淺談改進(jìn)瑪鋼管件澆冒口理論設(shè)計(jì)

韓凱 艾晨光

摘 要：本文針對(duì)可鍛鑄鐵管路連接件生產(chǎn)中的縮松缺陷及解決縮松所采取的工藝措施，通過理論分析及實(shí)際舉例，探討彎角冒口工藝生產(chǎn)可鍛鑄鐵管路連接件的可行性。

關(guān)鍵詞：縮松;熱節(jié);暗冒;冒口;澆注系統(tǒng);沖型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.053

1 前言

可鍛鑄鐵鑄態(tài)為白口組織，凝固時(shí)無石墨析出，碳以滲碳體的形式存在，收縮較大，在鑄件中極易產(chǎn)生縮松缺陷。

在可鍛鑄鐵連接件生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方案是按照順序凝固的原則，通過設(shè)置暗冒來消除收縮對(duì)管件造成的影響。為減少縮松類的缺陷，在設(shè)計(jì)暗冒時(shí)，通常把暗冒設(shè)計(jì)的又高又大，這樣不僅降低了工藝出品率，而且最主要的縮松缺陷也沒有的到有效的扼制。

整改前，按彎頭現(xiàn)有工藝生產(chǎn)時(shí)，縮松部位為彎角和交口對(duì)側(cè)，位置不固定，導(dǎo)致縮松問題時(shí)有時(shí)無，很容易造成批量廢品。

2 理論分析

2.1 結(jié)構(gòu)及凝固分析

管件多為壁厚均勻的薄壁件，結(jié)構(gòu)為管狀。由于壁厚小，散熱面積大，且鑄型一般為濕砂型，激冷能力強(qiáng)，所以在管件截面上的溫度梯度較大，趨于逐層凝固方式凝固，不具備形成縮松的基本條件。

管件的凝固時(shí)間較短，傾向于同時(shí)凝固。而且在凝固過程中，由于凝固收縮的抽吸作用，隨著凝固，澆冒系統(tǒng)內(nèi)的鐵水被“吸”進(jìn)型腔補(bǔ)充因收縮減小的部分，也就是說，管件有著很好的自補(bǔ)縮能力。通過以上分析可以說管件產(chǎn)生縮松的傾向較小。

2.2 澆注系統(tǒng)分析

（1）鐵水流經(jīng)路徑：澆口杯——直澆道——澆口座——各級(jí)橫澆道——內(nèi)澆道——暗冒——冒口頸進(jìn)入鑄件。如圖1所示：

1—澆口杯——鐵水注入口。

2—直澆道——導(dǎo)流。

3—澆口座——分流鐵水。

4、5—橫澆道——分流、擋渣，分一級(jí)（澆道4）、二級(jí)（澆道5）、三級(jí)……

6—內(nèi)澆道——與暗冒直接相連段橫澆道，將鐵水引入暗冒。

7—暗冒——補(bǔ)縮、保溫，按內(nèi)澆口個(gè)數(shù)分為單澆口、雙澆口、多澆口暗冒。

8—內(nèi)澆口——充型、補(bǔ)縮。

（2）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)瑪鋼模具一箱多件的特點(diǎn)，采用封閉—開放式澆注系統(tǒng)，將阻流截面設(shè)在橫澆道，利于平穩(wěn)充型、擋渣。澆注系統(tǒng)各組元截面積比例為A直澆道：A橫澆道：A內(nèi)澆道：A內(nèi)澆口=1.2：1：（1.1～1.2）：（1.3～1.6）（中小件取1.3，大件及油任類取1.6）。

根據(jù)上面截面積比例可知，由于冒口頸總截面積比橫澆道總截面積大，雜質(zhì)往往上浮不到金屬液面即被吸入型腔，在管件中形成夾雜（渣）缺陷?？梢哉f，金屬液面升到冒口頸頂部以前，冒口擋渣、集渣的作用甚微。

2.3 澆冒口分析

冒口在工藝設(shè)計(jì)中是不容忽視的一部分，它起著補(bǔ)縮、貯存鐵水、保溫及擋渣、集渣的作用。同時(shí)也浪費(fèi)鐵水，降低工藝出品率;不利造型，影響砂型緊實(shí)度，易造成掉砂等缺陷，降低合格率;對(duì)鑄件凝固過程有熱干擾等弊端也不可避免地出現(xiàn)。因此，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)在保證得到合格管件的前提下，盡量減小冒口。

首先，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)中，按照順序凝固原則，不容置疑地把冒口設(shè)置在鑄件的熱節(jié)處，以達(dá)到鑄件按順序凝固并把縮松留在冒口中的目的。由于管件的熱節(jié)大多呈圓環(huán)狀而設(shè)計(jì)時(shí)又不可能在熱節(jié)周圍都設(shè)置冒口，生產(chǎn)中常常通過加大冒口的方法增加靜壓力，以此來增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮能力，所以冒口往往設(shè)計(jì)得又高又大。如果把冒口和鑄件看作一體的話，那么本來就大的熱節(jié)相應(yīng)地就更大了，在設(shè)置冒口的部位也往往容易產(chǎn)生縮松。例如，管件設(shè)置冒口的分型面附近是最容易出現(xiàn)縮松的部位因此，在設(shè)計(jì)冒口時(shí)決不能忽視它對(duì)管件的熱干擾。

