知识篇——铸铁件冒口
灰铸铁和球墨铸铁在凝固过程中都能析出石墨并伴随相变膨胀,有一定的自补缩能力,因而缩孔、缩松的倾向性较铸钢小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩和石墨化膨胀自补缩为 基础,只是由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因,不能建立足够的后补缩(浇注系统在完成浇注以后,对铸件的补缩称为后补缩)和自补缩的情况下才应用冒口,一个需要设置补缩的铸件,也必须利用后补缩和自补缩,冒口仅是补充后补缩和自补缩不足的差额。
1. 铸铁件的收缩值是不确定的,不能根据合金的种类和牌号给出一个确定的收缩值来决定冒口的尺寸。铸铁件的收缩值不仅和合金的成分、浇注温度有关,还和铸件的大小、结构、壁厚、铸型种类、浇注工艺方案及参数有关。实践中可以发现,铸件在长度和高度方向的收缩值是不一样的,长高比越大,这种趋势越明显。如在生产垫板、平板、底座、导轨等铸件时,可以明显看出,长度方向的收缩值要比高度方向要大很多。
2. 越是薄小件越是强调补缩,补缩措施可以利用浇注系统(对薄弱小件),也可以利用专设的冒口(对厚小件)。厚大件补缩要求低,可以用小冒口和无冒口工艺。铸铁小件,特别是厚实的小件要强调凝固初期的外部补缩,铸铁大件则要充分利用石墨化膨胀的自补缩。认为铸铁件越厚大,冒口也应该按比例放大的冒口设计原则,不符合铸铁的补缩规律。
3. 任何铸铁件的补缩工艺设计,都应该以自补缩为基础。一个需要设置冒口补缩的铸件,也要充分利用石墨化膨胀自补缩,冒口只是补充自补缩不足的差额。为此铸铁件的冒口不必晚于铸件凝固,冒口模数可以小于铸件的壁厚或模数。
4. 铸铁件的冒口不应放在铸件的热节上,冒口要靠近热节,以利于补缩;但冒口不要恰好在热节上,以减少冒口对铸件的热干扰。冒口适当离开铸件的几何热节,是近年来应用广泛的均衡凝固工艺的关键技术之一。均衡凝固工艺特别强调内浇道根部、冒口根部和铸件的热节不能重合。
5. 浇冒口的开设要避免形成接触热节。冒口和铸件接触处被加大的热节称为接触热节。它大于铸件原有的几何热节。在一定程度上也大于冒口的直径。铸铁件冒口根部经常产生缩孔、缩松。冒口根部的凝固时间长,也比冒口的凝固时间长,实际上是整个铸件、冒口系统的最后凝固单元。在传统的冒口设计中,取冒口直径为铸件壁厚的1.5倍(几何热节),意在让冒口晚于铸件凝固,达到顺序凝固。实际上,接触热节成为最后凝固的地方,加大冒口尺寸,又会形成更大的T型接触热节。当铸件薄壁处发生收缩时,首先通过冒口根部从冒口中抽吸金属液。当冒口凝固之后,受到冒口热影响而延长了凝固时间的冒口根部一方面本身收缩;另一方面还要供应相邻部位的补缩。
6. 铸铁件冒口自成系统。耳冒口、飞边冒口的冒口颈短、薄、宽,是溢流冒口和无冒口铸造保险冒口的理想形式。可以采用侧冒口代替顶冒口,避免使用圆柱形、方形和腰圆形顶冒口。
7. 铸件的厚壁热节放在浇注位置的下部,厚薄相差较大时,厚壁处安放冷铁,铸件可不安放冒口,如果大平面处于上箱,可采用溢流冒口来保证大平面的表面质量。
8. 采用冷铁平衡壁厚差,消除热节。冷铁的作用防止铸件厚壁、热节处缩松外,还可以使铸件的一部分石墨化膨胀提前,有利于胀缩的早期叠加,使均衡点提前,减小冒口尺寸,为此,冷铁不仅对安放冷铁的部位有作用,而且对铸件的整体也有增强自补缩的作用。在冒口的下方和侧面都可以放置冷铁。
冷铁的材质以普通灰铸铁为优,应该规定冷铁的使用次数。冷铁重复使用后,由于表面氧化,石墨脱落,形成微观孔洞和裂纹,使激冷能力下降,易与铸件熔接粘连,使铸件安放冷铁处产生气孔。
9. 灰铸铁的冒口设计一般采用收缩模数法和经验比例法两种方法。通过实验证明,保温冒口的热模数相当于普通冒口模数的1.3-1.4倍;当保温冒口直径与高度相等时,模数增大系数为1.4;保温冒口的补缩效率η=25%-45%;保温能力强的取大值。冒口的形状以球形为最好,其次是圆柱形,因为球形的表面积最小,散热慢,凝固时间长。
10.尽量避免设置热冒口。一般来说,通过铸件内的金属液流动填充冒口又两个不利因素:一是加热了铸件;而是冷却了最终到达冒口的金属液。这肯定会使补缩系统失效。