遼陽鍛壓機床股份有限公司 （遼寧 111000） 張懷敏 楊東明

1.概述

冷鐵冒口是根據(jù)鑄件均衡凝固理論與有限補縮原則，結(jié)合無冒口鑄造的理論設(shè)計的新型冒口，其特點體現(xiàn)在壓邊冒口頸處安放冷鐵，利用冷鐵吸熱消除冒口和鑄件形成的接觸熱節(jié)，并充分利用鐵液的凝固膨脹獲得質(zhì)量較好的鑄件。

例如，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示的圓盤類鑄件，要求內(nèi)部組織致密，無縮孔、縮松。由于以前的粘土砂干型造型工藝一直不定型，質(zhì)量很不穩(wěn)定。若采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計冒口，則鑄件的冒口根部至中間熱節(jié)處常產(chǎn)生不同程度的縮孔、縮松缺陷。而改用壓邊冒口加分散小澆道工藝，在冒口的下部盤的中間部位約90°的范圍內(nèi)仍有嚴重的縮松，而用無冒口鑄造，鑄件上平面出現(xiàn)縮凹，都會影響盤的加工和使用。應(yīng)用冷鐵冒口工藝后，徹底消除了盤內(nèi)縮孔、縮松缺陷，取得了顯著的效果。

2.原工藝存在的問題分析

（1）傳統(tǒng)順序凝固工藝存在的問題 ①平做平澆。在鑄件的頂面設(shè)置3個明冒口（φ160mm×350mm），如圖2所示。此工藝進入冒口的鐵液溫度較低，降低了冒口的補縮效果。由于鐵液的熱對流和補縮流動，冒口頸處和鑄件的連接處熱量集中，造成物理熱節(jié)和鑄件幾何熱節(jié)相重合，使冒口和盤的接觸熱節(jié)加大，因此去除冒口后，冒口根部及冒口部位盤的內(nèi)部常有縮孔、縮松，且冒口根部石墨粗大，組織較疏松，工藝出品率低，質(zhì)量不穩(wěn)定。②平做立澆。在盤的徑向加一個φ160mm×350mm的明冒口，如圖3所示。此工藝雖預(yù)熱冒口，并增加了冒口的壓力，但仍有縮孔、縮松，且盤的斷面質(zhì)量不均勻。

由此可見，應(yīng)用傳統(tǒng)工藝方法設(shè)計冒口，要使熱節(jié)由鑄件轉(zhuǎn)移到冒口，就需要非常強的順序凝固形式，而要想使冒口對后期收縮進行補償，這是不可能的。只有充分利用膨脹，將膨脹引起的壓力用于補償后期收縮，才能生產(chǎn)出具有較高工藝出品率且沒有縮松的鑄件。

（2）壓邊冒口加分散內(nèi)澆道存在的問題 平做平澆，在鑄件上面加一個或兩個壓邊冒口，分散內(nèi)澆道，如圖4所示。由于冒口底部的型砂過熱，打破了原來鑄型的溫度分布狀態(tài)，使其形成人為熱節(jié)，且壓邊寬度對鐵液溫度、化學(xué)成分有嚴格的要求，難以掌握，冒口頸不能在有限補縮后及時封閉，或是未實現(xiàn)有限補縮就已經(jīng)封閉。去除冒口后，壓邊處常出現(xiàn)縮孔、縮松，且冒口處盤的中間部位約90°的范圍內(nèi)有明顯縮孔、縮松。

（3）無冒口鑄造存在的問題 采用分散澆道的無冒口鑄造，由于沖天爐熔化鐵液，材料不能定點供應(yīng)，無法保證高的冶金質(zhì)量，并且球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵存在衰退問題，不能保證在要求的溫度范圍內(nèi)澆注，因此鑄件的上平面出現(xiàn)縮凹，且盤的上部有石墨粗大現(xiàn)象。

3.冷鐵冒口的應(yīng)用

（1）理論依據(jù) 根據(jù)美國學(xué)者卡塞博士的研究理論，生產(chǎn)模數(shù)大于2.5cm的厚大球墨鑄鐵件和灰鑄鐵件，在高的冶金質(zhì)量和鑄型強度下，可以無冒口鑄造。但由于熔煉的冶金質(zhì)量差且成分不穩(wěn)定，尤其是球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵存在衰退問題，不能保證要求的澆注溫度，所以必須采用小冒口進行補縮。

我們運用均衡凝固理論，采用壓邊冒口進行液態(tài)補縮。但由于壓邊冒口本身的特點決定了冒口無明顯的冒口頸，這對冒口與鑄件補縮系統(tǒng)的冷卻，以及凝固條件和鑄型溫度場的分布產(chǎn)生了影響，不能有效地利用有限補縮，因此如何消除這部分影響是解決問題的關(guān)鍵。

根據(jù)上述理論，結(jié)合生產(chǎn)實踐，以互為補充為原則，我們研究應(yīng)用了冷鐵冒口新工藝，在冶金質(zhì)量不高、鐵液溫度波動大的情況下，生產(chǎn)出了內(nèi)部組織致密的鑄件。

（2）冷鐵冒口的補縮機理 冷鐵冒口工藝是無冒口鑄造理論同均衡凝固理論的有機結(jié)合。采用壓邊冒口的形式，在壓邊縫隙處安放大小和形狀合適的冷鐵，用冷鐵來平衡冒口根部集中的熱量，消除人為熱節(jié)，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)冒口對鑄件以及鑄件自身的補縮能力。同時，冷鐵又可以加快壓邊冒口縫隙處的凝固速度，從而使壓邊寬度增加，這使液態(tài)補縮更加充分有效，在達到均衡時，在冷鐵的作用下冒口縫隙迅速凝固封閉，利用其自身的膨脹壓力獲得健全的鑄件。

（3）冷鐵冒口的應(yīng)用條件 ①模數(shù)大于2.5cm的各類球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、灰鑄鐵及合金鑄件。②普通粘土砂干型和其他自硬砂型。

4.應(yīng)用案例

（1）用此工藝生產(chǎn)的摩擦盤、蠕墨鑄鐵盤、合金精研盤及球墨鑄鐵板，徹底解決了鑄件內(nèi)部縮松問題，使其使用壽命提高了一倍以上。

（2）用冷鐵冒口工藝生產(chǎn)厚大球墨鑄鐵件，得到了滿意效果。如2.5t球墨鑄鐵機身，鑄件表面完好，經(jīng)無損檢測，內(nèi)部無任何缺陷。

澆注系統(tǒng)采用半封閉式，內(nèi)澆道分散引入。各單元截面比為F內(nèi)∶F橫∶F直=1∶（1.3～1.5）∶（1.1～1.3）。

5.結(jié)語

（1）冷鐵冒口應(yīng)用于厚大球墨鑄鐵件、蠕墨鑄鐵件和灰鑄鐵件，徹底解決了鑄件內(nèi)部的縮孔和縮松問題。

（2）冷鐵冒口的應(yīng)用，放寬了對冶金質(zhì)量的要求，適應(yīng)性強。

（3）放寬了壓邊寬度值，降低了冒口對壓邊寬度的敏感性。

（4）由于冷鐵可迅速封閉冒口頸，鑄件在澆注過程中可一次澆注到要求高度，而不用點冒口，給操作帶來了很大方便。

（5）冷鐵冒口的應(yīng)用，提高了鑄件的工藝出品率，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。

（20121020）