董志鵬，耿建華，許景峰，呂清珂，盧彬彬

（1.濰柴重機(jī)股份有限公司 濱海鑄造廠，山東 濰坊 261001；2.濰柴動(dòng)力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東 濰坊 261001）

615T440020041 R飛輪為斯太爾高速柴油機(jī)的重要部件，重105kg，飛輪平均壁厚為37mm，輪廓尺寸如圖1。材質(zhì)為QT600-3，球化等級(jí)為1～4級(jí)，硬度190HBW～270HBW，基體組織為珠光體+鐵素體?；瘜W(xué)成分分別為：ω（C）：3.5%～3.8%、ω（Si）：2.4%～2.8%、ω（Mn）：0.3%～0.6%、ω（P）≤0.07%、ω（S）≤0.03%、ω（Re）：0.02%～0.05%、ω（Cu）：0.4%～0.6%、ω（Mg）：0.03%～0.06%.

圖1 飛輪毛坯圖

1 原鑄造工藝分析及缺陷分析

采用頂注式澆注方式，鑄件位于下箱，輪轂突出較高的一側(cè)朝下，飛輪大平面為分型面，采用暗冒口容積和冒口頸尺寸的雙重冒口工藝，采用環(huán)形橫澆道，中間設(shè)置直澆道，橫澆道與暗冒口直接相連，鐵水通過冒口頸填充型腔，如圖2所示。

圖2 飛輪原鑄造工藝

鑄件冒口根部存在縮松，加工20mm后，縮松缺陷仍存在。飛輪為球鐵鑄件，球墨鑄鐵屬于內(nèi)生——糊狀凝固，凝固時(shí)產(chǎn)生的膨脹體積比較大，球鐵的碳當(dāng)量處于共晶或稍微過共晶范圍，處于糊狀凝固的球墨鑄鐵，共晶團(tuán)之間的液體通道非常的窄和細(xì)，液體難以進(jìn)行收縮，若得不到冒口的有效補(bǔ)縮，則共晶團(tuán)之間的液體凝固時(shí)得不到補(bǔ)縮形成縮松。球鐵冒口的主要作用是補(bǔ)充液態(tài)收縮，在共晶結(jié)晶期間，由于較大范圍內(nèi)糊狀凝固，堵塞了補(bǔ)縮通道，在共晶團(tuán)之間易形成微觀縮松。冒口中心部位及補(bǔ)縮通道的凝固要晚于鑄件的熱節(jié)部位，同時(shí)冒口有效部分的鐵水量要大于被補(bǔ)縮部位收縮量和冒口鐵水收縮量之和。當(dāng)大量凝固開始時(shí)，冒口頸剛好凝固，鑄型剛度足夠時(shí)可以利用石墨膨脹壓力，使鑄件內(nèi)部始終處于正壓，不產(chǎn)生縮松缺陷。冒口頸凝固的過晚，雖然一次補(bǔ)縮能被冒口補(bǔ)償，無一次補(bǔ)縮缺陷，但到大量凝固時(shí)產(chǎn)生膨脹壓力將會(huì)把鐵水回送到冒口中去，使鑄件內(nèi)部壓力損失一部分，當(dāng)二次收縮終了時(shí)剩余壓力補(bǔ)償不了二次收縮損失的壓力，于是在鑄件內(nèi)部小熔池里的鐵水壓力低于大氣壓力，產(chǎn)生了負(fù)壓區(qū)，由于冒口頸與鑄件相連，形成熱節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)均衡凝固，共晶團(tuán)之間的液體通道難以進(jìn)行有效的補(bǔ)縮，導(dǎo)致縮松的產(chǎn)生。

2 冒口系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)

縮松是液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，傾向于體積凝固方式而產(chǎn)生的。鑄鐵液態(tài)冷卻時(shí)要產(chǎn)生體積收縮，凝固時(shí)析出石墨又產(chǎn)生體積膨脹。均衡凝固是利用膨脹和收縮動(dòng)態(tài)疊加的自補(bǔ)縮和澆冒系統(tǒng)的外部補(bǔ)縮，采取工藝措施，使單位時(shí)間的收縮與膨脹、收縮與補(bǔ)縮按比例進(jìn)行的一種凝固工藝原則。對(duì)球墨鑄鐵，均衡凝固的補(bǔ)縮技術(shù)，主要利用石墨化膨脹進(jìn)行自補(bǔ)縮，冒口的補(bǔ)縮是有限的。由于鑄件模數(shù)Mc=2.0 cm，模數(shù)比較小，鑄件鐵液冷卻時(shí)產(chǎn)生體收縮，凝固時(shí)析出石墨又發(fā)生體積膨脹，抵消一部分收縮，不需要考慮冒口的補(bǔ)縮距離，對(duì)冒口工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)均衡凝固，消除縮松。設(shè)計(jì)使用飛輪的典型工藝，壓邊冒口工藝，消除冒口根部熱節(jié)，通過控制壓邊的距離，實(shí)現(xiàn)均衡凝固。平澆平冷工藝，邊冒口保證凝固順序：鑄件——冒口頸——冒口，縮孔最后在冒口中形成。澆口通過冒口，使冒口溫度提高，延長凝固時(shí)間，提高補(bǔ)縮效率。

利用模數(shù)法計(jì)算冒口系統(tǒng)，鑄件平均模數(shù)Mc=2.0cm；

式中：Gc—鑄件質(zhì)量，kg.

鑄件收縮時(shí)間分?jǐn)?shù)：

鑄件補(bǔ)縮率：

收縮模數(shù)：

冒口模數(shù)：

式中：f1—冒口平衡系數(shù)，≥1.2，取=1.3；

f3—冒口壓力系數(shù)，根據(jù)質(zhì)量周界商選取，f3=1.3.

壓邊冒口的模數(shù)反映了與鑄件設(shè)置冒口部位的凝固時(shí)間比，根據(jù)鑄件模數(shù)以及冒口模數(shù)的大小，確定壓邊冒口的尺寸（圖3），選取壓邊冒口的壓邊縫隙寬度e=8mm.

圖3 壓邊冒口的尺寸

壓邊隙縫面積，為內(nèi)澆道的面積，根據(jù)澆注系統(tǒng)的計(jì)算方法設(shè)計(jì)直澆道和橫澆道。

球鐵鑄件，選取澆道比為：

壓邊隙縫面積：

則：F橫=2733mm2；F直=1336mm2.

改進(jìn)后的鑄造工藝見圖4.

圖4 改進(jìn)后鑄造工藝

3 生產(chǎn)驗(yàn)證

經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，使用壓邊冒口工藝生產(chǎn)飛輪80件，無縮松缺陷，改進(jìn)效果良好，經(jīng)過工藝的改進(jìn)優(yōu)化，穩(wěn)步提升產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]魏兵，袁森，張衛(wèi)華.鑄件均衡凝固技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]林勃主編.砂型鑄造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.