補貼方案在鑄造工藝中的應用

鑄造是指將固態(tài)金屬熔化為液態(tài)倒入特定形狀的鑄型，待其凝固成形的加工方式。

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金屬的收縮在以下三個階段進行：液態(tài)冷卻；凝固；固態(tài)冷卻。其收縮狀態(tài)下的體積變化與澆注溫度冷卻變化情況如下圖1所示。

鑄件中縮松的形成見下圖2。在澆注溫度為T

時開始澆注，型腔內金屬液的高度能達到平面A

；此時金屬液開始液態(tài)收縮，當型腔內鑄件溫度降到液相線溫度 T

時，金屬液的高度下降到了平面 A

，接下來開始凝固收縮。

由于砂型的溫度遠低于金屬液的溫度，所以金屬液的熱量是通過砂型的接觸面進行熱交換，從高到低，由金屬液內部向外進行熱量的流通，金屬從型壁的接觸表面開始向內收縮凝固。但是，由于固態(tài)金屬密度比液態(tài)金屬大，質量相同的情況下，固態(tài)下的體積更小，所以在凝固過程中，鑄件還將繼續(xù)收縮，直到達到固相線溫度 T

。

固態(tài)金屬一直在收縮，直到鑄件溫度冷卻到環(huán)境溫度 T

，鑄件將稍微脫離型壁A

。

因此在液態(tài)冷卻和凝固收縮的過程中，金屬液外側開始凝固成一層殼，并且逐步向內部凝固，但是內部的金屬液(即最后凝固的部分)在轉變成固態(tài)時，體積減小，卻無法得到金屬液的補充，這樣由于收縮將產(chǎn)生縮孔。

在鑄造工藝設計中，通常需要采用放置冒口、放置冷鐵等措施來改變鑄件的凝固順序，以達到鑄件內部無縮松、縮孔的目的。但是在實際的工藝設計中，會存在一些產(chǎn)品因為結構原因，補縮通道受限，早于熱節(jié)凝固，鑄件內部易形成孤立熱節(jié)，產(chǎn)品出現(xiàn)縮松、縮孔缺陷。

近日，美國馬里蘭大學和哈佛大學共同發(fā)起的一項研究發(fā)現(xiàn)，父母常常向嬰兒重復詞語將有利于他日后語言表達能力的增強。研究人員對7個月左右的嬰兒進行了語言理解測試，并在被試2歲時再次測試其詞匯量。他們發(fā)現(xiàn)，擁有較強語言能力的幼兒在嬰兒期常常接受父母“磨耳朵”，即父母常常向他們重復一些詞語。這些幼兒的語感和語言理解力也比同齡人要強。

本文設計一種簡易的三維模型為本文分析的模型，見圖3，分為冒口和鑄件兩個部分，通過模擬的凝固過程分析可知，見圖4，在鑄件凝固過程中，補縮通道中斷，在鑄件中易形成縮松缺陷。

正常來說，通過增加冒口或者冷鐵也可以將這一問題進行解決，如圖5所示，在鑄件的遠端增加一個冒口，或者如圖6所示，在遠端增加一塊冷鐵，都有可能將縮松問題解決，但是在實際應用中，受限于產(chǎn)品結構或者產(chǎn)線情況，這種解決方案的適用性并不全面，需要思考更多的方案來幫助工藝人員提供更多的解決方案。

在鑄造工藝分析及設計工作中，對鑄件進行工藝補貼也是一種常用的解決方案，也稱之為金屬補貼，通過金屬補貼建立鑄件補縮通道，除此之外，暗補貼和發(fā)熱補貼方案也是較為理想的解決措施。

暗補貼又可稱為非直接接觸補貼，以本文簡易模型為例，在鑄件兩側隔砂增加暗補貼，模擬結果如圖15所示，在鑄件兩側，通過模擬可以發(fā)現(xiàn)，鑄件凝固實現(xiàn)順序凝固，鑄件無縮松風險，見圖16。

本文將以該簡易模型為載體論述金屬補貼、暗補貼、發(fā)熱補貼三種建立補縮通道的解決方案，并對比三種補貼方案的優(yōu)缺點以及應用場景，為工藝設計提供更多的方案選擇。

1 金屬補貼

若采用金屬補貼方案進行優(yōu)化，如圖14所示，增加金屬補貼，經(jīng)模擬分析，鑄件取試棒區(qū)域得到充分補縮，無縮松風險。

以本文模型為例，在鑄件兩側增加發(fā)熱補貼，見圖19，發(fā)熱補貼材料同發(fā)熱冒口材料，模擬結果如圖20所示，可以看出，鑄件實現(xiàn)順序凝固，發(fā)熱補貼效果明顯。

