厚大斷面鑄件小冒口鑄造工藝

險(xiǎn)峰實(shí)業(yè)總公司 （貴州惠水 550601） 向新強(qiáng) 馬麗飛 董秀芳

我廠生產(chǎn)的數(shù)控軋輥磨床大拖板上的電機(jī)滑板（材質(zhì)HT250），楔橫軋機(jī)支架（材質(zhì)QT500－5） 其壁厚在150～350mm，屬于厚大斷面鑄件，鑄造難度大，按常規(guī)工藝則難于補(bǔ)縮，我們采用了小冒口鑄造工藝，解決了該生產(chǎn)難題，提高了工藝合格率，又減少了加工切除冒口工序，降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。

1. 小冒口鑄造工藝原則

灰鑄鐵件在冷卻和凝固過(guò)程中既有液態(tài)冷卻收縮、凝固收縮，又有石墨析出產(chǎn)生的膨脹。宏觀上鑄件成形過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的體積變化就是膨脹、收縮疊加相抵的凈結(jié)果，厚大斷面鑄件的小冒口鑄造工藝必須遵循的一個(gè)重要原則是充分利用鑄件本體的石墨化膨脹。要建立起這一原則，必須從澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、合金成分分析及澆注溫度控制等多方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。任何一個(gè)環(huán)節(jié)失控都不能得到合格鑄件。對(duì)于厚大斷面灰鑄鐵件而言，則是按照均衡凝固理論，充分利用灰鑄鐵在凝固前的石墨化膨脹，達(dá)到不用大冒口補(bǔ)縮的效果。

2. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

小冒口鑄造工藝的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求做到使金屬液平穩(wěn)地注入型腔。澆注系統(tǒng)各單元設(shè)計(jì)時(shí)，要求具有較好的擋渣作用，也就是說(shuō)要盡可能縮短澆注時(shí)間，防止鐵液的二次氧化，并防止鑄件在石墨化膨脹到來(lái)之前可能產(chǎn)生的鐵液回流現(xiàn)象，靠鑄件自身的石墨化膨脹獲得致密的鑄件。

灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)各單元截面積的比例按封閉式設(shè)計(jì)。采用全封閉澆注系統(tǒng)，不僅擋渣效果好，而且能有效地防止氣體卷入，使?jié)驳栏鞑糠衷跐沧⑦^(guò)程中始終處于充滿狀態(tài)。其比例一般為：ΣF直∶ΣF橫∶ΣF內(nèi)＝1.5∶1.25∶1，內(nèi)澆道以扁平梯形截面為佳。同時(shí)為了提高橫澆道的撇渣作用，一般橫澆道與內(nèi)澆道二者高度之比≥3為宜。

在實(shí)際生產(chǎn)中常用下式來(lái)確定ΣF內(nèi)的大?。?/p>

式中K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常取K＝0.85；

G1——鑄件重量（kg）；

G2——澆注冒口重量（kg）。

內(nèi)澆道形狀的設(shè)計(jì)以扁平為宜。扁平式內(nèi)澆道對(duì)于早凝固有利。內(nèi)澆道中的鐵液在鑄件本體石墨化膨脹到來(lái)之前必須先凝固，否則鐵液會(huì)產(chǎn)生回流現(xiàn)象。

3. 冒口設(shè)計(jì)

厚大斷面鑄件不用傳統(tǒng)的大冒口補(bǔ)縮，而采用小冒口，一般用扁冒口出氣，且呈分散式分布。在澆注過(guò)程中，這種小冒口起到型腔順利排氣作用，并減少鐵液的流動(dòng)阻力。在鑄件石墨化膨脹到來(lái)之前，小冒口已經(jīng)凝固。小冒口的總面積應(yīng)大于內(nèi)澆道總面積。

4. 集渣包的設(shè)計(jì)

對(duì)于球墨鑄鐵件，為了加強(qiáng)橫澆道的擋渣作用，需要設(shè)置集渣包，一般在橫澆道的拐彎處(見(jiàn)圖1)。集渣包的形狀設(shè)計(jì)為圓臺(tái)形狀，其高度比橫澆道的高度大一倍，并盡量使鐵液經(jīng)橫澆道切向流入集渣包內(nèi)，使鐵液產(chǎn)生旋流，有利于浮渣，從而獲得干凈的鐵液流入型腔。

