摘 要：厚大球铁铸件在铸造时，常应用无冒口铸造工艺与冷铁配合的方法，能够有效提高冒口补缩能力，消除缩孔、缩松和铁豆等铸造缺陷，保证铸件质量，并且还使树脂砂用量减少，提高了工艺出品率。而为了提高铸造的合格率，常在进行无冒口铸造时添加较小的补偿冒口。并基于pro/e与procast对铸造工艺进行改进数值模拟，根据模拟结果对工艺进行改进。
关键词：无冒口；球铁铸件；冷铁
1 铸件结构特点
箱体结构，内部中空，由多个隔板分隔，上下为两个大平板，上板较大，使用时承载其上的部件，板上有螺纹孔和油槽用于固定和润滑，下板通过螺纹孔与下部固定。侧壁倾斜并内凹。在上平板上有四个对称分布，呈工字型的油槽，用于将重物放于其上时的润滑，防止该移动板与其他重物接触时因力量过大而产生磨损。
隔板与外壁相交处散热较难，易产生热节，产生缩松，在工艺设计时应注意应用冷铁等措施改进这些部位的散热。
最大壁厚50mm，最小壁厚30mm，该铸件为大型厚壁铸件，壁厚较均匀且与铸件尺寸相适应。生产经验表明：具有较大平板的铸件，如机床床身等，会因为结构的刚度差，或由于铸件各表面冷却条件的差别产生的内应力，产生翘曲变形。该件内腔多处为隔板，能够起到拉肋的作用，因此在一定程度上避免了翘曲变形。
2 无冒口铸造工艺原理
球墨铸铁中的碳以球形石墨的形态存在，流动性和线收缩与灰铸铁相近，体收缩及形成内应力倾向较大，易产生缩松和裂纹。
在铁水凝固过程中，具有石墨化膨胀的特点，适宜采用均衡凝固方式，要求砂型的刚度较高，在铸件膨胀时约束铸件，对其产生反作用力，形成自补缩。wwW.11665.com自补缩不足的部分可以利用冒口进行补缩，冒口的补缩量和补缩时间均较小，可以有效提高铸件的工艺出品率。本件为厚大球铁件，适用于无冒口铸造的工艺。
3 铸造工艺设计
3.1 分型面与浇注位置的选择
采用卧浇卧冷，使合型位置、浇注位置、冷却位置相同。将零件上部的大平板置于铸型下部。此方案有点有铸件上部的大平板位于铸型下部，可有效减少此处缺陷；下芯方便；浇注后不需翻转，保持原位不动，可防止铸件因石墨化膨胀而胀大。
3.2 浇注系统
铸件材质为球墨铸铁，为利用球墨铸铁件的自补缩的作用，浇注系统应有利于铸件均衡凝固；为减轻铸件浇注缺陷，需平稳快速冲型；因球墨铸铁易产生渣滓，浇注系统需具有良好的挡渣能力；使造型尽量简单，降低工艺难度。
选择封闭式浇注系统，本件的热节部位较多且分散，故需设计浇注快速且平稳的浇注系统以避免缩松、缩孔的产生。而球墨铸铁的石墨化膨胀产生自补缩作用能良好的改善缩松缩孔倾向。为利用球墨铸铁的这种自补缩性质，先凝固的必须是内浇道，有助于将铸件连同冒口封闭起来，避免随后的石墨化膨胀压力松弛。封闭式浇注系统内浇道横截面积较小，能防止渣滓进入型腔内部，起到良好的挡渣效果；同时由于内浇道横截面积较小能保证其首先凝固，能够满足本件的需求，故选择封闭式浇注系统。
内浇道开在分型面上，容易实现；隔板处为铁液流动提供了顺畅的通路，防止冲砂；开设在铸型下部，充型平稳，减少夹杂物。
3.3 冒口冷铁设计
在设计方案时可以考虑利用其石墨化膨胀自补缩的作用，进行无冒口铸造。不用冒口可以提高工艺出品率，省去冒口清理工时。
选择浇注温度为1320℃；内浇道厚度为16mm，铸型砂为呋喃树脂砂（具有铸型刚度高，尺寸精确高的优点）。满足使用无冒口铸造工艺的条件，尝试使用无冒口铸造工艺。
4 数值模拟与铸造缺陷分析
浇注温度设置为1320℃，初始浇注速度为38.98kg/s，砂箱及冷铁的初始温度设置为20℃。砂箱与铸件间的热交换系数为500w/（m2·k）。
内浇道凝固早，达到了预期中使内浇道先凝固的要求，将铸型连同冒口一起封闭，防止了石墨化压力松弛，提高了石墨化膨胀利用率。
铸造缺陷主要为缩松、缩孔，隔板与外壁相交处凝固时间最长，此处散热最慢，为热节，多且分散。在这些热节处产生缩松缩孔缺陷。铁水最后到达的上壁处由于排气与凝固收缩出现大面积的缩孔。
5 工艺方案改进
本铸件较大，金属液在凝固过程中铁液收缩量较大，且大多数收缩集中于铸型上部，
而内浇道凝固较早，金属液补给不足，金属液最后流到的地方出现大面积的缩孔。
结合本件的结构特点及球墨铸铁的自补缩特性，选择在上平面放置压边冒口。压边冒口相当于冒口颈长度为零的冒口。用于球墨铸铁的压边缝隙宽窄要适宜，宽度太小则铸件还处于液态时缝隙口就已凝固封闭，起不到液态补缩作用；过大则由于铸件进行石墨化膨胀时缝隙口尚未凝固，致使一部分浆状金属液从这里挤出来，即造成所谓的“倒缩”反馈现象，结果在此位置形成缩孔。因此，压边宽度应能是缝隙口在铸件接触部位液态收缩后石墨化膨胀之前凝固[4]。
考虑到本件内浇道距离下部热节较近，而冒口距离上部热节较近，为不影响内浇道的铁水注入和冒口的补缩效果，将冷铁贴放在内部隔板的侧壁上。
6 结束语
本次铸造工艺设计的关键在于充分利用球墨铸铁的石墨化膨胀特性，在铸造过程中进行自补缩。由此，在缩孔、缩松等铸造缺陷的同时，也能减少冒口的使用，增大工艺出品率，降低生产成本。经过计算，工艺出品率达89%。工艺经优化后，较小的压边冒口的使用更是提高了铸造的合格率。