以圖9所示的支撐座產(chǎn)品為例，鑄件材質為QT400-18，由于鑄件需要在①、②號標識位置處隨機取機械性能試棒，見圖10，若試棒中間區(qū)域有縮松，機械性能將不合格，所以需要需要保證該標識區(qū)域完全無縮松，經(jīng)分析，該產(chǎn)品在DISA線上生產(chǎn)開發(fā)，冒口放置如圖11所示，在取試棒位置頂部放置冒口，通過MAGMA模擬分析，鑄件補縮通道凝固較早，鑄件內部會出現(xiàn)縮松缺陷，通過原始工藝的試澆注，鑄件內部缺陷與模擬結果對應，需要進行改進，見圖13。

金屬補貼是一種最為常見的補貼方式，金屬補貼是指在鑄件的基礎上補貼的結構，與鑄件為一體，使鑄件建立補縮通道，從而有效地實現(xiàn)順序凝固。因為金屬補貼改變了原來的結構，通常需要向客戶提出設計變更或者加工清理掉，以簡易模型為例，通過分析，在兩側增加金屬補貼，使鑄件自冒口端至遠端尺寸鑄件減小，如圖7所示。

2.1 患者一般情況 1 053例先天性上瞼下垂患者中，男性752例、女性301例，年齡3～18歲，平均(6.43±4.40)歲；就診時體質量12～42 kg，平均體質量為(23.8±7.91)kg。其中，輕度眼瞼下垂174例(16.5%)，中度416例(39.5%，)，重度463例(44.0%)；單側上瞼下垂占664例(63.1%)，雙側眼瞼下垂389例(36.9%)。

發(fā)熱補貼為一塊單獨的發(fā)熱材料，需要開發(fā)模具進行成型制作，生產(chǎn)工藝過程類似于發(fā)熱冒口，成型后通過粘接或者配合的方式與砂型組裝，會形成額外的分型線，需要打磨，所以需要增加發(fā)熱材料成本和人力成本，從操作性來看，是三種補貼中最復雜的，另外，對于球鐵產(chǎn)品，需要特別關注發(fā)熱補貼處的石墨形態(tài)。

本案例是一個較為簡單的模型，實際產(chǎn)品的結構可能千差萬別，增加金屬補貼方法也可能需要多探索，總結經(jīng)驗。

2 暗補貼

由于增加金屬補貼存在一定的局限性和不經(jīng)濟性，需要考慮一種不需要結構變更也能實現(xiàn)有效補縮的工藝方案。暗補貼是一種不與鑄件一體的補貼形式，與鑄件之間有較薄的砂層，通過砂層傳熱，對鑄件局部區(qū)域進行保溫加熱，延長補縮通道凝固時間，鑄件補縮形成順序凝固。

(3)提高司法責任感之需。[5]司法是社會公正的最后一道防線，關乎國之根基。就像醫(yī)生是救死扶傷的天使一樣，法官歷來是正義的化身，民眾尚不能容忍行政腐敗，更不能容忍司法腐敗。要防止、減少和杜絕司法腐敗的發(fā)生，就需要加強對司法的監(jiān)督，而司法賠償制度就是一種變相的監(jiān)督機制，它從側面告誡司法人員，錯誤的裁判會給當事人和國家造成損失，所以需要謹慎裁決。如果民事和行政裁判沒有相應的司法賠償機制來加以約束、限制，則可能會導致部分民事和行政案件司法人員的恣意妄為。因此，將民事和行政司法賠償作為一把“達摩克利斯之劍”懸在司法人員頭上，可提高其司法責任感。

在增加暗補貼的砂型設計上，可能會由于分型原因，需要增加砂塊或者鑲塊，相對來說也不是有難度的操作。暗補貼可在切割去除冒口的時候與澆注系統(tǒng)分離，不會增加后續(xù)清理打磨的難度，不增加鑄件重量，暗補貼塊可回爐使用，對出品率影響較小，所以基本不增加額外成本。

以上文中的支撐座產(chǎn)品為例，也可以采用暗補貼方案進行工藝優(yōu)化，如圖17所示，暗補貼與鑄件隔4-6mm砂層。

增加暗補貼后，需要在砂芯上制作一塊薄片砂塊，與主體砂芯粘接，形成暗補貼的空腔，并保留入水口，使暗補貼在澆注時充型，在鑄件凝固收縮過程中發(fā)揮作用，見圖18。

在暗補貼的使用上，有兩個較為重要的參數(shù)需要重點關注，隔砂厚度和暗補貼塊的大?。焊羯昂穸忍?，暗補貼對鑄件的熱影響效果小，暗補貼不起作用；隔砂厚度太小，隔砂成型、起型難度大；暗補貼尺寸太小，暗補貼冷卻較快，可能會加快鑄件的冷卻；暗補貼太大，鑄件表面過熱，可能會導致鑄件表面縮孔。在實際應用中，需要讀者根據(jù)各自產(chǎn)品的類型、工藝類型多摸索和總結。

3 發(fā)熱補貼

另外一種不需要進行產(chǎn)品結構設計變更的補貼方式為發(fā)熱補貼。發(fā)熱補貼是通過在鑄件表面增加發(fā)熱材料，通過發(fā)熱材料對鑄件進行保溫加熱，建立補縮通道，實現(xiàn)順序凝固。

