有關(guān)特殊鑄造工藝筋設(shè)計(jì)與研究

付國(guó)家?賀帥

摘要：應(yīng)用鑄造有關(guān)理論和系統(tǒng)知識(shí)生產(chǎn)鑄件的技術(shù)和方法，包括造型材料制備、造型、制芯、金屬熔煉、澆注和凝固控制等，鑄造是將通過(guò)熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過(guò)程，鑄造是常用的制造方法。本文重點(diǎn)就特殊鑄造工藝筋設(shè)計(jì)做了研討和分析。

關(guān)鍵詞：特殊鑄造工藝；典型鑄件；特殊鑄造

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鑄大型鑄件的質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，鑄造在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位。鑄造技術(shù)的發(fā)展也很迅速，特別是19世紀(jì)末和20世紀(jì)上半葉，出現(xiàn)了很多的新的鑄造方法，如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等，在20世紀(jì)下半葉得到完善和實(shí)用化。由于現(xiàn)今對(duì)鑄造質(zhì)量、鑄造精度、鑄造成本和鑄造自動(dòng)化等要求的提高，鑄造技術(shù)向著精密化、大型化、高質(zhì)量、自動(dòng)化和清潔化的方向發(fā)展，例如我國(guó)這幾年在精密鑄造技術(shù)、連續(xù)鑄造技術(shù)、特種鑄造技術(shù)、鑄造自動(dòng)化和鑄造成型模擬技術(shù)等方面發(fā)展迅速。

一、特種鑄造工藝概述

特種鑄造工藝有離心鑄造，低壓鑄造，差壓鑄造，增壓鑄造，石膏型鑄造，陶瓷型鑄造等方式。壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）的作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機(jī)的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專(zhuān)指壓鑄機(jī)的金屬型壓力鑄造，簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄。金屬型鑄造是用金屬（耐熱合金鋼，球墨鑄鐵，耐熱鑄鐵等）制作的鑄造用中空鑄型模具的現(xiàn)代工藝。金屬型既可采用重力鑄造，也可采用壓力鑄造。金屬型的鑄型模具能反復(fù)多次使用，每澆注一次金屬液，就獲得一次鑄件，壽命很長(zhǎng)，生產(chǎn)效率很高。金屬型的鑄件不但尺寸精度好，表面光潔，而且在澆注相同金屬液的情況下，其鑄件強(qiáng)度要比砂型的更高，更不容易損壞。壓鑄是在壓鑄機(jī)上進(jìn)行的金屬型壓力鑄造，是目前生產(chǎn)效率最高的鑄造工藝。壓鑄機(jī)分為熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)兩類(lèi)。熱室壓鑄機(jī)自動(dòng)化程度高，材料損耗少，生產(chǎn)效率比冷室壓鑄機(jī)更高，但受機(jī)件耐熱能力的制約，目前還只能用于鋅合金、鎂合金等低熔點(diǎn)材料的鑄件生產(chǎn)。當(dāng)今廣泛使用的鋁合金壓鑄件，由于熔點(diǎn)較高，只能在冷室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)。

二、特殊鑄造工藝筋的設(shè)計(jì)

（一）排渣鑄造工藝筋的設(shè)計(jì)

以不銹鋼閥體鑄造工藝為例，該鑄件重量約60kg，主要壁厚8mm左右。因其用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)環(huán)境中，該閥體選用1Cr18Ni9Ti材質(zhì)。在使用時(shí)要求該鑄件能承受2.5MPa以下的壓力而無(wú)滲漏，所以在制定鑄造工藝時(shí)必須考慮鑄件組織的致密性?？紤]到不銹鋼的體收縮較大，雖然該鑄件壁厚不大。但必須有較好的補(bǔ)縮措施，以避免出現(xiàn)縮孔或縮松現(xiàn)象。為此，該鑄件采用橫做立澆的鑄造工藝。為了保證鑄件組織的致密性，除必要的冒口補(bǔ)縮外，還必須將鑄型中的雜物能有效去除，所以在鑄型的底部設(shè)置集雜包以保證鑄件鋼液的純潔。但在鑄件清理后發(fā)現(xiàn)在兩邊凸出的尺寸約為5mm的法蘭高點(diǎn)有少量的浮渣，嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量，雖然在鑄件焊補(bǔ)后可以使用，但這是明顯的鑄造缺陷。分析認(rèn)為，出現(xiàn)浮渣的原因在于在法蘭鋼液熔渣不能有效漂浮到冒口中，若設(shè)置排渣通道則可解決該問(wèn)題。在該工藝筋設(shè)置后的鑄件則有效解決了浮渣現(xiàn)象，保證了鑄件質(zhì)量。

