邢 伟，时 晓，马素娟，宋学恩，张敏之，刘宪亮

（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊 261108）

大型机体铸件在铸造生产过程中，因尺寸和结构的限制，机械化程度较低，一般易出现呛孔、冷隔等缺陷。特别对于大平面卧浇机体，受浇注系统、铁液充填型腔速度、铁液初浇温度等因素影响，大平面是缺陷易发位置，需要设计合理的铸造工艺来保证铸件质量。

1 铸件简介

大型机体铸件结构如图1所示，尺寸3 510 mm×1 421 mm×1 060 mm，重量 5 700 kg，材质H T250，基本壁厚18 mm.设计卧浇倾斜浇注工艺，阶梯浇注系统实现平稳充型，图2为铸造工艺简图；自硬砂制芯造型、刷涂、表干，使用下芯定位装置下芯，提高尺寸精度，减轻劳动强度；浇注温度1 340℃～1 360℃，使用浇口箱拔塞浇注，提高挡渣效果；浇注后冷却时间大于120 h，进行时效处理消除应力。

2 缺陷位置及原因分析

该机体在生产过程中，在顶部大平面气腔上部 位置出现一道裂纹，如图3所示，对缺陷位置取样检查分析，发现裂纹断面光滑，是典型的冷隔缺陷特征。

图1 大型机体铸件三维示意图

图2 大型机体铸造工艺图

图3 缺陷位置及形态示意图

冷隔是铸件上穿透或不穿透的缝隙，边缘呈圆角状，由充型金属流股汇合时熔合不良造成。多出现在远离浇道的宽大上表面或薄壁处，金属流汇合处，激冷部位，以及芯撑、内冷铁或镶嵌件表面[1]。冷隔缺陷产生的原因一般是铁液温度低、化学成分不合适、浇注速度慢、型腔内充型阻力大、浇注系统设计不合理等造成铁液流速慢。

利用M A G M A软件模拟该机体充型过程，通过对凝固过程进行模拟，机体凝固时间为90 s，模拟结果见图4.从图4中可以看出冷隔缺陷部位是机体最后充型部位，裹气严重，铁水温度较低。

图4 MAGMA模拟机体凝固示意图

通过模拟结果和对铸件结构进行分析，机体该位置产生冷隔缺陷的可能原因如下：

1）充型末期铁液温度较低，流动性差；

2）冷隔部位出气不良，气体阻碍铁液合流；

3）机体结构限制，卧浇工艺顶部大平面成为最后充型部位。

3 采取措施及取得效果

针对该机体冷隔缺陷产生的原因，采取以下措施：

1）提升浇注温度

由最初制定的初浇温度1 340℃～1 360℃提高到1 370℃～1 380℃，使铁液在较高的温度下，保持顺畅的流动，到达缺陷位置时不会因温度降低过快而凝固，形成冷隔。同时根据季节气候不同，细化浇注温度。

2）调整合金成分

通过对熔炼过程进行控制，对合金配比进行调整，将碳含量控制在成分范围上限，提高铁水流动性。

3）增加出气

在机体冷隔位置周围增加出气棒，加强铸型排气，防止此处产生较多的气体无法快速逸出而阻止铁水合流。

4）优化浇注系统

该机体采用阶梯浇注，半封闭式浇注系统，浇注系统各单元比例为F直∶F横∶F内=1∶1.6∶1.3.为解决冷隔缺陷，改进浇注系统，增大内浇道截面积（浇注系统各单元比例变为1∶1.6∶1.4），加大上下两层中间5道内浇口截面积（与产生冷隔位置正对），增加此处的铁液进入量，提高充型速度，避免薄壁大平面成为最终充型部位。同时，增高浇注压头，提高浇注速度，使浇注过程中砂芯产生的气体速度远低于包围砂芯铁水凝固的速度，减少气体的逸出，浇注时间由90 s降低为75 s.

图5 优化浇注系统示意图

通过以上的改进，机体冷隔缺陷未再出现，合格铸件见图6，说明采取的措施是合理可行的。

图6 工艺改进后合格铸件示意图

4 结论

1）提高浇注温度和浇注速度，可以有效的防止冷隔缺陷的产生。

2）液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，其与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。因此，适当调整合金成分，可以有效提高铁液的流动性。

3）提高型、芯砂的透气性，加强铸型排气，防止气体聚集阻碍铁液合流。

4）合理的浇注系统，可以引导金属液平稳、连续地充型，在合适的时间内（对于该机体在75 s充型完毕）充满型腔，可以避免形成冷隔等缺陷。