澆注系統(tǒng)對貨車側(cè)架質(zhì)量的影響

高明才

（牡丹江金緣鉤緩制造有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157013）

鐵路貨車側(cè)架為典型的薄壁、箱體鑄件，鑄件輪廓長度尺寸在2000 mm左右。鑄件因澆注系統(tǒng)設計及澆注過程控制不合理，經(jīng)常產(chǎn)生裂紋類、殘缺類、孔洞類的鑄造缺陷。

1 澆注位置影響

目前在貨車側(cè)架的鑄造澆注系統(tǒng)設計上基本可以分為兩大類：兩端澆注、中部澆注（搖枕孔立柱面或上懸梁），如圖1示。

圖1 側(cè)架澆注系統(tǒng)

兩端澆注系統(tǒng)由于開放系數(shù)大，多用于單件澆注重量大或一型兩件的工藝設計，中部澆注系統(tǒng)多用于單件澆注。也正是兩種澆注系統(tǒng)單位時間內(nèi)能夠注入型腔的鋼水量及速度存在較大差別，對應鑄件產(chǎn)生的缺陷也各不相同。兩端澆注系統(tǒng)由于開放系數(shù)大，同時內(nèi)澆口引入的鋼液多從鑄件的A部位及B部位附近注入型腔，故此鑄件的重要部位受到鋼水長期沖擊的時間相對較長，易產(chǎn)生集中性縮孔及裂紋質(zhì)量缺陷。但是另一方面由于該系統(tǒng)減少了鋼水的充型行程，故此鑄件成形較好，同時由于能夠保證鑄件各部位的溫場分布均勻，故此鑄件變形量較小，工藝設計時可以不考慮反變形量的設計。

相對于兩端澆注而言，中部澆注系統(tǒng)充型速度快，故此鑄件外觀相對光滑，同時由于鋼水多由側(cè)架立柱面（或上懸梁）引入型腔，故此減弱了鋼水對鑄件A、B重要部位的沖擊，大大降低了鑄件該部位的裂紋產(chǎn)生。但是由于該系統(tǒng)會造成鋼水充型溫度梯度加大，故此鑄件的兩端（彎鉤或軸箱頂面）經(jīng)常會產(chǎn)生澆不到的缺陷，同時由于鑄件各部位的溫度場相差較大，故此鑄件在冷卻過程中變形量較大，工藝設計時多數(shù)要考慮變形量的設計。

2 澆注速度影響

對于薄壁、箱體鑄件，澆注速度對其成形是否良好、排氣是否順暢起著決定性的作用。

對于兩端澆注系統(tǒng)來說由于鋼液從鑄件的兩端同時注入，對比中部澆注而言，其內(nèi)澆道的橫截面積大，鋼水充型平穩(wěn)。故此澆注速度對鑄件質(zhì)量影響主要體現(xiàn)在表面鋼水流痕及排氣兩方面。不論是采用proe進行澆注模擬還是生產(chǎn)實踐驗證，總體都傾向于開包始澆注時的鋼水流不應該太小，采用此操作的主要目的是避免由于鋼水在鑄型底部瞬間平鋪面積加大而造成前端鋼水冷卻太快，同后續(xù)的鋼水產(chǎn)生不融合，最終形成冷隔缺陷，澆注前期（型腔底面鋪滿鋼水后，大約在20%，見圖2）必須采用大流量、高流速進行充型，而中期及后期需要進行穩(wěn)流澆注，以保證型腔及鋼液中氣體的排出（圖 3）.

圖2 澆注期溫度場

圖3 澆注匯流

在中部澆注系統(tǒng)中，鋼水是從鑄型的中部向兩端流淌，由于該澆注系統(tǒng)為單件澆注，故此鋼水的充型速度快，鑄件表面不易形成流痕缺陷。相比較兩端澆注系統(tǒng)而言，這種澆注系統(tǒng)對鑄件造成最大的影響就是容易產(chǎn)生澆不到及翹曲缺陷。產(chǎn)生該缺陷的根本原因就在于由中部進入型腔的鋼水在向兩端流淌時，鋼水前端始終與冷空氣接觸，極易喪失流動性；同時由于鑄型兩端的鋼水同中部的鋼水溫差大，從而使鑄件不能更好地實現(xiàn)同時凝固，極易使鑄件在冷卻過程中產(chǎn)生翹曲缺陷。

