纪汉成
【摘 要】铸造激冷系统的设计是铸造工艺设计中的重要环节,它对铸件的质量影响很大,合理的激冷系统可有效防止或减小铸件产生缩孔、缩松、裂纹、粘砂及金相组织异常等铸造缺陷.而冷铁的标准化设计与管理有利于获得合格、优质铸件,保证铸件质量,提高铸件成品率及生产效率,降低生产成本.重点介绍了黑金属铸造工艺设计中各种外激冷系统的设计方式、设计误区、设计缺陷及冷铁应用标准化,包括金属冷铁、石墨冷铁、激冷砂、激冷涂料及强制冷却系统等设计及预防措施,可为业内同行提供经验及参考. 【期刊名称】《中国铸造装备与技术》
【年(卷),期】2018(053)004
【总页数】8页(P17-24)
【关键词】铸造工艺;激冷系统;缩孔缩松;预防措施
【作 者】纪汉成
【作者单位】科华控股股份有限公司,江苏常州213354
【正文语种】中 文
【中图分类】TG24
（续上期）
4 合理激冷系统的设计及工艺预防措施
合理的激冷系统设计不仅要遵循冷铁设计的各种原则，避免冷铁的各种设计管理误区，优化激冷系统设计，合理布局，使激冷效果达到最佳化，还要注重与浇注系统设计、冒口补缩系统设计、排气系统设计的有机配合，注重冷铁的激冷能力模拟分析及冷铁的失效质量问题、重复使用次数问题，还有冷铁的排列组合、准确定位、预热、排气等问题。
伴热管线善于并灵活运用冷铁，发挥冷铁对冒口补缩的最大增益作用，保证铸件质量，降低铸件成本，减少冷铁和冒口，提高工艺出品率，获得更大的经济效益。
外激冷系统的设计主要包括外冷铁、激冷砂、激冷涂料、强制冷却、散热片等激冷方式。
4.1 外冷铁在铸造生产的应用
外冷铁应用在铸件的表侧面，可分为直接外冷铁（明冷铁）和间接外冷铁（暗冷铁或隔砂挂砂冷铁）两大类。外冷铁应用在多种铸件材质及多种铸造方式上，如铸铁件、铸钢件及非铁合金件，潮模砂砂型铸造、树脂砂铸造、壳型铸造、熔模铸造、消失模铸造与V法铸造、反重力铸造等。
（1）如图1所示，潮模砂流水线造型球铁电梯转子（QT500）轴孔芯由树脂砂芯改为球铁铁芯，有效防止铸件轴孔加工后缩孔缩松及夹渣、渗硫缺陷，取得了很好的技术、经济效益[3]。
图1 球铁电梯转子轴孔铁芯
图2 转向机缸体搭子冷铁
（2）如图2示，树脂砂造型转向机缸体（QT500）采用发热冒口补缩改为冷铁激冷，解决了搭子内部的缩松缺陷[4]。
使用本体发热冒口时，在冒口与铸件本体连接的部位，因热量集中，凝固晚，导致铸件硬度偏低、石墨形态差等质量问题，故此以前使用本体发热冒口消除内部的缩松缺陷，后来改用冷铁同样达到了相同的效果，质量更加稳定，从而达到了使用冷铁减小冒口，提高工艺出品率的目的。
（3）如图3所示，壳型铸造耐热钢（1.4837）涡轮壳流道搭子采用端面冷铁激冷，加工搭子轴孔出现严重的缩松缺陷。后改进采用对开式、成型面式冷铁工艺，解决了搭子轴孔加工缩松问题[5]。但冷铁还不能彻底解决铸件的缩松问题，只能减小缩松缺陷，不能起到补缩作用。
图3 壳型铸造涡轮壳搭子成型面式冷铁
解决缩孔缩松缺陷的原理是使热节部位快速冷却。一般冷铁只能将缺陷移位，即将缺陷移到非关键部位，而不能将缺陷消除，除非有足够的补缩通道，实现顺序凝固，才能将缺陷移到最后凝固的冒口中。此对开式成型面式冷铁和铸件搭子的大部分接触，使搭子大部分处于冷铁的包覆状态，铸件激冷效果大幅提升，加快了搭子的冷却速度，搭子经解剖及PT检测，搭子疏松缺陷成细小的＜ø0.5mm中心轴线,经机械加工后疏松缺陷得到彻底消除。
（4）采用“铸造冷铁”新工艺解决熔模精密铸造难题
由于精密铸造中薄壁复杂铸件（铸钢件）存在较大热节，难以补缩成型，易产生缩孔、缩松缺陷。采用“铸造冷铁”新工艺解决了精铸中的热节补缩技术难题，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷，降低了成本，提高了产品质量，是一种简单、经济、适用的铸造新工艺方法[6]。
基于此，需要到一种适合的冷铁，使其既能在高温焙烧时不产生氧化皮，又能在浇铸后容易加工。为了有效防止冷铁在1100℃左右的高温和长时间焙烧环境下被氧化，并将钢液与冷铁隔离开，防止冷铁与金属液直接接触，避免冷铁在起冷却防缩松作用的同时又产生其它的副作用，需要一种“铸造冷铁”专用耐热涂料，将冷铁保护起来，防止冷铁氧化。该工艺技术的关键是在熔模精密铸造铸件热节处安放“铸造冷铁”，并保证冷铁在高温焙烧环境下不被氧化，在浇注时不与金属液接触。
