曹忠海

（江蘇省江陰中等專業(yè)學校周莊校區(qū)，江蘇江陰 214423）

1 背景

在鑄造生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)的工藝一般依據(jù)順序凝固和同時凝固理論來設計的。在鑄鐵件的生產(chǎn)實踐中人們發(fā)現(xiàn)采用上述兩理論，有時難以達到理想的效果。對此西安理工大學魏兵教授提出了均衡凝固理論，該理論一經(jīng)提出，就在鑄鐵件鑄造生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，并取得了較為滿意的鑄造效果。該理論的精髓是有限補縮的概念，認為任何一個鑄鐵件在凝固的某一時刻，有些部分正在收縮，有些部分已進入石墨化膨脹，時間是同時的，鐵液是相通的；這時，脹縮就可以相抵，鑄件表現(xiàn)出來的收縮值，實際上是脹縮相抵的凈結果，其原理見圖1。

A 點為型腔充填開始；B 點為型腔充填完畢；C 點為鑄件凝固結束時刻；D 點為石墨化膨脹速率最大值；曲邊三角形ABC 為鑄件的總收縮；曲邊三角形ADC 為鑄件的石墨化膨脹；曲邊三角形AB'P 為鑄件脹縮相抵的凈收縮，稱為鑄件的表現(xiàn)收縮；P 點為均衡點，對應的時間是鑄件收縮量等于膨脹量的時間，此時表現(xiàn)收縮為零，即為冒口補縮終止時間。

圖1 鑄鐵件收縮與膨脹疊加

從圖1 中可以看出，對于鑄鐵件，冒口只需在AP 時段內(nèi)對鑄件進行補縮，而傳統(tǒng)理論認為必須在AC 時段內(nèi)都要對鑄件進行補縮，故均衡凝固理論要求的冒口補縮時間大大縮短。

2 薄餅類鑄鐵件的均衡凝固工藝

2.1 工藝特點分析

薄餅類鑄鐵件（指直徑? 與厚度δ 之比大于5的鑄件），雖然形狀簡單，但由于上平面大，在鑄造生產(chǎn)中很難進行補縮，常常出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷。以生產(chǎn)的尺寸為（?425×35）mm，重量為35.5kg 的薄鐵餅工件為例,一開始采用傳統(tǒng)工藝（工藝簡圖參見圖2）鑄造，在冒口根部出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷，鑄鐵合格率只能達到70%左右。依據(jù)均衡凝固理論有限補縮的原理，采用由直澆道、橫澆道、壓邊冒口一壓兩件的改進工藝進行鑄造，工藝簡圖見圖3。

圖2 傳統(tǒng)工藝

圖3 均衡凝固工藝

2.2 具體工藝參數(shù)的確定

本工藝需要確定的關鍵工藝參數(shù)有：壓邊冒口的尺寸、壓邊縫隙的寬度、直澆道的截面尺寸、橫澆道的截面尺寸。

2.2.1 壓邊冒口尺寸

（1）計算鑄件模數(shù)Mc

（2）計算冒口模數(shù)MR

MR=1.08Mc=1.08×1.5=1.62（cm）

由此選定A-7 冒口，具體尺寸為：a=100mm,b=100mm,h=100mm,實際生產(chǎn)中為了造型的方便，冒口本體采用了?100 的圓柱體，GR=5.6kg。

2.2.2 選取直澆道截面尺寸

G澆道取鑄件重量的15%。

此時查資料得直澆道的直徑為28mm，截面積（A直）為6.1cm2。

2.2.3 選取橫澆道截面尺寸

A橫=0.8A直=6.1×0.8=4.9（cm2）

橫澆道具體尺寸為28 mm×36mm,高15mm。

另外，根據(jù)有關資料壓邊縫隙e=5mm。

2.2.4 計算工藝出品率

根據(jù)圖2 和圖3 所示的工藝路線，鑄件的尺寸為?=90mm，h′=100mm。計算時結合鐵餅鑄件的比重進行質(zhì)量換算，對傳統(tǒng)工藝和均衡凝固工藝的出品率進行比較。

采用圖3 得出均衡凝固工藝的出品率η：

η=Gc/∑G總=35.3×2/81.5×100%=86.7%

通過對單個鑄件的質(zhì)量計算，再計算工藝出品率，得到圖2 所示傳統(tǒng)工藝的出品率η′：

比較出品率：

按上述的均衡凝固工藝生產(chǎn)了一批?425mm、厚度35mm 的鐵餅，機加工后的合格率達到98%。

3 結束語

在薄餅類鑄鐵件的鑄造工藝設計中，采用均衡凝固理論，可以解決采用傳統(tǒng)鑄造工藝中冒口根部出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷的問題，大大提高了鑄件的合格率；同時可以提高鑄件的工藝出品率和鐵水利用率。