要使铸钢件在凝固过程中不产生缩孔及缩松缺陷,必须将铸件最后凝固的部位引出铸件本体, 这就需要在铸件内形成顺序凝固的温度梯度, 使金属液从较低温度开始凝固, 而最后凝固的部位在冒口中。生产中常用的方法有以下几种。
1. 使用冒口
在浇注一般的小铸钢件或结构简单的小型铸件时,有无冒口影响不大, 因为铸钢件自身有一定的补缩能力。而当铸钢件较复杂时, 冒口的作用就比较明显。冒口有明冒口和暗冒口两种。明冒口暴露在空气中, 冷却速度快, 浇注一段时间后就凝固了, 使冒口中的金属液与外界隔离, 降低了冒口的补缩效率, 对此可在浇注的最后阶段, 将一部分金属液由冒口浇入, 以强化冒口的补缩效果。冒口的位置需根据铸件壁厚和冷却的情况而定, 应设置在铸件最后凝固的部位。冒口的断面一般为被补缩断面的1. 5 ~2 倍, 冒口的高度应为其直径的1. 5 ~2. 5 倍, 才能保证补缩效果。实际上, 冒口的计算是一个很复杂的问题, 铸造工作者提出了多种不同的方法, 各有利弊, 需要有一定的实践经验。
2. 选择合适的内浇口位置
内浇口的位置对铸件是否产生缩孔及缩松缺陷的影响很大, 因为合适的内浇口位置能够形成顺序凝固, 避免缺陷的产生。
( 1) 铸件高度较小而水平尺寸较大时, 导入位置一般应保证铸件横向的顺序凝固, 内浇口应设于铸件厚处, 使合金液从厚处导入。
( 2) 铸件壁厚较大且均匀时, 为了保证铸件整体的同时凝固和避免浇不足, 合金液应从铸件四周通过较多内浇口均匀地导入, 在铸件各区域的最后凝固处设置冒口, 以便补缩。
( 3) 铸件有一定高度时, 则应首先保证自下而上的顺序凝固, 而水平方向上同时凝固, 内浇口位置应尽可能使水平方向的温度分布均匀, 通常把内浇口设置在铸件的薄壁处, 且在厚壁部分放置冷铁。另外, 在不破坏铸件顺序凝固的前提下, 内浇口数量宜多些且均匀分布, 以避免局部过热。
( 4) 对于熔模铸造中的小型简单铸钢件, 应尽量选择通过内浇口补缩铸件, 以提高浇注系统的金属利用率, 即将内浇口设置在铸件热节部位, 以利于补缩。浇注系统一般采用顶注式或侧注式, 如某铸件采用图1a方案时, 热节A 处产生缩松, 而采用图1b 方案时, 通过内浇口向热节A 处补缩, 消除了缩松。
( 5) 对于形状复杂, 有多个热节的铸件, 一般采用内浇口与冒口相结合的方法来进行补缩, 浇注系统设计多采用底注式或侧注式, 即将铸件较小热节放置在浇注系统底部或侧面, 内浇口设置在这些热节处, 浇注时金属从铸型底部平稳注入, 使铸型中气体和杂质容易排出, 在铸件顶部较大热节处设置冒口进行补缩。
3. 控制浇注速度
从理论上讲, 金属液进入砂型时, 热量的散失和金属液与型壁接触的时间长短成正比, 且与金属液的表面积和体积的比率成正比。浇注速度影响金属液接触型壁的时间, 因此控制浇注速度可改变铸件内的温度差, 浇注速度越慢, 铸件内的温度差越大。但速度不能太慢,否则容易形成冷隔、浇不满等缺陷。而大平面的铸件不宜慢浇, 否则会导致上型由于长时间受热出现落砂缺陷。
4. 修改铸件结构
对于结构比较复杂、铸造工艺性差的铸钢件, 仅靠从浇注系统设计方面出发, 无法完全消除缩孔与缩松,为了获得高质量的铸件, 可与机械加工单位协商, 适当改变铸件结构, 从而改善铸件的工艺性能。主要方法有以下两种:
( 1) 增加工艺补贴 为了保证顺序凝固, 有利于冒口补缩, 在冒口与热节之间增加工艺补贴, 一般在机械加工时被切除。由于工艺补贴的存在, 加大了补缩通道, 使补缩通道迟于热节部位凝固, 使铸件实现顺序凝固。 该铸件为均匀厚壁, 在工艺试制时,虽采取多种方案, 都因冒口无法对铸件中部热节A 处进行有效补缩, 而在此处产生缩孔。后在冒口与热节之间增加了20mm 宽的工艺补贴 , 从而彻底消除了缩孔。
( 2) 增加加工余量 在铸件加工表面上留出的、准备切削去除的金属层厚度, 称为机械加工余量。加工余量过大, 将浪费金属和机械加工工时, 增加零件成本。因此, 加工余量应尽可能小, 但为了铸造工艺需要, 有时应适当增加。 在铸件头部存在热节A, 由于原加工余量设置( 16mm 内孔处) 较小, 在22mm 处只能设置两个厚度3mm 的椭圆形内浇口, 但铸件在磁粉探伤时, 在此处发现裂纹。经打断口检查,断口处有明显缩松与缩孔, 即使未发现裂纹的铸钢件, 在X 射线检查时, 也发现此处有缩孔存在。解决方法是增加此处的加工余量, 并向着浇口方向逐渐加大, 起到工艺补贴的作用, 在头部设置18 ~20mm 的内浇口, 加强补缩, 取得了较好效果。
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