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      30年鑄造廠實踐總結:4類常用鑄件的工藝不足分析+改進方法
          簡述了發動機缸蓋類鑄件、輪類鑄件、框架類鑄件、泵殼閥類致密性鑄件等幾種典型鑄鐵件采用將鑄件分割置于上、下型的做法,甚或是鑄件全部設置于上型的工藝方案,分析了其容易導致氣孔、澆不足、冷隔、縮孔、縮松、錯邊等鑄造缺陷的原因。采用鑄件全部設置于下型的工藝方案后,因其具有型腔排氣充分、可優化設計澆注系統、可優化設置冒口系統、鑄件錯箱缺陷少、鑄件加工余量少等優點,生產實踐表明,采用此工藝后鑄件合格率大幅提高,可獲得內部組織更加致密、外形更加美觀的高品質鑄件。
          筆者根據30年的工廠鑄造生產實踐,對較多鑄件形成氣孔、縮孔、縮松、澆不足、錯箱等缺陷的成因進行分析后,認為:要使鑄件合格率達到較高的水平,在鑄造工藝方面,除需在鑄件的澆注系統、冒口系統的優化設計、冷鐵的優化設置等外,鑄件分型面位置(設在鑄件中部和設在鑄件頂面)的選擇極為重要。
       
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      幾種鑄件常用鑄造工藝的不足
       

      分型面位置(設在鑄件中部與設在鑄件頂面)的選擇極為重要地影響著鑄件合格率的高低、造型的難易程度等。筆者認為:砂型鑄造生產中結構******設置在下型的鑄件,其鑄件的造型、下芯、合型操作較為簡便,鑄件合格率較高。在鑄造生產實踐中,確實有很多類型的鑄件的澆注位置本可以實現鑄件結構全置于下箱,上型只須設置鑄件的澆冒口等工藝結構;也有較多類型的鑄件的澆注位置在輔以砂芯或中箱或曲面分型等工藝措施后,亦可以實現其鑄件設置于下型(或主要部分置于下型)。然而,在現實生產中有很多的鑄件,尤其是以下幾類典型結構的鑄件,很多鑄造廠仍經常采用將鑄件分割置于上、下型的做法,甚或是鑄件全部設置于上型的工藝方案。生產實踐表明,這種方法較容易導致氣孔、澆不足、縮孔、縮松、錯邊等鑄造缺陷。

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      1.1發動機缸蓋類鑄件

       
          各類發動機鑄鐵(鋼)缸蓋類鑄件的砂型鑄造,普遍采用的是一些常用手冊或教科書上通常推薦的圖1所示的上、下箱各置鑄件一半結構的澆注位置鑄造工藝方案。
          圖1所示的發動機缸蓋類鑄件上、下箱各置一半鑄件結構的澆注位置鑄造工藝方案,在生產中鑄件易產生氣孔、澆不足、冷隔等缺陷。該種狀態在我國無論南北的鑄造廠都是極為普遍存在的,而且通常都是該類鑄件的主要缺陷,尤其是氣孔通常為該類鑄件廢品缺陷的重要要因,是相關工廠鑄造生產中多年存在的“老、大、難”技術問題。
          在工廠的實際生產中,為解決該缸蓋類鑄件氣孔等鑄造缺陷,較為普遍的方法是采用粗粒度的型砂(45/75目)、在上下砂型背面各扎出多個不穿透的出氣孔(道)、在鑄件的上表面的搭子上設置眾多個出氣針及其出氣片結構、設置若干個“出氣”冒口,以及提高鐵液的澆注溫度至1410℃(以上)等工藝措施。然而這會使得造型工藝復雜化,以及使鑄件的表面質量降低和增加鑄件清理(拋丸)的難度和鑄造生產成本。
       
       

      1.2輪類鑄件

       
          各類鑄鐵(鋼)輪類鑄件的砂型鑄造,亦普遍采用的是一些常用手冊或教科書上較為通常推薦的圖2所示的上、下箱各置鑄件一半鑄件結構的澆注位置鑄造工藝方案。
          輪類鑄件在鑄造時容易出現縮孔、氣孔、夾砂、裂紋和砂眼等鑄造缺陷,或容易出現縮孔、裂紋、砂眼缺陷。輪類鑄件的圖2所示上、下箱各置一半鑄件結構的傳統鑄造工藝方案,該種工藝方案(狀態)在各類鑄造廠都較為普遍存在,其氣孔、縮孔等缺陷亦通常為該類鑄件廢品的主要因素。
          在工廠生產實際中,為解決該輪類鑄件氣孔、縮孔等鑄造缺陷,亦普遍采用粗粒度的型砂、在上下砂型背面各扎出多個不穿透的排氣孔(眼)、多設置出氣針或“出氣”冒口,以及提高鐵液的澆注溫度等工藝措施,亦使得造型工藝復雜化以及使得鑄件表面質量降低;為解決該輪類鑄件縮孔等鑄造缺陷,以設置較大尺寸的邊冒口或側耳冒口網,從而又會降低鑄件工藝出品率和砂箱的面積利用率。
       