通過MAGMA模擬的凝固過程分析發(fā)現(xiàn)，增加金屬補貼后，鑄件的補縮形成順序凝固，不會形成獨立液相區(qū)，鑄件不會出現(xiàn)縮松風險，見圖8。

當學生把“汗”字寫好時，老師將寫得好的學生展示出來，并做細致點評，你們將這字寫的如此漂亮，老師獎勵你把“滿頭大汗”這個詞帶到句子中讀讀，這時學生心中是很自豪的，讀完老師可這樣評價學生“你不僅句子都通順了，很了不起，聽了你的朗讀老師眼前仿佛出現(xiàn)的一群搬運糧食時滿頭大汗的小螞蟻，你的朗讀很有畫面感，你真棒！”如果有學生字寫的不太好的時候，就讓他站起來朗讀，讀完老師可這樣評價，來激勵學生，“你讀書時能把每一個字音都讀準，簡直太厲害了，老師相信你的字也會寫的很好讓老師佩服！”這樣的評價不僅能激發(fā)學生積極主動地學習，對課文對寫字也會產(chǎn)生濃厚的興趣。

1.1 研究對象 選取2017年2月—2017年12月在某三級甲等腫瘤?？漆t(yī)院鼻咽癌住院患者。納入標準：①診斷為鼻咽癌的患者；②年齡18～75歲；③住院時間>30 d；④患者知情同意。排除標準：①癌癥疾病進展的患者；②有意識障礙的患者。

通過以上的簡易模型和實例分析可以看出，采用金屬補貼操作相對簡便，可以直接依靠模具成型，工藝較易固化，是一種最為常用的補貼方案，當然，缺點也同樣存在：需向客戶提出設計變更，材料成本會增加，如果產(chǎn)品結構因為功能或者干涉原因不能允許設計變更，那么需要在鑄件清理、加工時去除，對于一些非規(guī)則區(qū)域，清理難度較大，成本較高。

以上文中的支撐座產(chǎn)品為例，也可以采用發(fā)熱補貼方案進行優(yōu)化，在圖21所示位置增加一塊發(fā)熱塊，發(fā)熱補貼單獨制作，制作好后，與主體砂芯粘接為一體，見圖22。

4 總結

通過對金屬補貼、暗補貼、發(fā)熱補貼三種補貼方式的論述以及應用情況可知，這三種不同的補貼方式存在各自的優(yōu)劣點，三種補貼工藝的特點對比如下：

補貼方案的應用，需要冒口的配合使用，設計的冒口應遵守以下順序凝固的基本條件：

2.4 用藥依從性的影響因素 單因素分析中，對醫(yī)師的信任、家人關心、朋友關心、藥品價格、收入情況、治療效果、工作或家務對用藥的影響、疾病對工作或生活的影響、定期復查和藥物不良反應共10項分別對用藥依從率的影響有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。以依從性得分總分為因變量，將上述有統(tǒng)計學意義的影響因素納入多元回歸模型，結果顯示，共5個變量進入最終的回歸模型。對醫(yī)務人員信任、定期復診、家人關心與應變量成正性關系，即這些因素是提高患者用藥依從性的保護因素;而工作或家務忙、疾病對工作或生活的影響可降低患者用藥依從性，結果見表2。

通過ZHC-35載荷傳感器監(jiān)測得出27 h內金屬托盤與金屬托盤+木墊板2種情況下預緊力變化情況，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制出二者預緊力隨時間的變化規(guī)律曲線，如圖4所示。

(1)冒口的凝固時間應大于或者等于鑄件的凝固時間。

SOP批準后，組織相關科室人員培訓、考核并全院實施。護理部負責對執(zhí)行情況進行檢查，對存在的問題及時整理。每季度組織1次SOP質量改進會議，總結實際應用中存在的優(yōu)缺點并及時反饋給SOP小組，由SOP小組對其進行修訂。SOP確定后，每年進行1次常規(guī)的全面審核與修訂，當技術規(guī)范有新進展或使用過程中發(fā)現(xiàn)有需要修訂的內容時，及時修訂。

(2)在鑄件的整個的凝固過程中，冒口與補縮部位之間的補縮通道應該通暢，這就需要將冒口與澆注系統(tǒng)、冷鐵、補貼方案等協(xié)調使用，使鑄件自遠離冒口的末端區(qū)向著冒口方向實現(xiàn)順序凝固。

(3)冒口應有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮。

在實際工藝設計和生產(chǎn)中，遇到的問題會比簡易模型和實例復雜，需要我們結合實際的鑄件結構以及產(chǎn)線進行分析，判斷出最適合的補縮工藝，在產(chǎn)品符合標準的前提下，充分考慮減少材料消耗、降低工人勞動強度。

[1]DISA Industries A/S. DISA 231-X Sand Moulding System Application Manual[M]. DISA Industries A/S, Edition 05-05.

[2]馬幼平，許云華.金屬凝固原理及技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[3]張伯明.鑄造手冊：鑄鐵[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2003:327.