垂直线生产的可锻铸铁管件缺陷改进措施

陈凤宇 刘颖

摘 要：通过对比垂直浇注与水平浇注区别，针对垂直线生产可锻铸铁管件出现的较严重的气孔、夹渣、缩松缺陷，分析缺陷产生原因，并通过改进浇注系统结构形式及排气方式，解决可锻铸铁管件气孔、夹渣、缩松缺陷。

关键词：浇口杯;浇道;卷气;排气;挡渣;补缩

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.039

垂直造型与水平造型工艺特点的区别，致使其在生产中出现的铸造缺陷也有所不同，利用垂直线生产玛钢管件的主要缺陷是气孔，其次是夹渣、缩松，解决上述缺陷关键是通过优化模具设计。

1 优化浇注系统设计，避免气体卷入砂型型腔

1.1 优化浇口杯设计，防止铁水飞溅

采用圆口六角弧面浇口杯，浇口杯承接铁水面应避免出现大的平面（如图1），尽量设计成圆弧面承接铁水（如图2）。浇口杯端部设计成圆口便于找准浇口，六角弧面设计便于铁水汇集注入直浇道。现场浇注情况也表明图2形式的浇口杯更便于控制铁水流速。

1.2 优化浇道的设计，将竖直浇道设计成截面积连续渐变的梯形

铁水在竖直向下流动过程，受重力加速度影响，铁水截面积越来越小，因此应将直浇道设计成截面积连续渐变的梯形;否则铁水流动过程会在直浇道中留有空隙，因此造成铁水流动吸气并卷入铁水进入铸件型腔，若气体排出不畅就会造成气孔缺陷。因垂直生产的工艺特点，可锻铸铁铸件自上而下分层排布，不同层铸件铁水接近同时浇注，竖直浇道设计计算公式如下：

F——竖直浇道截面积，单位mm2;

G——该处浇道充型的所有铸件的总质量，单位Kg;

t——设计充型时间，单位sec;

m——损失因数，铁水在浇注系统中流速降低系数，一般取0.6;

H——铁水在浇道处的静压头高度。

1.3 设置排气结构，便于铸件型腔气体排出

在砂型、砂芯处开设排气槽，在铸件最后充型部位开设排气通道，若铸件位置局限无法开设排气通道，可以设置集气空腔。另外，也可以在浇道上设置阻流截面减缓铁水流速，以利于型腔排气。

2 优化浇注系统设计，设置各种集渣结构，提高浇注系统挡渣效果

2.1 按封闭式或半封闭式设计浇注系统

可锻铸铁生产用废机铁、废钢、回炉料等原材料一般纯净度较差，造成铁水极易混进杂质，同时中频炉熔炼铁水也不利于铁水夹渣排出，因此可锻铸铁管件模具的浇注系统一般需设置成封闭式或半封闭式，以提高浇注系统挡渣效果。结合垂直造型特点，横浇道做成窄而高楔形结构，楔形窄面朝下，如图3。楔形结构上下宽度比约为2：1，高度约为下部宽度的4倍，楔形结构利于铁水尽快充满浇道，且利于铁水夹渣的上浮。为提高浇道挡渣效果，将水平浇道与竖直浇道的搭接截面设计成薄而宽的扇形结构，如图4;各部分浇道在分流时，应将相互搭接的浇注分别置于正反板上。

2.2 浇口杯上设置集渣包

如图2，在浇口杯底部设置长度约25mm的集渣包，收集第一股冷铁水及飞溅的铁水。

2.3 水平浇道、竖直浇道末端设置集渣包

集渣包对净化铁水，减轻铸件缺陷有一定的作用，集渣包一般设置在浇道末端。在水平浇道末端设置楔形集渣包，将流经的头股冷铁水、脏贴水及表面浮渣汇集于此。楔形集渣包一般长出最后一个竖直浇道30～40mm，楔形两端高度比为2：1，结构如图5。

在竖直浇道末端設置球形或圆柱形集渣包，将流经的头股冷铁水、脏贴水及浮砂、铁豆汇集于此。集渣包结构如图6。

3 优化设计暗冒结构形式，提高暗冒补缩效率

可锻铸铁件是经铸态白口坯件经高温石墨化退火后获得的，铸态白口坯收缩倾向大，补缩不足极易产生收缩缺陷。根据可锻铸铁管件结构特点一般用侧热暗冒口补缩，采用热节圆法设计暗冒尺寸，补缩距离按热节圆直径的4.5计算。为提高暗冒补缩效率，暗冒上半部分需保证足够高度，并设置“V”暗冒窝延迟暗冒顶部凝固，避免暗冒内出现负压，降低暗冒内铁水提高补缩能力;暗冒下半部分要较浇口厚3～5mm，延缓冒口颈凝固。暗冒结构式如图7。

4 结论

采用封闭式浇注系统，增加排气通道，设置集渣包等措施后，经试验可锻铸铁管件的气孔、夹渣、缩松缺陷明显减少，取得了较好效果。

参考文献：

[1]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：铸铁（第二版）[M].机械工业出版社.

[2]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：铸造工艺（第二版）[M].机械工业出版社.

[3]李昂，吴密.铸造工艺设计技术及生产质量控制实用手册[M].金版电子出版社，2003（05）.

作者简介：陈凤宇（1976-），男，河北玉田人，本科，助理工程师，技术部副部长，研究方向：优化沟槽及玛钢管件模具设计工艺，从事新产品开发、模具设计及与模具相关缺陷的技术指导。