      1.3框架類鑄件

       
          各種鑄鐵框架類鑄件的砂型鑄造,有較多的鑄造廠采用圖3(a)所示的上下箱各置鑄件一半結構的澆注位置的傳統鑄造工藝方案,或圖3(b)所示的上、中、下箱根據鑄件結構各置一部分鑄件結構的鑄造工藝方案。
      給纖框圖用圖3(a)所示的上、下箱各置鑄件一半結構的澆注位置的傳統鑄造工藝方案,在實際鑄造生產中鑄件易在冒口頸處產生縮孔缺陷。而核電行星架球墨鑄鐵件用圖3(b)所示的上、中、下箱根據鑄件結構各置一部分鑄件結構的鑄造工藝方案,該工藝方案在西南某廠采用的鑄造生產方式是:水玻璃砂造型、制芯(鉻鐵礦砂制作特異小砂芯),一箱一件,大量設置冷鐵,階梯進液的澆注生產方式;加之其原始鑄造工藝方案未設置適宜大的排氣冒口,鑄件在其澆注位置的頂面產生較多較大的氣孔缺陷,且在頂面6個較大的熱節處(A~F處)還間或產生縮孔缺陷。
      為解決圖3(a)所示給纖框的縮孔缺陷,一些鑄造工作者往往采用加大冒口的工藝措施,而使得其鑄件的縮孔缺陷變得更大。為解決圖3(b)所示核電行星架大型球鐵件的縮孔缺陷,傳統的工藝措施是在頂面的6個熱節處(A~F處)各設置一個大冒口(在圖3b的原無冒口工藝方案的基礎上改為其圖示的大冒口工藝方案),而大冒口工藝方案進一步使得A~F 6個熱節處(冒口頸)的縮孔缺陷更為嚴重。
       
       

      1.4泵殼閥類致密性鑄件

       
          泵、殼、閥類(液壓)致密性鑄件按傳統的鑄造工藝理念,往往將其“重要”加工面(大面)朝下,以******其加工面的質量和便于下芯,通常采用圖4所示的加工面朝下的澆注位置的傳統鑄造工藝方案。
              圖4所示鑄造方案的主要工藝特點是:鑄件的主(重)要加工面(或大面)朝下、下芯方便(砂芯?。?、鑄件結構大部分或全部置于上箱、金屬液澆注以底注式進液為主。生產實踐中泵、殼、閥類(液壓)致密性鑄件采用圖4所示加工面(大面)朝下的傳統鑄造工藝方案較為多見,但其鑄件易產生錯箱、縮孔、縮松、氣孔類鑄造缺陷。
              為解決圖4所示泵、殼、閥類液壓鑄件(通稱高致密性鑄件)的縮孔、縮松缺陷,一些鑄造廠通常所采用的工藝措施亦是加大冒口,乃至設置保溫冒口,其鑄件的縮孔、縮松缺陷亦難有效地解決,鑄件的致密度很難達到其較高的致密性技術要求。為解決圖4所示工藝方案鑄件的氣孔缺陷,普遍的工藝措施亦是提高型砂的透氣性及“出氣”冒口以增加型腔的排氣面積,以及提高金屬液的澆注溫度。
       
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      鑄件設置于下箱工藝方案的優點
       
      分析圖1至圖4所示的幾種典型鑄件傳統的鑄造工藝方案,該幾類鑄件易產生或(間或)產生氣孔、縮孔、縮松、錯箱等鑄造缺陷,筆者認為其共同的主要成因之一是:鑄件的重要結構、或全部結構設置于上箱的澆注位置。
      根據筆者30年來的鑄造工廠生產實踐經驗總結和思考認為:鑄件結構全部設置于下箱(鑄件結構自然允許者)、或創造(工藝)條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱,是解決眾多黑色金屬鑄件砂型鑄造易產生氣孔、縮孔、縮松、錯箱等鑄造缺陷的澆注位置設計方案,亦即筆者極力主張“砂型鑄造鑄件下箱優先設置”,如圖5至圖8所示。鑄件結構下箱優先設置方案,比之于圖1至圖4所示的鑄件傳統的澆注位置鑄造工藝方案,主要具有如下幾個方面的工藝優點。
       
       