（二）防裂紋鑄造工藝筋的設(shè)計(jì)

以原剎車(chē)轉(zhuǎn)子精密鑄件為例，重量約43kg，材質(zhì)20CrMnMo。該件上、中、下三層板由8處均布的寬度為6mm的筋板連接，并在中、下兩層板間再均布8處寬度為6mm的筋板。在鑄造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該鑄件上、中、下三層的6mm連接筋板有輕微變形，特別是在滲碳淬火熱處理后，連接筋板的變形會(huì)進(jìn)一步加大并導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。分析認(rèn)為，產(chǎn)生變形的主要原因在于該連接筋板剛度不足。為了解決剛度不足導(dǎo)致的筋板變形，將加大筋板厚度為8mm，并試生產(chǎn)，則筋板變形問(wèn)題得以解決。但在生產(chǎn)中又發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，在中、下兩層板連接筋板處出現(xiàn)8處熱裂紋。分析認(rèn)為連接筋板加大為8mm后，與下層平板6mm厚度產(chǎn)生差別，且連接筋板在鑄件內(nèi)部，冷卻速度低于下層筋板。下層筋板冷卻凝固后連接筋板對(duì)其產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于其高溫強(qiáng)度時(shí)而產(chǎn)生熱裂紋8處連接部位均有裂紋，從裂紋斷口形態(tài)已經(jīng)確定為熱裂。針對(duì)該問(wèn)題，若在下層平板上加設(shè)工藝凸緣以增大其厚度，盡可能地使下層平板與連接筋板達(dá)到同時(shí)凝固，從而避免熱應(yīng)力的產(chǎn)生。在增設(shè)工藝凸緣后，下層平板局部厚度達(dá)到9mm，與連接筋板厚度基本相當(dāng)。從而實(shí)現(xiàn)連接筋板和下層平板達(dá)到同時(shí)凝固的目的，也就解決了裂紋的鑄造缺陷。

（三）補(bǔ)縮工藝筋的設(shè)計(jì)

以彈簧蓋精鑄件的鑄造工藝為例，該鑄件材ZG230-450，重量約為34Kg，筒形結(jié)構(gòu)部分壁厚為10mm，在制定鑄造工藝時(shí)必須考慮冒口補(bǔ)縮。為此，在頂部設(shè)計(jì)一腰圓冒口，但在底部厚度26mm有4處局部熱節(jié)，因頂部冒口無(wú)法補(bǔ)縮，在鑄件鉆孔加工時(shí)出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。解決的常用方法是應(yīng)用冒口補(bǔ)縮法、冷鐵法、鑄件加補(bǔ)貼法等，但對(duì)本鑄件顯然不宜采用。因?yàn)槭蔷荑T造，冷鐵不能使用；采用冒口法，可用暗冒口解決。但因?yàn)槭蔷荑T造。給制造熔模和后續(xù)工序帶來(lái)很多不便，此法亦不宜采用。若用鑄件加補(bǔ)貼法，勢(shì)必增加鑄件壁厚并可能改變鑄件結(jié)構(gòu)，給機(jī)械加工帶來(lái)諸多不便，所以采用鑄件加補(bǔ)貼法也不宜采用。根據(jù)鑄件補(bǔ)縮的基本原理，能在此處建立一個(gè)補(bǔ)縮通道使頂部的冒口有效補(bǔ)縮該部位，可基本解決縮孔或縮松問(wèn)題。經(jīng)過(guò)綜合考慮并計(jì)算設(shè)置4個(gè)直徑35mm的圓形補(bǔ)縮工藝筋。在補(bǔ)縮工藝筋設(shè)置后，基本消除了底腳的縮松現(xiàn)象，4個(gè)工藝筋在機(jī)械加工時(shí)予以切除。

三、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)的某些鑄件，常規(guī)的鑄造工藝措施往往不能完全解決某些鑄造缺陷?；阼T造工藝筋的應(yīng)用研究表明，不同的鑄造工藝筋可簡(jiǎn)化鑄造工藝，使得某些常規(guī)鑄造工藝不能解決的鑄造缺陷問(wèn)題很容易得到解決。所以，對(duì)于某些典型結(jié)構(gòu)鑄件，可以針對(duì)出現(xiàn)的缺陷采取針對(duì)性的工藝措施，而特殊工藝筋的使用對(duì)防止某些鑄造缺陷，提高鑄件質(zhì)量有事半功倍的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐定驤.稀土元素在鎂合金中的作用及其應(yīng)用[J].稀有金屬，2015.

[2]李紅斌.Mg-Li合金研究最新進(jìn)展及其應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2016.