水平线筒状薄壁球铁件冷隔缺陷控制
水平线筒状薄壁球铁件冷隔缺陷控制
摘要:长筒薄壁件受限于铸件尺寸和浇注工艺限制，充型速度不高，铁水降温快，极易在最后充型区产生冷隔。本文对公司某款薄壁长筒铸件的冷隔缺陷进行了原因分析，经过试验并改进浇注工艺方案后，最终冷隔缺陷得到消除。同时，该工艺在其他薄壁筒状类铸件上推广也收效明显。
关键词：筒状；冷隔；起浇温度；浇注系统。
一、背景介绍猜词游戏题目
壳体类薄壁产品是一种广泛应用在车辆、航天飞机配件体系中的防护性零件，可保护重要部件的正常运行，使用时会经受冲击，因此要求壳体具备一定的硬度和刚度。壳体类薄壁产品由于市场需求量大以及制作工艺复杂，所以进行选择制作工艺需要多方面考虑。目前，各大厂商都选择使用湿砂型铸造进行筒状类薄壁产品的制作，该铸造优点是能够较好的进行产品的缺陷改善，铸造工艺制作方便、生产节奏快、质量优良、节约成本。我司目前开发一款长筒状薄壁零部件，需要具备优良的气密性、减震性，铸件内部不允许有裂纹、气孔、缩孔、
缩松、冷隔、夹杂物等表面缺陷，质量好坏直接影响着装配设备的性能。该产品的属于泵体薄壁铸件，轮廓尺寸为413mm×145mm，总高140mm，壁厚尺寸为6-28mm。产品壁厚差异大，属于高强度壳体件。产品材质为QT450，重量为10.19kg。
二、工艺制定
绿设计，也被称为环境化设计或生态设计等，是指在产品整个生命周期中着重考虑产品的环境属性（如可回收性、可拆卸性、可重复利用性等），并将其当作设计目标，在优先满足环境目标的同时，保证产品应有的质量、功能和使用寿命等[1]。我司一直秉着绿铸造的低碳环保理念，通过对该壳体外形特征进行分析，铸件长径比大，外壁上分布着多个凸台和窗口，结合我司以往此类相似铸造经验，初步制定使用水平工艺进行该铸件的开发。我司水平线为东久水平造型线，型板尺寸为610mm×508mm，制定的铸造工艺为每模两件，详细工艺如图1所示。该铸件壁厚较薄，型腔内部结构复杂，导致流阻大，选择将铸件进行横置于型板中央，充型高度较低，便于铸件充型。共设置5处薄片入水，3处冒口入水并在容易出现缩松位置设置冷冒口。
图1 薄壁壳体前期浇注工艺
三、结果检验
在对图1所示工艺进行试制后，发现铸件外壁中间处出现了明显线状冷隔缺陷，且均处于相同位置，如图2所示。经检测，铸件未发现其他铸造缺陷，因此该冷隔缺陷是导致铸件质量问题的最主要因素，改善冷隔作为该产品的质量改善的攻关方向。
四、分析与改善
冷隔表现为铸件上有穿透或不穿透的缝隙，边缘呈圆角状，由充型金属流股汇合时熔合不良造成。多出现在远离浇道的铸件宽大上表面或薄壁处，金属流汇合处，激冷部位，以及
芯撑、内冷铁或镶嵌件表面。因浇注中断而在铸件某一高度形成的冷隔称为断流冷隔；芯撑、内冷铁或镶嵌件表面形成的冷隔称为熔合不良[2]。
通过排查铸造生产过程，并未发现生产该产品时出现浇注断流以及补浇注情况。以此排除铸造生产浇注过程问题。我司该产品为空腔结构，其内腔全部由泥芯形成。同泥芯接触时铁水的温度下降较快，并且现有的铸造工艺产品的薄壁位置位于侧顶端，铁液充型时间相对较晚，且金属液在砂型中行程较长，使金属液温降更快，产品有冷隔隐患。从冷隔位置看，主要集中在远离浇口的顶部侧平面上，低温铁液易在此处汇流最终造成冷隔缺陷。通过MAGMA模流软件进行充型模拟，与铸造出现冷隔位置相一致。如图2所示。
图2 铸件缺陷位置示意图：（a）模拟冷铁水位置；（b）铸件实际冷隔；
从工艺可以看出，铁水充型需要从铸件底部绕过，导致铁水在流入铸件型腔时温降快，从
而容易使远离浇口位置的铸件在上顶端薄壁位置出现冷隔缺陷。
经过开展相关讨论，初步拟定如下方案：加快铁水的充型速度，需要从多个方向进行入水并减少阻流，使铁水温度更加均匀，减少局部冷铁水及两股冷铁水的交汇。另外起浇温度由1440-1460℃提高至1460-1480℃。通过提高浇注时金属液体的温度，使金属液在较高的温度下仍能保持顺畅的流动性，从而使得金属液在到达缺陷位置时不会因温度降低过快而发生凝固产生冷隔。
五、试验过程及结果
毛阿敏婚姻5.1首次试制结果
使用水平造型线对上述改进后的工艺进行验证，实测浇注温度1473℃，充型时间从13.5s减少至10.6s，冷却开箱后对铸件进行检测，检验指标均合格。可以发现，原先铸件的冷隔问题已得到初步改善，但是由于在铸件薄壁增加冒口入水导致薄壁入水处出现浇口位置缩孔、以及增加的冒口尺寸较大距离砂箱位置很近，导致浇注过程中出现漏箱。
5.2再次试制
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改善方案为将铸件远端薄壁处入水由冒口入水修改为薄片入水。不仅能够避免漏箱，还能够解决薄壁处由于冒口入水过热导致缩孔。
试制结果：通过此次改善后铸件外观无冷隔、浇口处无缩孔，浇注过程中无漏箱情况，金相、硬度、抗拉等其余检验结果均符合技术标准。
六、结论
对于薄壁长筒状铸件类冷隔缺陷，可以从以下几点分析：
（1）排除浇注断流的影响后，然后从提高浇注温度、浇注速度、以及铁水流动性考虑，但需同时注意铸件流道在型板上的有限分布情况；
茅台酒简介（2）可以适当增加铸件的内浇道，但需同时注意铸件的内浇口缩孔以及避免产生漏箱；
（3）可以适当减少浇注系统的行程以减少铁水温度的降低，同时在保证浇注系统的分布情况，避免采用一处内浇口浇注薄壁筒状类铸件；
（4）可以适当注意内浇口的形状尺寸，尽量使用薄片在薄壁位置入水，减小热节，使铸件
顺序凝固，防止薄壁位置的缩孔。
参考文献
[1]柳百成，黄天佑主编，铸造成形手册.上，北京：化学工业出版社，2009.
[2]中国机械工程学会铸造分会.铸造工艺［M］//铸造手册：第5卷.北京：机械工业出版社，2003：803-804.
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