，鑄件的薄壁處及邊緣部分開設(shè)內(nèi)澆冒口最為適當(dāng)。同時盡量避免內(nèi)澆口的鐵水流經(jīng)鑄件的熱節(jié)區(qū)。因為平板型鑄件的每個面都要加工，不能存在氣孔、砂眼、縮松等缺陷，所以平板型鑄件應(yīng)采用強(qiáng)補(bǔ)縮工藝。

在側(cè)邊澆冒口的工藝中板的熱節(jié)就是該板厚度。由于其中心散熱較慢，主要熱節(jié)在中心部位，側(cè)邊冒口工藝能有效離開中心熱節(jié)，但其弱點(diǎn)是中心部位易出現(xiàn)縮凹缺陷。因為平板中部是高溫鐵水的必經(jīng)之路，這會使中心部位溫度快速升高，使得中心部位冷卻收縮時間加長，而四周側(cè)邊、棱角邊和底邊冷卻較快。這樣一來，就鑄件整體而言，收縮和膨脹的時間差擴(kuò)大了，中心部位收縮需要補(bǔ)縮時，其它部位石墨化膨脹已經(jīng)結(jié)束，冒口頸因堵死而引起縮凹。

澆口分成兩個或多個的好處在于鐵水可以從邊緣處進(jìn)入鑄型，冒口放在鑄型側(cè)邊的四分之一處，內(nèi)澆口在鑄件邊緣開設(shè)，鐵水從側(cè)面進(jìn)入鑄型時可以有效升高側(cè)邊溫度，中心部位的高溫鐵水減少，鑄件中心部位溫度降低，脹縮相抵加強(qiáng)，有效提高了鑄件質(zhì)量并降低了廢品率。

3 結(jié)論

(1)合理的冒口有限補(bǔ)縮位置比合理的冒口尺寸更為重要。對一些冒口位置安放不當(dāng)?shù)蔫T件，改變一下冒口的位置，用小冒口也可收到較好的補(bǔ)縮效果。

(2)在鑄件的局部小熱節(jié)上扎一至數(shù)個出氣口，通過出氣口使熱節(jié)部位的熱量迅速轉(zhuǎn)移，可起到消除局部小熱節(jié)的作用，是提高小件工藝品率的有效方法，有時比放置補(bǔ)縮冒口效果好。