垂直線生產(chǎn)的可鍛鑄鐵管件缺陷改進措施

陳鳳宇 劉穎

摘 要：通過對比垂直澆注與水平澆注區(qū)別，針對垂直線生產(chǎn)可鍛鑄鐵管件出現(xiàn)的較嚴(yán)重的氣孔、夾渣、縮松缺陷，分析缺陷產(chǎn)生原因，并通過改進澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及排氣方式，解決可鍛鑄鐵管件氣孔、夾渣、縮松缺陷。

關(guān)鍵詞：澆口杯;澆道;卷氣;排氣;擋渣;補縮

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.039

垂直造型與水平造型工藝特點的區(qū)別，致使其在生產(chǎn)中出現(xiàn)的鑄造缺陷也有所不同，利用垂直線生產(chǎn)瑪鋼管件的主要缺陷是氣孔，其次是夾渣、縮松，解決上述缺陷關(guān)鍵是通過優(yōu)化模具設(shè)計。

1 優(yōu)化澆注系統(tǒng)設(shè)計，避免氣體卷入砂型型腔

1.1 優(yōu)化澆口杯設(shè)計，防止鐵水飛濺

采用圓口六角弧面澆口杯，澆口杯承接鐵水面應(yīng)避免出現(xiàn)大的平面（如圖1），盡量設(shè)計成圓弧面承接鐵水（如圖2）。澆口杯端部設(shè)計成圓口便于找準(zhǔn)澆口，六角弧面設(shè)計便于鐵水匯集注入直澆道。現(xiàn)場澆注情況也表明圖2形式的澆口杯更便于控制鐵水流速。

1.2 優(yōu)化澆道的設(shè)計，將豎直澆道設(shè)計成截面積連續(xù)漸變的梯形

鐵水在豎直向下流動過程，受重力加速度影響，鐵水截面積越來越小，因此應(yīng)將直澆道設(shè)計成截面積連續(xù)漸變的梯形;否則鐵水流動過程會在直澆道中留有空隙，因此造成鐵水流動吸氣并卷入鐵水進入鑄件型腔，若氣體排出不暢就會造成氣孔缺陷。因垂直生產(chǎn)的工藝特點，可鍛鑄鐵鑄件自上而下分層排布，不同層鑄件鐵水接近同時澆注，豎直澆道設(shè)計計算公式如下：

F——豎直澆道截面積，單位mm2;

G——該處澆道充型的所有鑄件的總質(zhì)量，單位Kg;

t——設(shè)計充型時間，單位sec;

m——損失因數(shù)，鐵水在澆注系統(tǒng)中流速降低系數(shù)，一般取0.6;

H——鐵水在澆道處的靜壓頭高度。

1.3 設(shè)置排氣結(jié)構(gòu)，便于鑄件型腔氣體排出

在砂型、砂芯處開設(shè)排氣槽，在鑄件最后充型部位開設(shè)排氣通道，若鑄件位置局限無法開設(shè)排氣通道，可以設(shè)置集氣空腔。另外，也可以在澆道上設(shè)置阻流截面減緩鐵水流速，以利于型腔排氣。

2 優(yōu)化澆注系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)置各種集渣結(jié)構(gòu)，提高澆注系統(tǒng)擋渣效果

2.1 按封閉式或半封閉式設(shè)計澆注系統(tǒng)

可鍛鑄鐵生產(chǎn)用廢機鐵、廢鋼、回爐料等原材料一般純凈度較差，造成鐵水極易混進雜質(zhì)，同時中頻爐熔煉鐵水也不利于鐵水夾渣排出，因此可鍛鑄鐵管件模具的澆注系統(tǒng)一般需設(shè)置成封閉式或半封閉式，以提高澆注系統(tǒng)擋渣效果。結(jié)合垂直造型特點，橫澆道做成窄而高楔形結(jié)構(gòu)，楔形窄面朝下，如圖3。楔形結(jié)構(gòu)上下寬度比約為2：1，高度約為下部寬度的4倍，楔形結(jié)構(gòu)利于鐵水盡快充滿澆道，且利于鐵水夾渣的上浮。為提高澆道擋渣效果，將水平澆道與豎直澆道的搭接截面設(shè)計成薄而寬的扇形結(jié)構(gòu)，如圖4;各部分澆道在分流時，應(yīng)將相互搭接的澆注分別置于正反板上。

2.2 澆口杯上設(shè)置集渣包

如圖2，在澆口杯底部設(shè)置長度約25mm的集渣包，收集第一股冷鐵水及飛濺的鐵水。

2.3 水平澆道、豎直澆道末端設(shè)置集渣包

集渣包對凈化鐵水，減輕鑄件缺陷有一定的作用，集渣包一般設(shè)置在澆道末端。在水平澆道末端設(shè)置楔形集渣包，將流經(jīng)的頭股冷鐵水、臟貼水及表面浮渣匯集于此。楔形集渣包一般長出最后一個豎直澆道30～40mm，楔形兩端高度比為2：1，結(jié)構(gòu)如圖5。

在豎直澆道末端設(shè)置球形或圓柱形集渣包，將流經(jīng)的頭股冷鐵水、臟貼水及浮砂、鐵豆匯集于此。集渣包結(jié)構(gòu)如圖6。

3 優(yōu)化設(shè)計暗冒結(jié)構(gòu)形式，提高暗冒補縮效率

可鍛鑄鐵件是經(jīng)鑄態(tài)白口坯件經(jīng)高溫石墨化退火后獲得的，鑄態(tài)白口坯收縮傾向大，補縮不足極易產(chǎn)生收縮缺陷。根據(jù)可鍛鑄鐵管件結(jié)構(gòu)特點一般用側(cè)熱暗冒口補縮，采用熱節(jié)圓法設(shè)計暗冒尺寸，補縮距離按熱節(jié)圓直徑的4.5計算。為提高暗冒補縮效率，暗冒上半部分需保證足夠高度，并設(shè)置“V”暗冒窩延遲暗冒頂部凝固，避免暗冒內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，降低暗冒內(nèi)鐵水提高補縮能力;暗冒下半部分要較澆口厚3～5mm，延緩冒口頸凝固。暗冒結(jié)構(gòu)式如圖7。

4 結(jié)論

采用封閉式澆注系統(tǒng)，增加排氣通道，設(shè)置集渣包等措施后，經(jīng)試驗可鍛鑄鐵管件的氣孔、夾渣、縮松缺陷明顯減少，取得了較好效果。

參考文獻：

[1]中國機械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊：鑄鐵（第二版）[M].機械工業(yè)出版社.

[2]中國機械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊：鑄造工藝（第二版）[M].機械工業(yè)出版社.

[3]李昂，吳密.鑄造工藝設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)質(zhì)量控制實用手冊[M].金版電子出版社，2003（05）.

作者簡介：陳鳳宇（1976-），男，河北玉田人，本科，助理工程師，技術(shù)部副部長，研究方向：優(yōu)化溝槽及瑪鋼管件模具設(shè)計工藝，從事新產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及與模具相關(guān)缺陷的技術(shù)指導(dǎo)。