张桂忠 刘海洋

摘 要：当前科学技术等发展十分迅速，球铁件的铸造是铸造技术中研究探讨的重要问题之一，也是铸造业领域相关工作人员长期以来一直研究的重要课题，不仅有常见的具有权威性的资料工具，还有系统性的介绍和相关报道等。圆筒型球铁件的铸造要求具有较高的合格率，因此需要对其铸造工艺进行分析与研究。

关键词：圆筒型球铁件；铸造工艺

以往的铸件生产建设是以经验为基础，结合相关的铸造工艺，先进行试浇铸，明确浇铸中是否存在不足，如果存在不足需要进一步优化工艺方案，直到铸件达到合格标准。传统的圆筒型球铁件设计是以顺序凝固原则为依据，通过阶梯式的侥注系统进行立浇，但是这种浇铸通常会出现冒口与铸件连接位置存在着比较严重的缩孔问题，虽然后来改进了冒口的使用，但是也有很大的浪费。

一、圆筒型球铁件原有工艺中的不足

原有的立浇工艺方法主要讲大冒口设置在铸件的顶部，从下到上进行顺序凝固，这种方法之所以会出现冒口根部的缩孔问题，主要是冒口体和铸件的直接接触过程中，其中产生的热节要比铸件原有的热节大很多，使得冒口承担着更大的补缩负担。[ 1 ]而且对冒口根部进行高温铁水浇注，与冒口补缩铸件之间形成了流通，导致冒口颈部的铁水问题增高，铸件和冒口颈部接触的铁水不会在极短时间中凝固，结果就会造成缩孔缺陷。

二、设计浇注系统

（一）浇注系统型的决定方法

浇注系统有压力和逆向阻流两种方式，在内浇道设置压力式的阻流截面，浇注系统的比例为4：8：3。直浇道窝和横浇道间设置逆向阻流式，其系统比例一般为3：1：3：2。[ 2 ]

内浇道分为阶梯式、顶注式以及底注式等之分，一般情况下，使用压力型的底注式能够获得好的效果。浇注系统是有一定的要求标准的。铁液在流动时需要保证其足够的流畅以及平稳，不会出现紊流的情况。而且铁液流动过程中不会进入到大量的空气等，因此铸型中的气体和铸型产生的气体都能够顺利的排出去。同时能够将熔渣等杂物进行有效的收集，不会对铸型的各部位造成严重的冲击，能够在较短的时间内将型腔充满，而且铸件和冒口的温度是比较适当的。由于浇注的工艺水平是存在一定差异的，但是这种方法也能够使型腔被充满。对于铸件散落的一些砂杂质也能够及时清理，实现回收利用，促进铸造工艺质量水平的提升。

（二）科学设计浇注系统

要对浇注系统进行设计，首先需要做的就是通过浇注的质量和速度得出浇注的时间，然后明确内部浇道的截面积，计算出横、直浇道的浇道截面积比。内浇道的厚度一般在0.3cm，计算出内浇道的宽度，一般宽度不超过0.3cm，并根据实际情况明确内浇道的数量。

在选择内浇道的位置时也需要注意一定的问题，通常情况下内浇道的位置在侧冒口上，也可以在铸件的薄壁处设置内浇道，防止冲击型壁，存有一定的距离。在明确内浇道的尺寸大小后，了解到浇注系统的比例是4：8：3，进而能够计算出直浇道和横浇道的尺寸大小。

横浇道的宽与高之比一般是1：1.5-2。为了避免浇注过程中直浇道中有空气进入，一般将直浇道上下部的面积比控制在2：1。[ 3 ]保证直浇道窝的直径是直浇道的2.5倍左右，深度与直浇道的直径基本一致。

尽管使用这种浇注系统的形状和大小，但是由于工艺的出品率等问题，也不会只局限于这种形状和大小，但是一定要做到的就是直浇道和横浇道的截面积要大于内浇道的截面积，并且尽量使用曲率比较大的横浇道。

三、设计冒口

（一）冒口的类型和原理

首先是比较普通的冒口，这种一直以来都是用的冒口种类。从薄壁处开始凝固铸件，然后向厚壁部位发展，最终凝固的位置设置合适的冒口。通過这种方法，铁液凝固的补给是按照冒口、厚壁部、薄壁部推进的。铁液逆流向冒口，然后与一同进行的液体进行收缩抵消，出现二次收缩时，还需要利用重力进行补偿，铁液的收缩补偿需要冒口进行承担，但是这种工艺的出品合格率并不高。使用这种冒口需要注意以下问题：保证冒口铁液有着较高的温度，将冒口设置在最后凝固的位置，并且可以使用冷铁对铸件的冷却速度进行调节，浇注时需要保证高温，设置圆筒型的冒口形状。

（二）石墨化膨胀冒口

使用普通类型的冒口，对于铸件冷却凝固的顺序而言，需要依据铸件自身、冒口颈以及冒口凝固的顺序进行，使用这种方法是不能在铸件体积变大时将压力返回到冒口侧部。冒口是铸件体积增大，内部压力也在铸件内部，2次收缩在凝固区域内发挥收缩效果。

使用这种工艺在薄壁件液体收缩时，在膨胀作用下会出现逆流，冒口的颈部先凝固起来。厚壁铸件，石墨化的膨胀压力比较大，一般在逆流中期就实现冒口颈部的凝固。利用这种冒口也需要注意一定的问题，在利用薄内浇道时，需要在铸件凝固前先凝固，并且采用暗冒口，通过有效的措施对冒口顶部的凝固时间进行延缓，高温铁液进行浇注。

（三）无冒口工艺

如果遇到比较独特的情况，有时即使没有冒口也能够得到合格的铸件，如果薄壁件的壁厚比较均匀，使用比较大的浇注系统收缩凝固铁液时，可以使用浇口杯，通过直浇道进行铁液的补给。在铸件的大部分进行凝固时得到比较完全的铸件。

如果铸件壁部比较厚，一般浇注的温度是1300℃左右，浇注完毕后会呈现出粥状的凝固，科学使用石墨化膨胀，得到完好的铸件。但是无论如何，需要保证铸型的坚固，这是前提和基础，有效控制铁液的CE值，同时控制不利于石墨化的相关元素。

四、结语

总而言之，圆筒型的球铁件铸造需要有较高的合格率，不仅需要良好的工艺设计和措施，还需要有效的工艺参数，在此过程中需要铸造的相关人员对此问题进行有效的研究和分析，改进圆筒型球铁件铸造的相关工艺，避免出现资源浪费等不利的情况，使得圆筒型的球铁件成品合格率得到显著的提升。

参考文献：

[1] 吴攀龙.大型球铁件的铸造工艺改进研究[J].中国高新技术企业，2013，16：11-12.

[2] 李润生.大型球铁件的铸造工艺设计[J]. 现代铸铁，2011，06：48-53.

[3] 崔亚迪，胡智涛.剖析环冷机球墨铸铁件铸造工艺[J].中国新技术新产品，2015，18：107.