關(guān)于非均勻壁厚金屬型重力鑄件縮孔縮松的消除

董建平 于艷紅 李彥明

（1.遼寧錦興電力金具科技股份有限公司，遼寧錦州121116；2.遼寧省錦州市機(jī)電工程學(xué)校，遼寧 錦州121001）

采用金屬型重力澆注不均勻壁厚鋁合金懸垂線夾鑄件很容易出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋、和冷隔等缺陷，正確地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，合理地選擇工藝參數(shù)，有效地控制其過程，能很好地防止上述缺陷出現(xiàn)，提高了產(chǎn)品品質(zhì)，降低了廢品率和材料消耗。

1．鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝分析

CTSJ-2懸垂線夾是用于電力線路上的重要部件，要求具有較高的力學(xué)性能，對(duì)導(dǎo)線良好的握力及適應(yīng)導(dǎo)線振動(dòng)，外形見圖1，輪廓尺寸為 207.5mm×125mm×210.5mm，毛坯質(zhì)量為0.9kg，采用ZL102D合金。該鑄件要求有良好的表面品質(zhì)，內(nèi)部組織要致密，無縮孔、縮松、裂紋和冷隔等缺陷，要求承受破壞載荷σb﹥40MP，為滿足產(chǎn)品性能要求，選用金屬型重力鑄造。

CTSJ-2形狀不規(guī)則，在中心部位有較大的熱節(jié)，壁厚從最薄6mm到最厚40mm是典型壁厚不均勻鑄件，鑄造難點(diǎn):○1中間部位A處有一φ36mm較大熱節(jié)，而且受產(chǎn)品形狀所限，不能設(shè)置較大冒口，因此鑄件易出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷；○2207.5mm×125mm周邊加強(qiáng)筋為R3mm，易產(chǎn)生澆不足和冷隔缺陷；○3鑄件分型較困難，兩個(gè)32mm×53mm×16mm長方槽和一個(gè)20mm×48mm×50mm半園弧型槽須用活塊鑄出，一個(gè)φ18孔用鐵芯鑄出，長度207.5mm方向上的兩個(gè)方槽也直接鑄出。

2.工藝設(shè)計(jì)

針對(duì)以上所述情況，在工藝設(shè)計(jì)上采取如下措施:

（1）鑄件以長207.5mm為水平邊置于型腔內(nèi)，使其澆注狀態(tài)下高度最小，既有利于鑄件得到補(bǔ)縮，同時(shí)可減少液流對(duì)鑄型及型芯的沖擊，并防止其產(chǎn)生二次氧化、夾渣和氣孔，而且便于取出鑄件和抽撥金屬芯及活塊，避免鑄件變形和損傷。

（2）因?yàn)閆L102D鋁合金比重輕、流動(dòng)性差、收縮大、而且鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑極易吸氣和氧化結(jié)皮，如果破裂的氧化皮卷入鋁液中就很難上浮去除，使鑄件形成氧化夾渣，降低其力學(xué)性能，所以澆注系統(tǒng)應(yīng)平穩(wěn)無飛濺和沖擊地充填鑄型，并能阻止溶渣和氣體被金屬液帶入型腔，且充填時(shí)間要短，拋渣能力要強(qiáng)，因此澆注系統(tǒng)采用傾鈄直澆道。

（3）鑄件采取順序凝固，通過液態(tài)金屬進(jìn)入型腔的位置，調(diào)節(jié)金屬型與鑄件各部分的溫度分布以控制鑄件的凝固順序，使鋁液在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿鑄型。

（4）為了對(duì)鑄件熱節(jié)處進(jìn)行補(bǔ)縮，將內(nèi)澆道開在鑄件厚大部位處（A處）并通過冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，以利于得到組織致密的鑄件。

（5）利用噴涂不同厚度的涂料來控制鑄件凝固速度。

3．金屬型設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)、工藝分析和設(shè)計(jì)，結(jié)合我公司生產(chǎn)設(shè)備情況，設(shè)計(jì)了金屬型重力澆注模具，如圖2所示。

（1）金屬型分型面一個(gè)是以零件豎直對(duì)稱中心線垂直分型，另一個(gè)是以兩個(gè)R17為分型線曲面分型，形成動(dòng)、定模，動(dòng)模又分左右二模。

（2）φ18mm孔采用手動(dòng)抽芯，并在模具上加工有定位孔，確保了型芯定位可靠，不會(huì)因澆道金屬液的沖擊而產(chǎn)生偏移，同時(shí)利用型芯與定位孔的配合間隙可排氣，有利于保證鑄件內(nèi)在質(zhì)量。

（3）活塊一形成20mm×48mm×50mm半園弧型槽、活塊二、三分別形成兩個(gè)53mm×31mm×17mm矩形槽。

（4）在模具頂端開設(shè)0.5mm排氣槽。

（5）金屬型在澆注時(shí)，要承受鋁液的動(dòng)壓力和靜壓力，為防止鋁液從分型面流出，減小金屬型的翹起變形，采用磨擦鎖緊機(jī)構(gòu)。

4．工藝參數(shù)確定

（1）鋁液熔煉

鋁液熔煉過程中要嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程，爐料配比準(zhǔn)確并做好變質(zhì)和精煉處理，控制好鋁液熔煉溫度和時(shí)間。

