​知识篇——生产实际案例解读浇注工艺对减少铸造缺陷的作用

铸件缺陷种类繁多，影响铸件质量的因素存在于与铸件生产有关的每道工序中，如图1所示。大型铸件的特点是尺寸大，即体积大、质量重、浇注的铁液多、壁厚相对较厚，形状有的简单、有的复杂；不同领域的铸件，具有不同的要求。大型铸件浇注系统设计及浇注需掌握的主要原则为分散底注（分层注人效果最好），快速浇注（多加出气冒口），高温浇注（加强芯子排气）。

1．分散底注式浇注

图2为分散底注式浇注系统图。优点：有利于金属液平稳地充满铸型；减少金属液氧化，对型、芯冲击力小；防止造成冲砂，减小紊流，减少气体裹人；有利于型腔气体的排出：有利于除渣：避免各部温差过大，有利于减少铸件收缩应力，对长、薄铸件有利于减小变形量，有利于防止裂纹缺陷发生。

缺点：如果充型时间过长，金属液在型腔上升中长时间与空气接触，表面易生成氧化皮（需快速浇注予以克服）；铸件下部温度高，不利于补缩（对灰铸铁件影响不大）。

2．快速浇注

优点：铁液上升速度快，不容易氧化：铁液对型腔的烘烤时间短，减小涂层开裂、脱落的可能性，减少铸件夹渣等缺陷的产生；防止出现浇不足、冷隔缺陷；使型腔内气压增大，迫使气体容易从铸型向外排出，铸件不容易产生气孔等孔洞类缺陷：铸件各部的温度差小，防止裂纹发生。

缺点：低强度类型的砂型易产生冲砂类缺陷，对于树脂砂等强度较高的砂型，影响较小：浇注系统的截面积有所增大，铸件工艺出品率有所降低。

3．合理浇铸时间的确定

生产中常用浇注时间表示浇注速度。对铸件而言，浇注时间长，意味着浇注速度慢：反之，意味着浇注速度快。适宜的浇注时间应根据铸件质量、壁厚、结构、技术要求等综合考虑而定。表1为铸铁件浇注速度的一般原则。

浇注时间与铸件结构、材质、铸型条件、浇注温度等因素有关，每一个铸件都有一个合理的浇注时间与其对应。浇注时间无完善的计算公式，一般依据各种经验公式与图表及铸件质量来确定。浇注时间确定后，再按选择的截面比计算浇注系统各单元的截面积。

(1)资料推荐的灰铸铁件浇注时间如表2。

表1铸铁件浇注速度的一般原则

(2)资料[2]认为，对于质量小于450 kg的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按下面的经验公式计算：

式中：t为浇注时间(s)；CL为型内金属液总质量，包括浇、冒口系统质量(kg)；S为系数，取决于铸件的主要壁厚。

对于质量小于1000 kg的铸铁件，其浇注时间可按Dietert公式计算：

式中：w为浇注速度(kg/s)；G。为型内金属液总质量，包括浇、冒口系统质量(kg)；A为系数(铸铁为0.9)；B为系数（铸铁为0.833）。

对于质量小于10 000 kg的中、大型铸铁件，其浇注时间也可按下式计算：

式中：t，为浇注时间(s)；G，为型内金属液总质量，包括浇、冒口系统质量(kg)；6为铸件的平均壁厚(mm)；S，为系数，取1.7-2.0。

对于重型铸铁件，浇注时间可按下式计算：

式中：t为浇注时间(s)；G。为型内金属液总质量，包括浇、冒口系统质量(kg);S。为壁厚系数，与铸件的壁厚有关（如表3所示）。

表3系数SZ和铸件壁厚的关系

(3)依据生产实践，对于质量大于1000 kg的铸铁件，浇注时间可按下式计算：

式中：t为浇注时间(s)；G，为型内金属液总质量，包括浇、冒口系统质量(kg);S，为壁厚系数，与铸件的壁厚有关（如表4所示）。

表4系数凡和铸件壁厚的关系

4．高温浇注

优点：流动性好，可避免因底注而容易形成的铸件残缺类缺陷，可得到轮廓清晰的铸件；可避免裂纹、冷隔类缺陷：可避免气孔、针孔类缺陷（浇注温度根据铸件壁厚及结构形状适当提高，不是越高越好）。

缺点：容易产生粘砂缺陷；容易产生冲砂缺陷；一特别厚大件易造成组织粗大；厚大球铁件有缩孔、缩松倾向：增大石墨漂浮倾向。

资料刊载的灰铸铁件的浇注温度如表5所示。依据生产实践，建议灰铸铁件浇注温度如表6所示。

对于中、大型铸铁件的生产，其实际浇注时间的长短、浇注速度的快慢，对铸件的质量有直接的影响。

表5灰铸铁件的浇注温度

表6建议灰铸铁件的浇注温度

5．不同大型铸铁件浇注工艺举例

(1)叶片环状支架

铸件质量25800 kg;浇冒口质量4200 kg;浇注质量30000 kg;最小壁厚80mm;牌号GGG-40:浇注温度138℃：浇注时间50s;采用白硬砂手工造型；内浇口位置为底部侧面（如图3所示）。

(2)压缩机缸体上侧，

铸件质量24000 kg;浇冒口质量8000 kg;浇注质量32000 kg;最小壁厚60mm;牌号GCG-40；浇注温度138℃：浇注时间60s;采用白硬砂手工造型；内浇口位置为两侧底部（如图4所示）。

(3)横梁

铸件质量41 000 kg;浇冒口质量9 000 kg;浇注质量50000 kg;最小壁厚50mm；牌号GGG -60；浇注温度1390C：浇注时间50s;采用白硬砂手T造型：内浇口位置为底部侧面（如图5所示）。

(4)柴油发动机曲轴箱

铸件质量29000 kg;浇冒口质量15500 kg;浇注质量44500 kg；最小壁厚25mm；牌号GC；浇注温度140℃；浇注时间86s;采用自硬砂手工造型；内浇口位置参照图6所示。

结论

对于使用强度较高的铸型生产的大型铸铁件，在浇注工艺上采用分散、底注的浇注方式，同时辅以适当提高浇注速度、适当提高浇注温度的方法，可以大大减少铸件孔眼类缺陷（气孔、渣眼、铁豆）、裂纹类缺陷（热裂、冷裂）、表面类缺陷（冷隔、浇不足）、组织及性能类缺陷（孕育衰退）的产生，提高铸件的成品率，减少废品损失，降低铸件加工过程中由于铸件内部缺陷的原因报废而造成的机械加工损失。