浅谈改进迈克玛钢管件浇冒口理论设计

摘 要：本文针对可锻铸铁管路连接件生产中的缩松缺陷及解决缩松所采取的工艺措施，通过理论分析及实际举例，探讨弯角冒口工艺生产可锻铸铁管路连接件的可行性。

1 前言

可锻铸铁铸态为白口组织,凝固时无石墨析出,碳以渗碳体的形式存在,收缩较大,在铸件中极易产生缩松缺陷。

在可锻铸铁连接件生产中，传统的工艺设计方案是按照顺序凝固的原则，通过设置暗冒来消除收缩对管件造成的影响。为减少缩松类的缺陷，在设计暗冒时，通常把暗冒设计的又高又大，这样不仅降低了工艺出品率，而且主要的缩松缺陷也没有的到有效的扼制。

整改前，按弯头现有工艺生产时，缩松部位为弯角和交口对侧，位置不固定，导致缩松问题时有时无，很容易造成批量废品。

2 理论分析

2.1 结构及凝固分析

管件多为壁厚均匀的薄壁件,结构为管状。由于壁厚小,散热面积大,且铸型一般为湿砂型,激冷能力强,所以在管件截面上的温度梯度较大,趋于逐层凝固方式凝固,不具备形成缩松的基本条件。

管件的凝固时间较短,倾向于同时凝固。而且在凝固过程中,由于凝固收缩的抽吸作用,随着凝固,浇冒系统内的铁水被“吸”进型腔补充因收缩减小的部分,也就是说,管件有着很好的自补缩能力。通过以上分析可以说管件产生缩松的倾向较小。

2.2 浇注系统分析

(1)铁水流经路径：浇口杯——直浇道——浇口座——各级横浇道——内浇道——暗冒——冒口颈进入铸件。如图1所示：

图1

1—浇口杯——铁水注入口。

2—直浇道——导流。

3—浇口座——分流铁水。

4、5—横浇道——分流、挡渣，分1级(浇道4)、二级(浇道5)、三级……

6—内浇道——与暗冒直接相连段横浇道，将铁水引入暗冒。

7—暗冒——补缩、保温，按内浇口个数分为单浇口、双浇口、多浇口暗冒。

8—内浇口——充型、补缩。

(2)浇注系统设计。根据玛钢模具一箱多件的特点，采用封闭—开放式浇注系统，将阻流截面设在横浇道，利于平稳充型、挡渣。浇注系统各组元截面积比例为A直浇道：A横浇道：A内浇道：A内浇口=1.2：1：(1.1～1.2)：(1.3～1.6)(中小件取1.3，大件及油任类取1.6)。

根据上面截面积比例可知，由于冒口颈总截面积比横浇道总截面积大,杂质往往上浮不到金属液面即被吸入型腔,在管件中形成夹杂(渣)缺陷。可以说,金属液面升到冒口颈顶部以前,冒口挡渣、集渣的作用甚微。

2.3 浇冒口分析

冒口在工艺设计中是不容忽视的一部分,它起着补缩、贮存铁水、保温及挡渣、集渣的作用。同时也浪费铁水,降低工艺出品率;不利造型,影响砂型紧实度,易造成掉砂等缺陷,降低合格率;对铸件凝固过程有热干扰等弊端也不可避免地出现。因此,在工艺设计时,我们应在保证得到合格管件的前提下,尽量减小冒口。

首先,传统的工艺设计中,按照顺序凝固原则,不容置疑地把冒口设置在铸件的热节处,以达到铸件按顺序凝固并把缩松留在冒口中的目的。由于管件的热节大多呈圆环状而设计时又不可能在热节周围都设置冒口,生产中常常通过加大冒口的方法增加静压力,以此来增强冒口的补缩能力,所以冒口往往设计得又高又大。如果把冒口和铸件看作一体的话,那么本来就大的热节相应地就更大了,在设置冒口的部位也往往容易产生缩松。例如,管件设置冒口的分型面附近是比较容易出现缩松的部位因此,在设计冒口时决不能忽视它对管件的热干扰。

