关于非均匀壁厚金属型重力铸件缩孔缩松的消除

董建平 于艳红 李彦明

（1.辽宁锦兴电力金具科技股份有限公司，辽宁锦州121116；2.辽宁省锦州市机电工程学校，辽宁 锦州121001）

采用金属型重力浇注不均匀壁厚铝合金悬垂线夹铸件很容易出现缩孔、缩松、裂纹、和冷隔等缺陷，正确地设计浇注系统，合理地选择工艺参数，有效地控制其过程，能很好地防止上述缺陷出现，提高了产品品质，降低了废品率和材料消耗。

1．铸件结构特点及工艺分析

CTSJ-2悬垂线夹是用于电力线路上的重要部件，要求具有较高的力学性能，对导线良好的握力及适应导线振动，外形见图1，轮廓尺寸为 207.5mm×125mm×210.5mm，毛坯质量为0.9kg，采用ZL102D合金。该铸件要求有良好的表面品质，内部组织要致密，无缩孔、缩松、裂纹和冷隔等缺陷，要求承受破坏载荷σb﹥40MP，为满足产品性能要求，选用金属型重力铸造。

CTSJ-2形状不规则，在中心部位有较大的热节，壁厚从最薄6mm到最厚40mm是典型壁厚不均匀铸件，铸造难点:○1中间部位A处有一φ36mm较大热节，而且受产品形状所限，不能设置较大冒口，因此铸件易出现缩孔、缩松等缺陷；○2207.5mm×125mm周边加强筋为R3mm，易产生浇不足和冷隔缺陷；○3铸件分型较困难，两个32mm×53mm×16mm长方槽和一个20mm×48mm×50mm半园弧型槽须用活块铸出，一个φ18孔用铁芯铸出，长度207.5mm方向上的两个方槽也直接铸出。

2.工艺设计

针对以上所述情况，在工艺设计上采取如下措施:

（1）铸件以长207.5mm为水平边置于型腔内，使其浇注状态下高度最小，既有利于铸件得到补缩，同时可减少液流对铸型及型芯的冲击，并防止其产生二次氧化、夹渣和气孔，而且便于取出铸件和抽拨金属芯及活块，避免铸件变形和损伤。

（2）因为ZL102D铝合金比重轻、流动性差、收缩大、而且铝的化学性质活泼极易吸气和氧化结皮，如果破裂的氧化皮卷入铝液中就很难上浮去除，使铸件形成氧化夹渣，降低其力学性能，所以浇注系统应平稳无飞溅和冲击地充填铸型，并能阻止溶渣和气体被金属液带入型腔，且充填时间要短，抛渣能力要强，因此浇注系统采用倾钭直浇道。

（3）铸件采取顺序凝固，通过液态金属进入型腔的位置，调节金属型与铸件各部分的温度分布以控制铸件的凝固顺序，使铝液在规定时间内充满铸型。

（4）为了对铸件热节处进行补缩，将内浇道开在铸件厚大部位处（A处）并通过冒口进行补缩，以利于得到组织致密的铸件。

（5）利用喷涂不同厚度的涂料来控制铸件凝固速度。

3．金属型设计

根据对铸件结构、工艺分析和设计，结合我公司生产设备情况，设计了金属型重力浇注模具，如图2所示。

（1）金属型分型面一个是以零件竖直对称中心线垂直分型，另一个是以两个R17为分型线曲面分型，形成动、定模，动模又分左右二模。

（2）φ18mm孔采用手动抽芯，并在模具上加工有定位孔，确保了型芯定位可靠，不会因浇道金属液的冲击而产生偏移，同时利用型芯与定位孔的配合间隙可排气，有利于保证铸件内在质量。

