铸造是我国国民经济的基础产业，自年起我国的铸件产量已经位于世界前列，铸件出口量逐年攀升，已是名副其实的铸件生产大国，但距离真正的铸造强国还有很长的路要走。随着人类对于自身生存环境的保护意识越来越强，我国的“十二五”规划也提出企业要调整产业结构，把节能减排作为自身的社会责任和发展方向。对铸造业来讲，改变低产值、高耗能的粗犷生产模式，不断进行技术创新，应用合理的铸造工艺设计和铸造辅助材料，提高金属液的利用率，降低单位质量铸件的能耗和减少废弃物质的排放，提高铸件品质，以降低铸造综合成本，已经成为企业发展的一致方向。为此铸件在生产过程中应用新型铸造材料，来降低铸件成本，提高产品质量已经变得越来越普遍。

　　我公司铸件主要为缸体、曲轴、飞轮等汽车发动机件，其中曲轴是汽车发动机的重要组成件之一，对铸件品质要求较高，不允许有砂眼、缩松、气孔等缺陷。在曲轴轴头部位如有缩松，实际使用中会出现渗漏油的现象，影响整车发动机的使用寿命。而我公司曲轴件在年初期生产时，经常在大轴头端面出现缩松缺陷，严重时会出现批量缩松废品，造成成本极大的浪费。

　　通过铸件缩松失效分析，我们认为主要有两种原因：一是曲轴材质为球墨铸铁，铁液凝固收缩率大，如含碳低时易出现此缺陷；二是浇注系统中冒口设计不合理。经试验分析认为还是冒口设计不合理，冒口顶部铁液出现封顶现象，使之起不到补缩作用

　　普通砂型冒口在实际生产使用中非常容易出现冒口封顶的问题，这一直是令铸造技术人员头疼的一个问题。经过我们在生产中的不断摸索、总结，现将普通砂型冒口出现冒口封顶的原因分析归纳如下。

　　1.冒口设计尺寸不合理

　　砂型冒口设计时摆放位置离铸件本体距离太近，导致冒口颈长度太短，造成冒口和铸件本体之间的型砂形成了尖角砂，由于尖角效应会造成集热、蓄热的结果，造成此部位的型砂长时间处于高温状态，最后凝固时冒口颈封闭过晚，因此铸件的缩松位置发生在冒口颈部位和铸件本体靠近冒口颈部位。因此，工艺设计时应注意将砂型冒口距铸件本体的距离控制在一定长度，最小不能小于10mm,如图1所示。

　　图1

　　2.蓄热作用

　　铸件外形全部由覆膜砂包壳成型时，砂型冒口的使用应当配合砂芯的形状，会经常出现砂型冒口搭在砂芯上的情况下。因为砂芯也具有很强的蓄热作用，在砂冒口和铸件本体的双重金属液的烘烤下，砂芯部位也相当于成长为一个很大的热节，此时缩孔常容易出现靠近冒口颈的砂芯和冒口的的接触部位，而非出现在冒口本体中，见图2。

　　图2

　　3.连通器效应

　　砂冒口有铁液通过，成为热冒口后，如果冒口入液通道太厚，且靠近直浇道或横浇道，充型完成后，砂型冒口处入液通道处的金属液不能快速冷却凝固，使得直浇道或者横浇道的压头仍可对冒口产生作用，从而导致冒口结壳封顶，根据实际经验数据，冒口入液通道厚度不得大于8mm，长度不得小于25mm，如图3所示。

　　图3

　　4.冒口距离太近

　　两个砂冒口之间的距离太近，使得冒口之间有通道可以互相补缩，经常会导致两个砂冒口中有一个冒口结壳封顶，而另一个冒口又缩的很深，如图4图示。

　　图4

　　图4中，B冒口会产生冒口结壳封顶，A冒口因为补缩B冒口而导致补缩液量不足会产生更大的缩孔。

　　5.砂型冒口太高

　　当砂型冒口高度过高时，金属液上升到冒口顶部时已经变冷，容易迅速结壳，从而导致砂冒口封顶，如图5所示。根据一般经验数据，只有砂冒口顶部高度大于铸件最高部位40mm即可。

　　图5

　　6.砂型冒口形状不合理

　　（1）砂型冒口的压力锥距离冒口边缘小于12mm时，冒口顶部冷却速度过快，金属液迅速变凉、结壳，出现砂型冒口结壳封顶，如图6所示。

　　图6

　　（2）砂型冒口与铸件本体之间的夹角α大于4°时（见图7），冒口和铸件之间的散热条件太好，导致砂型冒口迅速冷却凝固，冒口过凉产生冒口封顶。

　　图7

　　（3）砂型冒口顶部的压力锥的高度如果不够，容易造成压力锥蓄热效果差，也会出现砂型冒口封顶的现象。

　　（4）砂型冒口的冒口底对冒口蓄热、保持冒口热量有很重要的作用，故砂型冒口的冒口底不能太小，否则起不到作用，也容易产生冒口封顶。一般经验数据，冒口底高度不能小于10mm。

　　我公司设计的冒口就存在以上不合理之处。普通冒口根据是否与入水通道联通，分为冷冒口和热冒口两种。冷冒口的补缩效能只有9%～10%，热冒口的补缩效能只有11%～13%，而凯星科技的保温冒口的补缩效能可以达到16%～18%，保温冒口可以达到18%～30%，普通发热冒口的补缩效能可以达到33%～50%，高发热冒口可以达到55%。现许多厂家多使用保温冒口、高发热冒口来弥补原有普通冒口存在的不合理之处，并彻底解决冒口结壳封顶现象，杜绝缩松缺陷。

　　我公司曲轴原有冒口工艺：在曲轴轴头部（易发生缩松的部位）设计一个普通砂型冒口对整个铸件进行补缩，该产品发生缩松的不良率在20%左右，当铁液碳当量低时，则会出现批量废品，如图8所示。

　　图8缩松缺陷

　　经过现场数据的采集分析，发现该工艺特别容易引起冒口封顶现象的发生，导致砂冒口补缩效率达不到要求。由于生产压力较大，且只有一套型板可以使用，经过分析，采用了最简便、最经济的对策，用一种由发热材料成形的发热块（见图9），在生产中只需要在合型前把发热块放入下型的冒口砂型窝中即可，减少了对现场原有高效的生产节拍的影响，不改变原有稳定生产工艺。该发热块具有高效的发热效能，与铁液反应，可使铁液瞬间提高～℃，从而延缓冒口顶部铁液的凝固时间，彻底解决冒口封顶问题，提高了砂型冒口的补缩效能，废品率由原来的7.22%降至2.35%左右（见附表），经过两年的量产，证明了该工艺稳定可行。

　　图9

　　从表中可看出，采用发热块后，缩松已由占废品的64.8%下降至10.4%，综合废品率降低67%。

　　结语

　　随着科技的不断创新、进步，制造业对铸件的品质要求会不断提高，国家对铸造企业的节能减排向环保型转型的要求也会逐渐提升，如保温冒口、发热冒口的应用将会越来越普遍。合理应用新的铸造辅料技术可以给生产提供一种更宽松的控制范围，使铸件生产的稳定性增加，获得更高的出品率、更高品质铸件，降低铸造厂的综合成本。

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