球墨铸铁中冷器座管铸造工艺研究

张春禹，王建荣

（中车戚墅堰机车有限公司铸锻分公司，江苏常州 213011）

1 产品结构

中冷器座管是公司大型内燃机用的创新设计，材料为QT500-7,集成了柴油机的进气和进水等功能，属薄壁箱体类铸件，其外形尺寸为2154mm×506mm×232mm（图1），重约235kg，主要壁厚10mm，法兰背面均布ø50mm×50mm 的搭子，壁厚差较大，且壁厚的公差仅为±0.405mm。

图1 中冷器座管

2 质量要求

（1）中冷器座管加工后需要进行水压试验，整个箱体内腔及两侧的管路保持压力0.5MPa 至少5min，任何部位不得有泄露。加工面不得有任何气孔、缩孔缩松等铸造缺陷存在。

（2）表面质量要求较高，不允许存在粘砂、渗铁等缺陷，铸件内腔圆滑过渡，内、外壁经过喷丸处理后表面粗糙度必须要达到规定要求。

（3）尺寸精度要求高，铸件的壁厚均需要进行检查，不能超出公差范围，成品重量要求为225kg，公差为5%。

3 工艺方案的确定

3.1 造型工艺

采用两箱组芯造型，将侧面下型的补砂芯放大到铸件顶面（图2），同时为了充分利用现有砂箱和简化模具结构，下型模样只制作至水管中心，在下型所有砂芯下好后，套上中间砂箱，在砂芯背面填砂紧实，不仅简化了造型操作，而且能节约模具制作费用。

图2 造型工艺简图

3.2 浇注系统选择

中冷器座管具有较大通孔，将浇注系统设置在铸件内腔的底部，形式为底返式浇注系统（图3），其中∑F 直：∑F 横：∑F 内=1：1.85：1.19。其充型过程是：金属液从直浇道进入横浇道，分配到各内浇道后再从铸件底部进入铸件。该底返式浇注系统具有在整个浇注过程中，甚至是浇注断流时，横浇道始终保持充满状态，能有效阻挡渣子进入型腔，防止出现夹渣缺陷；金属液从铸件底部进入型腔，充型平稳，不会产生飞溅和氧化，防止铁豆等缺陷的产生；浇道设置在铸件内部，金属液在型内流动距离短，能有效减少铸件冷夹等缺陷；浇注系统不占用砂型空间，可以减小砂箱尺寸，减少型砂用量，降低生产成本等优点。

图3 设计在内孔的浇注系统

3.3 砂芯的防错设计

由于是组芯造型，内腔砂芯上下层间增加了定位，保证了砂芯定位的准确；侧面的四个补砂芯下芯时与位于两侧的水管芯干涉，无法下入铸型，须将芯座向后外侧放大20mm，下芯后填入固定砂芯；侧面相同结构相近的砂芯增加了防错设计，即每个砂芯设计明显不同定位装置，在操作失误时无法下入铸型中（图4），有效避免砂芯下错造成的铸件报废。

图4 芯撑结构

3.4 芯撑、冷特设计

将芯撑支撑面铁片厚度改2mm，形状与砂芯外圆一致（图4），增加砂芯的稳定性，保证砂芯在铁液浮力作用不上浮。为加快局部热节的凝固速度，在铸件厚实的搭子位置设置冷铁，平衡铸件的凝固速度，防止搭子钻孔后出现缩孔缩松缺陷。

4 工艺实施效果

按照此工艺生产的中冷器座管铸件质量明显提高，完全消除了渣孔、冷隔等缺陷，经机加工和水压试验，缩孔缩松和泄漏缺陷率大大降低，废品率可控制在3%以下；减少了造型和合型工作量，提高了生产效率。

5 结论

具有较大通孔的铸件，在通孔设置底返式浇注系统，可有效保证浇注充型平稳和增加档渣效果，防止铸件的渣孔和冷隔等缺陷；芯撑接合面与砂芯形状一致并适当增加厚度，提高了砂芯的稳定性，能明显减少砂芯上浮；局部热节设置冷铁能基本消除缩孔缩松缺陷；三箱造型改为两箱造型简化了造型操作，提高了铸件尺寸精度。