3 補澆操作影響

在眾多的教材及生產(chǎn)工藝文件中，為提高鑄件的質(zhì)量，均不同程度的提出澆注后期要進行補澆操作。從圖4可以看出當鋼水將鑄件充滿后（圖4 a），鑄件下部局部及散熱面積較大的邊棱已開始凝固，當鋼水將冒口充滿后，已有30%的鑄件表面已經(jīng)結(jié)殼（圖4 b）.故此，對于類似側(cè)架這樣的薄壁、箱體鑄件，在澆注的后期不建議進行補澆操作，末期的補澆操作會造成鋼水在型腔內(nèi)的波動，破壞處在半凝固時期的補縮通道，增加鑄件產(chǎn)生縮松缺陷的傾向。同時由于先期凝固的鋼液強度不高，間斷性的補澆操作會將其破壞，從而增加鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向。

圖4 溫度場

鑄件澆注后期的補澆操作與鑄件的結(jié)構(gòu)及重量有極大的關系。如果是鋼錠類比表面積較小的鑄件，可以進行后期補澆操作，不論何種結(jié)構(gòu)的鑄件都建議在冒口內(nèi)鋼液充滿至一半時方可進行操作，如果選擇鑄件澆滿時進行補澆，多數(shù)會造成鑄件上表面產(chǎn)生過多的褶皺類表面缺陷。

4 冒口設置影響

冒口作為鑄件澆注系統(tǒng)的組成部分，其作用及工作原理有其自身的特殊性。

目前對于貨車側(cè)架的生產(chǎn)，國內(nèi)基本都是采用機械化、流水線生產(chǎn)。鑒于此，冒口在結(jié)構(gòu)上都采取正錐形設計，這種結(jié)構(gòu)從理論上來講是不利于冒口中的鋼水對鑄件進行補縮的。針對此問題，我們可以采取加裝保溫套的方法提高冒口的補縮效率，也可以將模具本體同冒口的連接方式改為可拆卸式，即將冒口成正錐擺放與模具本體連接。圖5反映了采用該工藝措施后冒口中縮孔的情況。

圖5 冒口

另外，為了有效地保證側(cè)架A、B部位的內(nèi)在質(zhì)量，同時盡可能地實現(xiàn)鑄件關鍵部位的順序凝固，工藝中亦可以采用冷鐵與冒口相結(jié)合的方法，實現(xiàn)鋼水自冷鐵向冒口的順序凝固（圖6），從圖6可以看出當在側(cè)架A部位的冒口底部放置冷鐵時，盡管冒口處在正錐放置的情況下仍然可以保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量致密，而將縮孔遷移到冒口中。

圖6 冒口下冷鐵

4 結(jié)論

1）中部及兩端澆注系統(tǒng)對于貨車側(cè)架的質(zhì)量影響各有利弊，鑄件變形、型腔排氣、澆不到以及關鍵部位過熱是進行方案選擇時必須加以注意的事項。

2）澆注速度對鑄件質(zhì)量的影響，關鍵控制節(jié)點是控制好開包澆注初期的速度，以防止冷隔缺陷的產(chǎn)生。另外要嚴控澆注中、后期的速度，保證穩(wěn)流澆注，以保證型腔及鋼水中氣體的排出。

3）側(cè)架作為一種薄壁、箱體鑄件，澆注過程中、后期鋼水在型腔中已經(jīng)產(chǎn)生較大區(qū)域的結(jié)殼及補縮通道，故此在澆注末期應減少對鑄件的補澆操作，如需要補縮操作也應避開鑄件澆滿期間進行操作。

4）側(cè)架澆注系統(tǒng)中的冒口主要作用是用來補縮和排氣的。由于兩端澆注時型腔中存在由兩端向中間的匯流，故此應在承臺及中央方框部位設置排氣冒口。反之，對于中部澆注必須考慮在鑄件的兩端設置排氣冒口。

5）冷鐵和冒口配合使用是側(cè)架薄壁、箱體類鑄件較為有效的工藝方法，在不便于放置冒口的熱節(jié)處，冷鐵的作用非常明顯，可以有效減少縮孔縮松等鑄造缺陷的產(chǎn)生。

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