      2.1型腔排氣充分

       
      圖5至圖8所示的鑄件分型面設置方案,鑄件結構全部設置于下箱、或創造工藝條件將鑄件全部結構(或鑄件重要結構設置于下箱)的澆注位置鑄造方案,其極為重要的鑄造工藝優點之一便是:充分地利用上、下箱的分型面對型腔進行排氣,其分型面是一個天然(自然)的排氣面,而且其處于鑄件的高面處(鑄件結構自然允許其全部設置于下箱或創造工藝條件將鑄件全部結構設置于下箱)或其處于鑄件主要結構的高面處(創造工藝條件將鑄件重要結構設置于下箱)。
      這種分型面處于鑄件頂面或鑄件主要結構面,利用分型面排氣的方式是砂型鑄造工藝中極為******、有效和充分的排氣方式和途徑,是解決相關黑色金屬鑄件砂型鑄造氣孔缺陷的重要工藝方法和技術措施。
       

      2.2可優化設計澆注系統

       
      圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案,因鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱,其為鑄件澆注系統的優化設置創造了基礎(工藝)條件,鑄件可很好地設計出頂注式澆注(系統)方式。
          頂注式澆注(系統)方式,因其能使金屬液在型腔的溫度梯度分布呈上高下低的正溫度梯度狀態,一方面十分有利于澆注系統及上層高溫金屬液對下層低溫金屬液的液態冷卻收縮進行有效地補縮;另一方面,頂注式進液過程中、后進人型腔的金屬液,可不斷地使******入型腔中的金屬液的液面形成的“固態膜”破裂,從而極為有利于金屬液中氣體的溢出。
       
       

      2.3可優化設置冒口系統

       
      圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案,因鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱,也為鑄件冒口系統的優化設計創造了基礎(工藝)條件,鑄件可很好地設計出壓邊冒口系統型式或其它類似于壓邊冒口之優化型式的頂冒口系統。
      壓邊冒口系統型式(或其它優化型式的頂冒口系統),結合上述金屬液在型腔中的溫度梯度分布呈上高下低的正溫度梯度狀態,一方面十分有利于冒口系統對下層低溫金屬液的液態冷卻收縮進行有效地補縮;另一方面,壓邊冒口系統型式因其在金屬液自始至終充型的過程中處于鑄件結構的高處(或冒口因其在金屬液自始至終充型的過程中處于鑄件重要結構的高處),極為有利于型腔中及金屬液中氣體的溢出。
       

      2.4鑄件錯箱缺陷少

       
          鑄件結構全部設置于下箱,即用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及鑄件分型面設置方案,鑄件全部(或絕大部分鑄件結構)由下型鑄出,有內腔結構的鑄件亦可用砂芯或上型“砂胎”的定位后鑄出。由此可見,用圖5至圖8所示的分型面設置方案比之于鑄件用圖1至圖4所示傳統的澆注位置鑄造工藝方案鑄出的鑄件,避免了或有效地降低了鑄件錯箱缺陷的產生,大大地降低了由于鑄件尺寸不合格而導致的鑄件廢品率。
       

      2.5鑄件加工余量少

       
      鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱,用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案,可較好地減小鑄件的加工余量,減?。ㄉ伲╄T件飛刺。
      減小鑄件的加工余量,主要表現在以下幾個方面:其一,鑄件結構全部(或主要結構)設置于下型,只有下模一個方向的“拔模”斜度及錯箱的可能性小,其鑄件側面的加工余量可適當減??;其二,因鑄件的澆冒口設置于圖5至圖8所示的澆注位置的鑄件頂面(即分型面或加工面),可以免去圖1至圖4所示鑄件傳統的鑄造工藝方案在一些鑄件的非加工面設置冒口而增加的“工藝”加工余量。
      減小鑄件飛刺,主要表現在鑄件結構全部(或主要結構)設置于下型、其分型面在鑄件頂面,可減少(?。?0%左右分型面在鑄件中部時傳統的“防壓環”結構,故而鑄件用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案可比圖1至圖4所示傳統的澆注位置鑄造工藝方案至少減少40%~50%的鑄造飛刺。
       
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      結論
       
       生產實踐表明,鑄件結構全部設置于下箱,即用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案比之于鑄件用圖1至圖4所示傳統的澆注位置鑄造工藝方案鑄造鑄件,具有以下幾個主要技術優點及經濟效果:
      (1)有利于克服氣孔、縮孔、縮松、錯箱等鑄造缺陷的工藝優點,故其鑄件的合格率高,尤其是可大幅度地提高氣密性鑄件的鑄造合格率(可從常用鑄造工藝方案的30%~40%提高到“鑄件結構全部設置于下箱”工藝方案的95%左右);
      (2)具有加工余量少,鑄件的工藝出品率較高及砂箱面積利用率高的優點;
      (3)獲得內部組織更加致密、外形更加美觀的高品質鑄件。
      ——來源于百鑄聯盟

       

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