圖1 集渣包設(shè)置

5. 激冷措施

對(duì)于壁厚相差很大的鑄件，局部也可以放置冷鐵激冷進(jìn)行均衡凝固控制，以利于鑄件凝固時(shí)減少熱節(jié)。以電機(jī)滑板為例，由于灰鑄鐵的石墨化膨脹遠(yuǎn)不如球墨鑄鐵，所以在該件下方全部鋪設(shè)外冷鐵激冷。

6. 化學(xué)成分控制

為了實(shí)現(xiàn)厚大件小冒口鑄造工藝，不僅需要有合理的造型工藝，而且還需要有合理的成分設(shè)計(jì)來(lái)保證，對(duì)鐵液的成分必須控制，球墨鑄鐵成分控制碳當(dāng)量在4.1%以下。具體成分為：wC＝3.9%～4.0%、wSi＝2.3%～2.7%、wMn＜0.5%、wP＜0.08%、wS＜0.009%、wMg殘＝0.04%～0.045%、wRE殘＝0.04%～0.045%。

對(duì)于特厚的球墨鑄鐵件應(yīng)加入長(zhǎng)效孕育劑，有特殊要求的鑄件也可加入某些合金元素，以改善其基體組織。

7. 溫度控制

要求高溫出鐵，低溫澆注，鐵液出爐溫度應(yīng)在1420℃以上，這是保證良好球化處理和孕育處理的先決條件。處理好的鐵液應(yīng)降溫后方可澆注，澆注溫度一般控制在1310~1330℃。必須指出的是，澆注溫度越高，縮松傾向就越大。

此外，砂型的緊實(shí)度，砂箱剛度與小冒口鑄造工藝有著較大的關(guān)系。上述工藝要求砂箱要有足夠的吃砂量，砂型緊實(shí)度大于95硬度單位，樹(shù)脂砂造型為最佳。用螺栓鎖箱，避免用壓鐵，其目的是在鑄件本體石墨化膨脹時(shí)，外部要有足夠的約束力。

8. 實(shí)例

實(shí)例1：某型號(hào)電機(jī)滑板鑄造工藝如圖2所示。鑄件外形尺寸為1100mm×800mm×150mm，鑄件主要壁厚150mm，材質(zhì)為HT250。工藝設(shè)計(jì)時(shí)澆注系統(tǒng)從一端進(jìn)鐵液，在底部均勻放置外冷鐵，冒口用50mm×20mm的扁出氣冒口6個(gè)。鑄件重量950kg ，澆冒口重量80kg，ΣF內(nèi)＝27cm2，ΣF橫＝45cm2，ΣF直＝38cm2。

圖2 電機(jī)滑板工藝

實(shí)例2：楔橫軋機(jī)右支架鑄造工藝如圖3所示。鑄件外形尺寸2000mm×1000mm×350mm，鑄件主要壁厚275～350mm，材質(zhì)QT500－5，鑄件重量2850kg ，澆冒口重量290kg，澆注系統(tǒng)各組元面積為ΣF內(nèi)＝57.6cm2，ΣF橫＝116cm2，ΣF直＝77cm2。冒口用50mm×20mm的扁出氣冒口14個(gè)。

圖3 楔橫軋機(jī)右支架鑄造工藝

9. 結(jié)語(yǔ)

（1）厚大端面灰鑄鐵、球墨鑄鐵件小冒口鑄造工藝是可行的。

（2）要實(shí)現(xiàn)小冒口鑄造工藝需要有合理的澆注系統(tǒng)和合金成分設(shè)計(jì)。

（3）應(yīng)采取措施保證鑄件在型腔內(nèi)達(dá)到完全的石墨化膨脹，利用本身的石墨化膨脹達(dá)到鑄件組織致密，這是實(shí)現(xiàn)厚大斷面鑄件小冒口鑄造的關(guān)鍵。