福士科鑄造材料（中國）有限公司供稿

西班牙坎塔布里亞的日產(chǎn)鑄造工廠已經(jīng)為約翰迪爾（John Deere）生產(chǎn)復(fù)雜的球墨鑄鐵缸體件數(shù)年，其中T239237缸體鑄件是民用工程機(jī)械上的履帶靜壓傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。

該鑄件因為其縮孔、縮松問題，在工廠里是出了名的“老大難”。盡管放寬驗收標(biāo)準(zhǔn)，許多鑄件還是由于縮孔、縮松相關(guān)問題，導(dǎo)致機(jī)加工和用戶的生產(chǎn)力和效率降低而被拒收。

為解決這一問題而進(jìn)行的澆注系統(tǒng)方面的改進(jìn)都沒有成功。本質(zhì)上來說，該鑄件的問題主要是在于其幾何形狀、相對較大的質(zhì)量，以及材料的特性（GLS 500－7）。鑄件的幾何形狀（見圖1）在部分厚度上存在明顯的變化，形成兩個不同的冷卻和凝固區(qū)，導(dǎo)致鑄件內(nèi)圈完全孤立，充型困難，造成縮孔、縮松缺陷。

圖1

一般來講，可以從以下幾個工藝參數(shù)方面進(jìn)行嘗試來解決：化學(xué)分析，澆注溫度，調(diào)整冶金成分，改進(jìn)澆注系統(tǒng)。

但當(dāng)上述方法均不能徹底解決這個問題時，鑄造工程師就決定采用冷鐵來將缺陷轉(zhuǎn)移到一個更能接受的地方。冷鐵的放置位置及其對冷卻過程的影響也經(jīng)過了很多的研究。然而，縮孔、縮松缺陷卻始終位于中心位置。即使采用冷鐵，鑄件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)仍然達(dá)不到，機(jī)加工后的廢品率接近2.5%。此外，手工清除內(nèi)腔的冷鐵成本高，操作困難且不安全。使用液壓機(jī)能提高安全性，但是會引起對鑄件表面造成超過機(jī)加工余量的劃痕風(fēng)險。即使對冷鐵施加涂層后，在鑄件機(jī)加工后的區(qū)域依然出現(xiàn)小缺陷。

2009年，約翰迪爾公司對鑄件提出了一個設(shè)計上的改動，對工藝進(jìn)行重新設(shè)計。英國福士科公司針對新設(shè)計，為日產(chǎn)公司帶來新的思路。

首先，采用Magma模擬凝固和充型過程（見圖2）。兩個明確目標(biāo)：一是不使用冷鐵；二是評估高發(fā)熱的FEEDEX 點狀冒口（由于鑄件設(shè)計的改變而變得可以使用）的作用。然后，根據(jù)模擬結(jié)果，采用KALMINEX 2000ZP 9/12 K 發(fā)熱保溫冒口套用于鑄件的外輪廓；采用FEEDEX VSK 770 / 33 MH(模數(shù)為 4.2cm) 冒口套來補縮鑄件內(nèi)部。該設(shè)計有幾大優(yōu)勢：工藝出品率高，造型性能更佳，以及冒口與鑄件的接觸面積非常小等。除了改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計，在砂芯的制作中還使用了30%的鉻鐵礦砂，提高了凝固過程中的溫度梯度。因而，中間區(qū)域就像一個冷鐵，減小了鑄件中部的過熱效果。

圖2

檢驗的結(jié)果非常理想，鑄件完全消除了縮孔、縮松缺陷。