采用低碳钢“铸造冷铁”有很强的激冷特征，可使热节处金属液快速凝固。在激冷、重力的共同作用下，金属液的流动性增强，充型速度加快，保证了铸件热节处凝固结晶的形核率，使铸件内部组织细化，可以生产普通熔模精密铸造不能或难以生产的大型、薄壁、复
杂的铸件。
冰醋酸溶液该工艺技术保留了传统熔模精密铸造的基本工艺及特点，在熔模铸造件的热节处设置冷铁使充入型壳的金属液在激冷状态下结晶凝固，大大简化了传统熔模铸造的浇注系统，提高了工艺出品率和铸件合格率。该工艺应用于中大型薄壁复杂且存在热节铸件，熔模精密铸造成形效果很好，在高强度铸造铝合金、铜合金、合金钢、碳钢等相关零件的精密成形中都可得到广泛应用。
（5）应用挂砂冷铁生产M2210磨床桥板铸件（HT250）
实践证明，应用挂砂冷铁可提高导轨的硬度，不产生碳化铁而影响加工，同时减少了导轨疏松的倾向，既能起到外冷铁的激冷作用，又避免了外冷铁易造成白口、气孔、粘连及使用寿命短等缺点[7]（如图4所示）。
图4 挂砂冷铁及其制作
抗干扰滤波器
挂砂冷铁具有冷铁的作用，又消除了普通冷铁的负面影响。在壁厚较大的机床铸件的生产中应用挂砂冷铁，经济、实惠、可行。考虑到导轨面的组织及硬度要求，挂砂层厚度选8～
10mm。采用树脂砂固化、覆膜砂加热固化挂砂造型制作冷铁。展频原理
4.2 石墨冷铁在铸造生产的应用硅胶假乳
石墨冷铁具有密度小、导热性能高、蓄热能力强、耐火度高、铸件不易产生气孔、造型制芯操作方便、可多次使用等优势，且石墨冷铁的使用效果优于铸铁冷铁，因而得到了快速发展，越来越多的铸造企业正在推广以石墨作为激冷材料的铸造新工艺。但石墨冷铁也有自身的使用缺点：循环使用次数少，随形石墨冷铁制作难度大，使用成本较高。
目前市场所用的石墨冷铁以挤压石墨为原料，通过铣床、车床等机床加工成所要求规格的石墨冷铁，这种加工方式的优点是石墨冷铁表面光滑平整，有益于铸件热量的均匀导出，缺点是原料价格高，加工效率低，使得石墨冷铁，特别是随形石墨冷铁的成本过高。因此采用以价格较低的石墨粉为原料，通过3D打印技术打印成型石墨冷铁，是石墨冷铁发展的一个方向。
（1）石墨内冷铁在机体毛坯生产中的应用
604直列六缸机体毛坯特别是曲轴箱每档之间的主滑油孔处,热节较大且无法补缩,造成了铸
件主滑油孔处很容易产生缩孔、缩松缺陷[8]。原在主滑油孔处应用铸铁成形内孔冷铁，内冷铁与金属液不能很好的融合，且容易生锈，铸件易出现气孔缺陷及加工困难等问题。采用石墨内孔冷铁，彻底消除主滑油孔处缩孔缩松及气孔缺陷，且加工性能良好。故此，消除铸件内相对孤立热节较大，同时又无法用冒口等工艺措施进行补缩时,可优用石墨内冷铁。但为降低石墨冷铁自身的发气量,应选焦油含量较低的石墨材料制作。
（2）石墨冷铁在大断面大型铸铁件上的应用
由于大断面大型铸件，冷却缓慢，铸件易产生硬度不均，加工差及石墨形态异常等缺陷，为此，通过石墨冷铁的巧妙应用，灵活的置于铸件需用激冷的各个面上，解决了大断面球铁件易产生缩孔、缩松及表面硬度低的问题，保证了铸件加工面硬度的均匀一致，消除了加工面加工后的差，实现了无冒口铸造，大大提高了大断面铸铁件的工艺出品率[9]。
石墨冷铁使用得当，寿命可达25次以上，其成本不比金属冷铁（使用10次）高，但必须回收好、管理好。当石墨块的厚度与铸件壁厚相当或是铸件模数的2倍左右时能起到最大的激冷效果。石墨块在实际选用时应综合考虑各种情况的影响，以选用合适的厚度。
4.3 激冷砂在铸造生产中的开发和应用
激冷砂包括铬铁矿砂、碳化硅砂、石墨砂、锆英石砂等，一般应用在复杂铸件难以补缩及放置冷铁的热节处与内腔处，包括砂型、砂芯。在热节部位使用激冷砂的造型、制芯材料，激冷作用较铸件冷铁缓和，操作使用成型方便，加快了热节部位的冷却速度，转移或者消除了铸件缩松缺陷，防止铸件粘砂及金相组织异常缺陷。
在实际生产中，铬铁矿砂、碳化硅砂用得较多，可将铬铁矿砂或者碳化硅混制成型砂或者芯砂（呋喃树脂砂、派普树脂砂等），在热节部位使用。如图5所示，使用铬铁矿砂制芯，防止了转向机缸盖中心孔部位、曲轴连杆颈部位等铸件产生缩松缺陷。使用铬铁矿砂制芯,防止大断面铸件细长铸孔严重粘砂缺陷[3]。另，激冷覆膜砂（铬铁矿砂）对解决铸件的渗漏性缺陷及流道芯中热节处缩松缺陷有独特的优势。故此，在铸造领域中，激冷砂对推动造型材料的发展将产生积极影响。
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