其次，管件多為薄壁小件，體積小，重量輕。尤其2吋以下小規(guī)格的管件，重量不多超過1Kg。因此，雖然可鍛鑄鐵收縮率較大，但是管件因收縮減少的體積也不會(huì)太大，而且管件熱節(jié)多為環(huán)狀，若把因收縮減小的體積分散到熱節(jié)處，那么產(chǎn)生的縮松也就微乎其微了。加之管件趨于同時(shí)凝固，在澆注、凝固過程中有著很好的自補(bǔ)縮能力，因此，管件產(chǎn)生破壞性縮松的傾向很小。

再者，冒口頸凝固時(shí)間通常要比管件凝固時(shí)間短。考慮鐵水流經(jīng)冒口頸時(shí)散熱的影響，澆注完畢后，冒口頸與管件幾乎同時(shí)凝固，冒口頸受散熱的影響，澆注完畢后，冒口頸與管件幾乎同時(shí)凝固，冒口頸凝固后堵死了冒口的補(bǔ)縮通道，雖然冒口高大但也不能對(duì)管件有效地補(bǔ)縮。因此，筆者認(rèn)為在管件工藝設(shè)計(jì)中的冒口的作用應(yīng)該是保證冒口頸處有足夠高的溫度，使冒口頸不致過早地凝固，以利鐵水充型，得到形狀完整的管件。所以，在工藝設(shè)計(jì)中，不必為了增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮能力而把冒口設(shè)計(jì)得又高又大。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于經(jīng)驗(yàn)的差異，在按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)冒口時(shí)，設(shè)計(jì)的結(jié)果各不相同。有時(shí)雖然冒口尺寸相差很大，但結(jié)果卻相同。例如，按資料所說冒口頂部要比上型內(nèi)的鑄件最高點(diǎn)20-30mm，而實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)我們只高出10-20mm，有些冒口高度還要小，甚至比管件低，結(jié)果也能得到質(zhì)量合格的管件。因此，在設(shè)計(jì)冒口時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析，不能死搬硬套。

2.4 縮松位置分析

管件中的縮松缺陷，大多產(chǎn)生在管件不厚不均和彎角處，縮松端口處觀察可能伴有夾渣的情況，導(dǎo)致縮松嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)分析可知：

（1）薄壁件容易產(chǎn)生縮松;

（2）常規(guī)工藝中有檔渣集渣不足的情況;

（3）澆口位置設(shè)計(jì)局限也是縮松的重要原因;

（4）有的管件暗冒沒有補(bǔ)縮作用;

（5）管件中的縮松還伴有其它制作缺陷。

3 新工藝設(shè)計(jì)分析及實(shí)踐

由于可鍛鑄鐵鐵水容易氧化，發(fā)氣量大且渣多不易清除，流動(dòng)性差，所以在設(shè)計(jì)澆冒系統(tǒng)時(shí)要充分考慮集渣和排氣。

3.1 冒口的設(shè)計(jì)

在冒口設(shè)計(jì)工藝中，冒口主要起到保溫和緩和鐵水對(duì)型腔的沖擊作用。在保證沖型的前提下，冒口應(yīng)能為冒口頸提供足夠的熱量，使冒口頸處有足夠高的溫度，保證在澆注過程中冒口頸不致過早地凝固，以利于鐵水沖型快。在設(shè)計(jì)冒口高度時(shí)，高度一般為模樣高度的1.2-1.3倍，這樣保證高于被補(bǔ)縮的位置，且澆口容易被清除。

在設(shè)計(jì)過程中，我們按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行試驗(yàn)：

（1）在原有冒口基礎(chǔ)上，減小冒口高度;

（2）減少冒口數(shù)量;

（3）適當(dāng)減小冒口直徑;

（4）采用小冒口工藝。

3.2 改進(jìn)舉例

現(xiàn)階段我公司冒口頸位置基本位于管件端部，小件沖型補(bǔ)縮效果較好，但大件澆口對(duì)側(cè)彎角補(bǔ)縮效果差，需要增加暗冒數(shù)量來解決。產(chǎn)生原因?yàn)閺澖遣课粸閮?nèi)角，散熱條件差，散熱緩慢，所以容易產(chǎn)生縮松。

針對(duì)以上分析，我們?cè)诠に囋O(shè)計(jì)時(shí)把澆注位置有端面改在彎角處，暗冒高度不變，但彎角處增加了筋，使暗冒更容易發(fā)揮補(bǔ)縮作用，已40彎頭為例，改進(jìn)前后如圖2所示。

3.3 試驗(yàn)

通過分析認(rèn)為，90?彎頭彎角部位為內(nèi)角，散熱條件較差，散熱相對(duì)較緩慢，是管件的最大熱節(jié)所在。因此，該部位易產(chǎn)生縮松。

針對(duì)以上分析，我們?cè)诠に囋O(shè)計(jì)時(shí)把澆注位置由端面改在彎角處，冒口頂部與上型中的管件高度持平。另外，在彎角處增設(shè)了筋條，這樣既集中了熱節(jié)區(qū)域，使冒口更易發(fā)揮補(bǔ)縮作用，同時(shí)又保證管件在外形上有最大限度的一致性。

實(shí)踐證明，該工藝基本消除了縮松缺陷?？赏茝V到三通、四通、內(nèi)外絲彎頭的工藝設(shè)計(jì)中，可顯著提高管件的工藝出品率和合格率。

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作者簡(jiǎn)介：韓凱（1989-），男，河北玉田人，本科，助理工程師，從事可鍛鑄鐵模具設(shè)計(jì)。