1、1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 89mm（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
2、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2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
3、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：3.23.5Si：2.63.2 Mn：0.35P：0.08S
4、：0.04 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： 3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/843 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 1.71.9，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 G=20.74 秒 内浇的最小面积 F 内=G/0.31
5、?t Hp=5.93 Cm2,根据经验取为 5.931.5=8.899 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4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
6、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。
7、 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： 5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，
8、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6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。