（3）活块一形成20mm×48mm×50mm半园弧型槽、活块二、三分别形成两个53mm×31mm×17mm矩形槽。

（4）在模具顶端开设0.5mm排气槽。

（5）金属型在浇注时，要承受铝液的动压力和静压力，为防止铝液从分型面流出，减小金属型的翘起变形，采用磨擦锁紧机构。

4．工艺参数确定

（1）铝液熔炼

铝液熔炼过程中要严格遵守工艺规程，炉料配比准确并做好变质和精炼处理，控制好铝液熔炼温度和时间。

（2）金属型预热温度

金属型预热温度应根据铸件尺寸和结构特点，应避免金属液冷却太快，造成气孔、缩孔和裂纹缺陷，前后模、活块和金属芯预热250℃～300℃。

（3）金属型浇注温度和速度

○1由于金属型导热能力强，冷却速度大，如果浇注时铝液温度过低将会导致铸件产生冷隔、缩孔和缩松等缺陷，铝液温度过高则铸件冷却缓慢，结晶粗大，力学性能降低，易形成气孔和针孔等缺陷，为避免这些缺陷产生，铝液浇注温度应为700℃～720℃，并用温度显示仪严格监控铝液温度。

○2由于金属型的激冷和不透气，故金属液充填型腔要快，浇注时间要短。

5．试制及生产情况

（1）试制

模具制作完成后浇注试验，浇注中严格执行工艺规程，从整个浇注过程看，合型、浇注、脱模及铸件取出都比较好，铸件没有出现气孔、冷隔缺陷，但在铸件热节A处出现缩孔和缩松缺陷，需要补焊。

（2）缺陷分析及采取纠正措施

○1缺陷产生的原因：在模具设计时虽考虑了为使铸件顺序凝固，将浇道（以浇代冒）开在铸件热节处补缩热节，但由于铸件实际凝固时是按远离浇道（冒口）的部位和薄壁处最先凝固，然后是靠近浇道（冒口）部分，最后是热节处凝固。热节处补缩是靠铸件周围和浇（冒口）中的金属液补充，由于此时铸件四周和薄壁部份和浇（冒口）均凝固，热节区变成了孤立液相区并形成了封闭回路，处于断流状态，补缩通道被阻断再无金属液补充热节，因此产生了缩孔。

○2纠正措施:将铸件的直浇道加粗并在距内浇道20mm处设置一个φ45暗冒口，进行浇注铸件无缩孔和缩松出现，合格率达92%，产品表面和内在都有了良好的品质，达到了力学性能，并降低了产品的废品率和材料消耗，提高了生产效率。

○3总结:做为较好的铸造工艺方案，在铸件浇注过程中，直浇道和冒口应对铸件进行及时充足的补缩，第一次模具设计首先是直浇道凝固，铸件热节凝固靠末凝固的铸件和浇道的金属液补充，但由于它们均比热节先凝固，不能起补缩热节作用，故产生了缩孔和缩松，对于出现主浇道先于铸件凝固是由于浇道尺寸偏小，传热速度快，周围热源较低，形成铸件对浇道补液现象，既反补现象。第二次改进了工艺方案，加大浇（冒口）尺寸，实现了顺序凝固，凝固顺序是：由距浇（冒口）较远处依次逐渐推移至冒口，冒口最后凝固，使热节区得到补缩，没有产生缩孔和缩松。

（3）生产

CTSJ-2悬垂线夹从2002年投产至今已生产了4800套，它们正安全运行在全国各大输变电线路上。

结束语

对于厚薄不均铝合金铸件，在铸造生产过程中除了设计其金属型模具时要考虑铸件在型腔中的位置、分型面位置、浇注系统开设位置和工艺参数控制外，补缩冒口设置的位置和大小直接影响铸件的质量，应需给予着重考虑。

[1]黄良余，戴世忠，陈玉造.简明铸工手册[M].北京：机械工业出版社.1996年3月.

[2]扬为勤，谢国峰.特种铸造及有色合金[M].杂志大型异形铝铸件的铸造工艺研究，2007，27（4）.