船用球铁本体均衡凝固工艺设计

摘要：本文以船用球铁本体为例，在均衡凝固理论指导下，进行了均衡凝固工艺设计，并应用于实践，获得了健全铸件，取得了一定的经济效益。

主题词：球铁件均衡凝固工艺

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言

我厂常年生产船用球铁本体，按口径不同分为七种，球铁牌号为QT400-18。此本体为打压件，要求有一定的耐压性，壁厚8～9mm（法兰除外），长期以来，浇冒口的设计采用铸钢的顺序凝固原则，不仅出品率低，切割浇冒口的工作量大，加工余量多，生产周期长，而且常因浇注时，飞溅的铁水凝结成铁豆，经大冒口进入型腔，又因为本体件壁厚较薄，不能完全将进入型腔的所有铁豆重新溶化，而使铁豆夹在铸件中，在打压时出现渗漏，产生废品。现运用均衡凝固理论，采用有限补缩工艺，取消大冒口获得了成功，生产出合格的本体铸件。

一、均衡凝固工艺要点

1．铸铁件的收缩不仅和化学成分、浇注温度有关，还依赖于冷却速度，越是薄小件，收缩越大，越应强调补缩，越是厚大件,收缩越小,可用小冒口或有限冒口进行补缩。

2．铸铁件的收缩时间只占总凝固时间的一部分，所以冒口不必晚于铸件凝固。

3．铸铁件的冒口不应直接开在铸件的几何热节上，而应开在靠近热节不在热节的位置。

4．为了防止石墨化膨胀使铁水反馈到浇、冒口，内浇口、冒口颈的尺寸要短、薄、宽。

5．为了提高石墨化膨胀的利用程度，要求铸型有足够的刚度。

6．控制浇注温度，浇注温度过高，不仅会加大收缩，而且延长铸件收缩时间。

7．使用冷铁可以平衡壁厚差，缩短热节处的凝固时间和收缩时间，可以减少冒口或不用冒口。

二、生产条件

1．型砂：造型使用普通粘土砂，芯砂使用合脂砂，手工造型、制芯，干砂型浇注，砂型强度大于85。

2．熔炼：采用本溪生铁，北京焦碳、新生铁加入量90%，回炉料10%，化铁炉为1t/h暖风冲天炉，选用堤坝式冲入法进行球化处理，球化剂为包头生产的稀土镁硅球化剂，孕育剂选用75Si-Fe，处理温度>1440℃，严格控制生铁中的Mn、P、S含量，具体化学成份如下（终铁水）。

C：3.2～3.5Si：2.6～3.2 Mn：

三、均衡凝固工艺的设计（以Dg250型为例）

1．分型面：中间分型，采用平做、平浇、平冷工艺，一箱一件。

2．浇注系统：

内浇口：由零件图得知，铸件在铸型中的总高度C为55.4Cm，浇口杯水平面至内

（2）浇口的距离Ho大约可确定在50 Cm，则平均静压头Hp为：

Hp=Ho-C/8≈43 Cm

铸件重量与浇冒口重量之和G确定为170Kg，铸件平均壁厚确定为9mm，并由资料得知，经验系数S1为1.7~1.9，取S1=1.8，流速系数由手册查得为0.48，并加以修正取0.68。

浇注时间t=S Gδ=20.74秒

内浇的最小面积F内=G/0.31×μ・t Hp=5.93 Cm2,根据经验取为

5.93×1.5=8.89≈9 Cm2

内浇口型式如图一，浇口短、薄、宽，以防止石墨化膨胀时使铁水反馈到浇注系统。

（3）横浇口及直浇口：为适应快浇要求，确定浇口面积比为：

直浇道形式为圆柱形，横浇道形式为梯形，其各部分具体尺寸见图二。

在横浇道末端，加放一个集渣包，其作用有三，一是集渣；二是缓流，减少铁水对型芯冲击力；三是保证在均衡凝固点到来之前，有足够的铁水来补充铸件的液态收缩和凝固收缩，起保险作用，其形式如图三，为离心式集渣包。

（4）浇注系统连接图（图四）

3．大冒口的取消

在铸件凝固过程中，上箱型腔的法兰根部最后凝固，易形成缩孔、缩松。在均衡凝固理论指导下，此处加放成形外冷铁，以加速其凝固速度，使之先于浇口处凝固或与浇口处同时凝固，凝固过程中体积收缩所需要补充的铁水由浇注系统供给，浇注系统这一时刻应保证畅通，在铸悠扬进入均衡凝固阶段是，内浇口应及时冻结，以充分利用石墨化膨胀进行自补缩。所以，只要严格控制内浇口的尺寸及形式，有足够的铸型钢度，合理使用冷铁平衡壁厚差，取消大冒口是完全可行的。

4．出气冒口的加放

为了便于铸型内气体的顺利排出，取消大冒口后，在铸件的最高处及法兰盘顶部各放一出气冒口。由均衡凝固理论得知，这两个出气冒口的尺寸介于冷盘与中性体之间为佳。所以确定为C4和C8，以保证在清除出气冒口时不致使与铸件接触处产生缩孔。

5．砂芯气体的导出

由于两个出气冒口很小，使用的芯砂又是合脂砂，发气量很大，如不及时将砂芯发出的气体导出型腔外，就很可能使铸件产生气孔，浇不足等缺陷。为此，我们设计了专用砂箱，并将木模的芯头加长，引出箱外，保证了气路的畅通。

6．其它工艺参数：

铸造收缩率：0.8%

浇注温度：1300℃--1350℃

分型负数：-2

分芯负数：-3

工艺补正量：+2

机械加工余量：（见图五）

7．铸造工艺简图（图五）

四、均衡凝固工艺的生产实践

将本体的均衡凝固工艺应用于生产，对50件铸件进统计，发现有4件在法兰根部出现轻微裂纹，其它件经加工后无缩孔、缩松等缺陷。对裂纹的产生进行分析，主要是由于此处使用外冷铁，退让性很差，导致收缩受阻，出现裂纹，在后来的生产中，我们除了严格控制浇注温度外，还采取了冷铁处反复刷涂料的指施，保证冷铁上涂料层厚度在0.5mm以上，基

本上解决了这一问题。

五、传统工艺及均衡凝固工艺效果比较

均衡凝固工艺的应用，不但节约了铁水，节省了切割大冒口的清理费用，加快了生产周期，同时使废品率也有所下降。两种工艺的效果比较见下表：

六、结束语

在铸铁件的生产中，正确使用冒口和冷铁，在均衡凝固理论指导下进行铸造工艺设计，不仅可以提高铁水利用率，降低铸件成本，减少工艺消耗，还可以加快生产周期，降低废品率，其综合经济效益是显著的。

参考文献

[1]《铸铁件均衡凝固的研究与应用》魏兵等，陕西机械学院 1989年4月29日

[2]《铸造实用手册》东北工学院出版社 1988年8月第一版

作者简介张庆宏，工程师， 1968年10月生，1989年毕业于沈阳冶金机械专科学校铸造专业，现任葫芦岛渤船机械工程有限公司总经理助理。