遼陽鍛壓機床股份有限公司 (遼寧 111000) 張懷敏 楊東明
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(yán)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。
(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(jìn)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(jìn)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(yán)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。
(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(jìn)行補縮。
我們運用均衡凝固理論,采用壓邊冒口進(jìn)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(dá)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。
(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)。
(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)