其次,管件多为薄壁小件,体积小,重量轻。尤其2吋以下小规格的管件,重量不多超过1Kg。因此,虽然可锻铸铁收缩率较大,但是管件因收缩减少的体积也不会太大,而且管件热节多为环状,若把因收缩减小的体积分散到热节处,那么产生的缩松也就微乎其微了。加之管件趋于同时凝固,在浇注、凝固过程中有着很好的自补缩能力,因此,管件产生破坏性缩松的倾向很小。

再者,冒口颈凝固时间通常要比管件凝固时间短。考虑铁水流经冒口颈时散热的影响,浇注完毕后,冒口颈与管件几乎同时凝固,冒口颈受散热的影响,浇注完毕后,冒口颈与管件几乎同时凝固,冒口颈凝固后堵死了冒口的补缩通道,虽然冒口高大但也不能对管件有效地补缩。因此,笔者认为在管件工艺设计中的冒口的作用应该是保证冒口颈处有足够高的温度,使冒口颈不致过早地凝固,以利铁水充型,得到形状完整的管件。所以,在工艺设计中,不必为了增强冒口的补缩能力而把冒口设计得又高又大。

在实际生产中，由于经验的差异,在按照经验数据设计冒口时,设计的结果各不相同。有时虽然冒口尺寸相差很大,但结果却相同。例如,按资料所说冒口顶部要比上型内的铸件的高点20-30mm,而实际设计时我们只高出10-20mm,有些冒口高度还要小,甚至比管件低，结果也能得到质量合格的管件。因此,在设计冒口时,应根据实际情况具体分析,不能死搬硬套。

2.4 缩松位置分析

管件中的缩松缺陷，大多产生在管件不厚不均和弯角处，缩松端口处观察可能伴有夹渣的情况，导致缩松严重。根据实际生产分析可知：

(1)薄壁件容易产生缩松;

(2)常规工艺中有档渣集渣不足的情况;

(3)浇口位置设计局限也是缩松的重要原因;

(4)有的管件暗冒没有补缩作用;

(5)管件中的缩松还伴有其它制作缺陷。

3 新工艺设计分析及实践

由于可锻铸铁铁水容易氧化，发气量大且渣多不易清除，流动性差，所以在设计浇冒系统时要充分考虑集渣和排气。

3.1 冒口的设计

在冒口设计工艺中，冒口主要起到保温和缓和铁水对型腔的冲击作用。在保证冲型的前提下，冒口应能为冒口颈提供足够的热量，使冒口颈处有足够高的温度，保证在浇注过程中冒口颈不致过早地凝固，以利于铁水冲型快。在设计冒口高度时，高度一般为模样高度的1.2-1.3倍，这样保证高于被补缩的位置，且浇口容易被清除。

在设计过程中，我们按以下几个步骤进行试验：

(1)在原有冒口基础上,减小冒口高度;

(2)减少冒口数量;

(3)适当减小冒口直径;

(4)采用小冒口工艺。

3.2 改进举例

现阶段我公司冒口颈位置基本位于管件端部，小件冲型补缩效果较好，但大件浇口对侧弯角补缩效果差，需要增加暗冒数量来解决。产生原因为弯角部位为内角，散热条件差，散热缓慢，所以容易产生缩松。

图2

针对以上分析，我们在工艺设计时把浇注位置有端面改在弯角处，暗冒高度不变，但弯角处增加了筋，使暗冒更容易发挥补缩作用，已40弯头为例，改进前后如图2所示。

3.3 试验

通过分析认为,90°弯头弯角部位为内角,散热条件较差,散热相对较缓慢,是管件的大热节所在。因此,该部位易产生缩松。

针对以上分析,我们在工艺设计时把浇注位置由端面改在弯角处,冒口顶部与上型中的管件高度持平。另外,在弯角处增设了筋条,这样既集中了热节区域,使冒口更易发挥补缩作用,同时又保证管件在外形上有限度的一致性。

实践证明,该工艺基本消除了缩松缺陷。可推广到三通、四通、内外丝弯头的工艺设计中，可显著提高管件的工艺出品率和合格率。

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