铸铁件砂型铸造浇注系统相关问题及解决

铸铁件浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道。一般铸铁件浇注系统主要由浇口杯 (外浇道) 、直浇道、横浇道及内浇道四部分 (组元) 组成。广义来说, 浇包和浇注设备也是浇注系统的一部分, 因为它的结构、尺寸、位置高低等对控制液态金属的流量和静压头的大小有一定的影响;另外, 出气孔与浇注系统也有联系, 也可以看成是浇注系统的一个组成部分。
浇注系统俗称“水口”, 因此, 有人认为只要把铁液导入型腔就可以了, 对水口没有引起足够的重视, 造成铸造问题。缸体铸铁件按重量分为小型缸体铸铁件, 重量<200 kg;中型缸体铸铁件, 重量在200~1 000 kg;大型缸体铸铁件, 重量>1 000 kg。主要涉及以下四种浇注工艺:底注KF式、中注封闭-KF式、阶梯封闭-KF式、阶梯半封闭式。
底注KF式浇注工艺是缸体铸铁件的传统浇注工艺方案, 浇注系统结构简单、实施制作方便、工艺成本低。但该方案下, 砂型表面易烧结, 缸体铸铁件温度梯度和残余应力分布不甚合理, 易产生缩松、浇不足等问题。
中注封闭-KF式、阶梯封闭-KF式浇注工艺方案普遍应用于中小型缸体铸铁件。浇注过程中, 铸件温度分布均匀合理, 上下砂型不易烧结。尤其中注封闭-KF式浇注工艺方案, 采用先封闭、后KF的形式, 兼顾封闭式与KF式的优点, 综合工艺性好。对于垂直高度较大的缸体铸铁件, 为降低金属液的冲刷作用, 可以采用阶梯封闭-KF式浇注方案
阶梯半封闭式浇注工艺方案主要应用于大型缸体铸铁件。在浇注系统的高度上, 有不少于两层的内浇道, 可在底部、中部以及高的位置注入铁液。该工艺方案适用范围广, 综合工艺性较好。
(1)内浇道在横浇道的顶部, 浇注系统无论是封闭式的还是KF式的, 铁液在横浇道中流动时, 渣子总会是向上浮的。把内浇道设在横浇道的顶部, 容易把上浮在横浇道顶部的渣子吸进型腔, 是不合理的。内浇道应在横浇道的底部, 并且内浇道和横浇道的底面应在同平面上, 否则浇注之初的夹杂着砂、渣、气体的温度偏低的“脏铁液”就会先流入内浇道进入型腔, 而不能越过内浇道口流到它该去的横浇道的末端, 容。内浇道应在横浇道的底部, 并且内浇道和横浇道的底面应在同平面上, 否则浇注之初的夹杂着砂、渣、气体的温度偏低的“脏铁液”就会先流入内浇道进入型腔, 而不能越过内浇道口流到它该去的横浇道的末端, 容易产生砂眼、渣眼、气孔等问题 浇口杯体积小或没有浇口杯。除了影响浇注时铁液的导入外, 还会影响到补充液态收缩, 使铸件产生缩孔问题。
(2) 在发动机主机厂的铸造车间里, 几乎都是采用大规模的流水线生产, 其砂箱较高 (如上箱400 mm, 下箱300 mm) , 较大 (如1 300 mm×900 mm) 。用大铁液包直接浇注, 浇口杯及浇注系统体积也较大。在这种工装条件下生产HT250牌号的缸体、缸盖铸件一般不用补缩冒口。在良好的孕育处理的情况下, 缸体轴承位和缸盖底面毛坯面硬度能达到HBS195~200。
为防止缩孔缺孔问题, 常用的措施有:①缓慢收包, 补浇。但这个方法使浇完一包铁液的时间延长, 造成铁液孕育衰退和温度下降过大。②适当加大浇口杯。浇口杯多大才合适, 以凝固结束时, 铁液面不低于浇口杯的底部为好。
(3) 压力头小。有的机械化程度较低的铸造车间, 为了节省体力和用砂量, 砂箱的高度都尽量矮。有的即使是用吊车起吊砂箱, 为图省事, 用槽钢作砂箱壁, 槽钢是多宽, 砂箱就多高, 没有从工艺要求的角度来确定砂箱的高度, 这就造成了直浇道高度矮, 压力头不够, 影响了铁液的充型和补缩, 容易造成浇不到和缩孔问题。措施是:①从工艺要求的角度来确定砂箱的高度;②增加浇口杯砂箱和出气孔砂箱, 增加压力头高度
(4) 内浇道与直浇道太近, 水平的横浇道用以连接直浇道和内浇道, 使铁液平稳流入各个内浇道;同时还起到捕集、保留由浇包经直浇道流入的夹杂物, 故又称“捕渣器”或撇渣道, 它是浇注系统中结尾一道挡渣关口。铁液从滤网出来, 马上就到了内浇道。有人认为, 不是有滤网吗?怎么还用担心渣眼问题吗?其实, 正是这种认识, 使我们一度忽视了内浇道离滤网的出水口太近的问题, 使渣眼废品
不同浇注系统类型的使用范围以铸件重量作为分析标准, 在小型缸体铸铁件中, 一般采用KF式浇注系统;中小型缸体铸铁件的浇注方式普遍采用半封闭式或封闭-KF式;而在大型缸体铸件的铸造过程中, 大多采用半封不同浇注系统类型的使用范围以铸件重量作为分析标准, 在小型缸体铸铁件中, 一般采用KF式浇注系统;中小型缸体铸铁件的浇注方式普遍采用半封闭式或封闭-KF式;而在大型缸体铸件的铸造过程中, 大多采用半封闭式浇注系统。不同浇注系统类型与铸件重量范围的对应关系


结论：既然浇注系统与铸铁件质量密切相关, 我们就应该努力学习和掌握浇注系统设计的理论知识, 认真设计好浇注系统, 再经反复试验和改进, 直到合理, 从源头上保证铸件质量依据缸体铸铁件浇注系统工艺设计的基本原则与规律, 既缩短了研究成果与生产应用之间的距离, 又克服了依靠单纯试验的局限性。实际生产的缸体铸铁件符合技术要求, 实现了缸体铸铁件的成形与质量管控。