高压黏土砂型板模具设计研究 本文关键词：砂型，黏土，模具设计，高压，研究
高压黏土砂型板模具设计研究 本文简介：摘要：高压黏土砂造型具有生产成本低、效率高、铸件外观质量好、表面光洁等诸多优点。型板模具前期规划，主要根据造型机尺寸、铸件材质、结构、形状、重量等选择确定型板型号规格；再根据型板型号，依据铸件材质、尺寸大小、形状结构等，确定是单件模具还是双件、多件组合排列模具；依据模具排列组合方式，设计相应的浇注系
高压黏土砂型板模具设计研究 本文内容：
摘要：高压黏土砂造型具有生产成本低、效率高、铸件外观质量好、表面光洁等诸多优点。型板模具前期规划，主要根据造型机尺寸、铸件材质、结构、形状、重量等选择确定型板型号规格；再根据型板型号，依据铸件材质、尺寸大小、形状结构等，确定是单件模具还是双件、多件组合排列模具；依据模具排列组合方式，设计相应的浇注系统，灵活选择使用细颈冒口、无冒口工艺、一浇一冒、一浇多冒等方式生产铸件。模具排放与浇冒口的合理组合运用，是高压型板模具设计与应用的关键。
关键词：型板模具；模具组合方式；浇注工艺；冒口设计
目前自动高压黏土砂造型分垂直和水平造型两种类型，高压造型具有生产效率高、铸件表面光洁、砂实紧实度高的优点。自动高压造型为自动合箱，放置冷铁应灵活方便，高压造型型板模具排放位置、组合方式、浇注系统位置、造型时放置冷铁位置、浇冒口设计运用的好坏，对铸件的成品率以及铸造企业的经济性有很大的影响。
１型板模具设计前期规划
型板模具排放组合前期，要对铸件材料（球铁、灰铁）、牌号高低进行分类，切勿球铁、灰铁同一型板模具生产，否则容易产生材质混乱；型板模具的排放除考虑浇注系统的综合设计外，还要考虑铸件（外模）外型砂的吃砂量大小，吃砂量太大，造成型砂浪费，吃砂量太小，容易出现跑水现象；另外，还要考虑是否放置冷铁；型板模具浇口放置的位置，应便于造型机压头拆卸方便。型板模具设计流程如图１所示。
２型板模具的排放形式和浇注工艺
球铁、灰铁铸件小件，为了充分利用型板面积，多采用多组模具组合在型板上进行造型生产铸件。如图２所示，型板模具底箱，采用中心设计浇道底口与底横浇道相连的浇注系统方案，四件模具设计一个共用底冒口，底箱型板十六件模具，组成十六件组合型板模具。图３所示为十六件模具上箱，中心设计为主浇口，四件模具共用一个冒口，四个冒口通过浇道与中心主浇口相连，组成一浇多冒的浇注方式生产十六个铸件的型板模具。图４为型板模具双件组合底箱。底箱浇注系统采用中心底浇口和横浇道与底冒口座相连的浇注方式。图５为型板双件组合上箱，上箱浇口在中部，边侧采用气压顶柱为边冒口，另一侧为细颈冒口。
３浇注工艺设计分析
３．１浇注工艺设计依据
铸件的浇注工艺应依据铸件结构形状、大小、材质牌号来选择。高压自动合箱造型型板模具原则上尽量采用细颈冒口。因为细颈高冒口为铸件的液态收缩提供部分补充铁液，从而减少铸件收缩缺陷的发生。同样体积的冒口，细颈冒口可以提供更高的液体压力，更有效地补充收缩铁液，有利于消除收缩引起的缺陷。球墨铸铁应采用细颈高冒口，由于球铁铸件铁液冷却时产生石墨膨胀，细颈高冒口的铁液及时补缩到铸件体内，防止膨胀收缩造成铸件缺陷，同时采用细颈高冒口可以提高铸件的成品率。
３．２灰铸铁和球铁凝固过程基本机理
亚共晶灰铸铁和球铁凝固的共同点是，初生奥氏体枝晶布满铸件整个断面，使铸件长期处于凝固状态，而且奥氏体枝晶具有很大的连成骨架的能力，使补缩难以进行。所以，这两种铸铁都有产生缩松的可能。但由于它们的共晶凝固方式和石墨长大机理不同，产生的缩松和缩孔的倾向性有很大差别。在灰铸铁共晶团中的片状石墨，与枝晶间的共晶液体直接接触的尖端优先长大，所以片状石墨长大时所产生的体积膨胀大部分作用在所接触的晶间液体上，迫使它们通过枝晶间的通道去充填奥氏体枝晶间的、由于液态和凝固收缩所形成的小孔洞，从而大大降低了灰铸铁产生缩松的严重程度。