（2）金屬型預(yù)熱溫度

金屬型預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)鑄件尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)避免金屬液冷卻太快，造成氣孔、縮孔和裂紋缺陷，前后模、活塊和金屬芯預(yù)熱250℃～300℃。

（3）金屬型澆注溫度和速度

○1由于金屬型導(dǎo)熱能力強(qiáng)，冷卻速度大，如果澆注時(shí)鋁液溫度過低將會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生冷隔、縮孔和縮松等缺陷，鋁液溫度過高則鑄件冷卻緩慢，結(jié)晶粗大，力學(xué)性能降低，易形成氣孔和針孔等缺陷，為避免這些缺陷產(chǎn)生，鋁液澆注溫度應(yīng)為700℃～720℃，并用溫度顯示儀嚴(yán)格監(jiān)控鋁液溫度。

○2由于金屬型的激冷和不透氣，故金屬液充填型腔要快，澆注時(shí)間要短。

5．試制及生產(chǎn)情況

（1）試制

模具制作完成后澆注試驗(yàn)，澆注中嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，從整個(gè)澆注過程看，合型、澆注、脫模及鑄件取出都比較好，鑄件沒有出現(xiàn)氣孔、冷隔缺陷，但在鑄件熱節(jié)A處出現(xiàn)縮孔和縮松缺陷，需要補(bǔ)焊。

（2）缺陷分析及采取糾正措施

○1缺陷產(chǎn)生的原因：在模具設(shè)計(jì)時(shí)雖考慮了為使鑄件順序凝固，將澆道（以澆代冒）開在鑄件熱節(jié)處補(bǔ)縮熱節(jié)，但由于鑄件實(shí)際凝固時(shí)是按遠(yuǎn)離澆道（冒口）的部位和薄壁處最先凝固，然后是靠近澆道（冒口）部分，最后是熱節(jié)處凝固。熱節(jié)處補(bǔ)縮是靠鑄件周圍和澆（冒口）中的金屬液補(bǔ)充，由于此時(shí)鑄件四周和薄壁部份和澆（冒口）均凝固，熱節(jié)區(qū)變成了孤立液相區(qū)并形成了封閉回路，處于斷流狀態(tài)，補(bǔ)縮通道被阻斷再無金屬液補(bǔ)充熱節(jié)，因此產(chǎn)生了縮孔。

○2糾正措施:將鑄件的直澆道加粗并在距內(nèi)澆道20mm處設(shè)置一個(gè)φ45暗冒口，進(jìn)行澆注鑄件無縮孔和縮松出現(xiàn)，合格率達(dá)92%，產(chǎn)品表面和內(nèi)在都有了良好的品質(zhì)，達(dá)到了力學(xué)性能，并降低了產(chǎn)品的廢品率和材料消耗，提高了生產(chǎn)效率。

○3總結(jié):做為較好的鑄造工藝方案，在鑄件澆注過程中，直澆道和冒口應(yīng)對(duì)鑄件進(jìn)行及時(shí)充足的補(bǔ)縮，第一次模具設(shè)計(jì)首先是直澆道凝固，鑄件熱節(jié)凝固靠末凝固的鑄件和澆道的金屬液補(bǔ)充，但由于它們均比熱節(jié)先凝固，不能起補(bǔ)縮熱節(jié)作用，故產(chǎn)生了縮孔和縮松，對(duì)于出現(xiàn)主澆道先于鑄件凝固是由于澆道尺寸偏小，傳熱速度快，周圍熱源較低，形成鑄件對(duì)澆道補(bǔ)液現(xiàn)象，既反補(bǔ)現(xiàn)象。第二次改進(jìn)了工藝方案，加大澆（冒口）尺寸，實(shí)現(xiàn)了順序凝固，凝固順序是：由距澆（冒口）較遠(yuǎn)處依次逐漸推移至冒口，冒口最后凝固，使熱節(jié)區(qū)得到補(bǔ)縮，沒有產(chǎn)生縮孔和縮松。

（3）生產(chǎn)

CTSJ-2懸垂線夾從2002年投產(chǎn)至今已生產(chǎn)了4800套，它們正安全運(yùn)行在全國各大輸變電線路上。

結(jié)束語

對(duì)于厚薄不均鋁合金鑄件，在鑄造生產(chǎn)過程中除了設(shè)計(jì)其金屬型模具時(shí)要考慮鑄件在型腔中的位置、分型面位置、澆注系統(tǒng)開設(shè)位置和工藝參數(shù)控制外，補(bǔ)縮冒口設(shè)置的位置和大小直接影響鑄件的質(zhì)量，應(yīng)需給予著重考慮。

[1]黃良余，戴世忠，陳玉造.簡(jiǎn)明鑄工手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1996年3月.

[2]揚(yáng)為勤，謝國峰.特種鑄造及有色合金[M].雜志大型異形鋁鑄件的鑄造工藝研究，2007，27（4）.