球铁在凝固中后期，石墨球长大到一定程度后，四周形成奥氏体外壳，碳原子是通过奥氏体外壳扩散到共晶团中使石墨球长大的。当共晶团长大到互相接触后，石墨化膨胀产生的膨胀力，只有一小部分作用在晶间液体上，而大部分作用在相邻的共晶团上或奥氏体枝晶上，趋向于把它们挤得更开。由于铸件表面在凝固后期不具备坚固的外壳，如果铸型刚度不够，膨胀力将迫使型壁外移，铸件普遍膨胀使铸件产生缩松。凝固收缩的体积变化，影响球铁和灰铸件模具排放位置和浇注工艺，在型板模具设计时要考虑其凝固特性。
３．３结构简单的小铸件采用无冒口工艺生产
对于结构简单的灰铸件和球墨铸铁铸件小件，可采用双组或单独组合模具，尽可能采用无冒口浇注工艺。采用无冒口工艺在型板上排放模具位置时，如果采用细颈高冒口可以为铸件液态收缩提供补充铁液，实现无冒口浇冒一体化的理论设计，细颈冒口与铸件相连，采用内浇口薄，截面积小，内浇口截面积过渡逐步加大、加宽的原则；个别无冒口工艺在型板上横浇道以大一些、高一些为好；采用底窝浇冒口一体化，生产壳型、板型、棒型铸件，需要设计横浇道和内浇道时，横浇道截面积的高度与宽度之比可选取（１．８￣２）：１，内浇道截面积厚度与宽度之比选取１：４．
３．４较大球墨铸铁铸件浇注工艺设计
型板模具铸件较大，球墨铸铁件壁厚１０ｃｍ以上时，或型板模具双组、多组组合模具摆放于型板上，模具采用无冒口浇注工艺已无法满足浇注铸件的需求时，可采用一浇一冒、一浇二冒或一浇多冒带有出气孔冒口的型板模具设计原则。型板模具采用浇口、冒口、横浇道、内浇口、出气孔或多冒口设计时，横浇道采用整体搭边梯形式为好；浇冒口采用底窝式利于铁液充型平稳；内浇口采用薄型，或多个内浇口，使铸型铁液充满后凝固，形成内浇口与铸件组成一个整体凝固。当铸件发生液态收缩时冒口或多个冒口向铸件补充铁液，铸件内部发生石墨片膨胀时，铁液流向冒口释放型腔的压力，减轻其铸型型壁的作用，避免了发生型壁移动，降低了缩松、缩孔的产生。铸件本体发生二次石墨化膨胀后收缩时，冒口又可向铸件提供补充铁液兼有出气的作用。型板模具灵活设计运用，依据铸件形状、大小、材质适当增加出气孔和暗冒口，有利于铸件成型。铸件材质易产生缩的位置在水平造型线上合箱前可放置冷铁，减少缩松现象发生。
３．５冷铁的设置原则及注意事项
球墨铸铁容易在厚壁、热节等处产生缩松。原因是这些部位晚于铸件其他部位冷却凝固。防止缩松的方法，一是调整碳当量，二是在缩松附近放置冷铁，使缩松处与铸件其他部位近于同时凝固。图８所示是冷铁在型板模具造型中的放置位置，以及与砂芯的位置关系。冷铁设置要注意的问题：１）首先冷铁要能在砂型中准确定位，在下冷铁、合箱、浇注中保持既有的位置不变；２）冷铁要便于批量制作；３）冷铁形状要便于和铸件分离；４）冷铁要便于清理和回用；５）如果有多个冷铁，还要便于区分。下完冷铁，要检查是否下到位，数量是否够。漏下冷铁，通常会造成浇注的铸件报废。４结束语在采用黏土砂高压造型时，灰铁、球铁因材质牌号、尺寸大小、结构形状等不同，在型板模具的选择、模具数量的确定、模具在型板上的排放（单件、双件还是多件组合）位置、对应的浇注系统的设计都有直接的关系。冒口工艺的选择，如使用无冒口工艺，还是有冒口的一浇一冒、一浇多冒，以及细颈冒口的应用，对型板模具的设计，都非常重要。高压型板模具设计灵活应用的好坏，直接影响铸件的成品率和Ｉ：艺出品率。如何灵活设计高压型板模具，才能兼顾到铸件生产的技术经济性，是黏土砂造型面临的一个重要课题。
参考文献：
［１］张帆，魏胜辉，卢就秀，等．球墨铸铁实用冒口与均衡凝固技术设计冒口的对比［Ｊ］．铸造设备与工艺，２０１７（６）：１６－１８．
作者：任树勇 贾森旗 单位：无锡市博诺机械有限公司
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