蔡宇超 張家斌

摘 要：電機蓋是機車的重要組成部件之一，其鑄造工藝比較復雜。進一步優(yōu)化電機蓋的鑄造工藝能提高電機蓋的使用性能，延長機車的使用周期。該文主要針對機車電機蓋軸承孔的縮松問題進行了研究，詳細分析了如何應用熔煉工藝、冷鐵冒口工藝等，優(yōu)化電機蓋的鑄造工藝，消除縮松缺陷。

關鍵詞：機車電機蓋;鑄造工藝;優(yōu)化途徑

近年來，隨著機車電機性能的逐漸提高，電機蓋的鑄造精度越來越高。傳統(tǒng)的鑄造工藝問題也容易凸顯出來。為了提高機車電機蓋的使用性能，研究人員只有加大其鑄造工藝的研究，積極采用新工藝、新方法，優(yōu)化電機蓋的鑄造工藝，消除傳統(tǒng)電機蓋鑄造工藝的弊端。

1 傳統(tǒng)鑄造工藝問題

該文選擇了某一機車的電機蓋作為研究對象。該電機蓋的外形尺寸為607mm×610mm×195mm，平均壁厚達9mm。依據(jù)壁厚標準，該電機蓋屬于薄壁鑄件。另外，其模數(shù)為1.4cm，材質是球鐵鑄件，質量為72kg，全表面磁粉探傷、超聲波檢測均不超過相關規(guī)定的三級。該電機蓋主要是采用頂注式澆注方式，使鑄件處于下型中。這樣做的主要目的是消除自澆注不足、冷隔等缺陷。而且，采用下型還能避免合箱引起的夾砂缺陷。在這一鑄造工藝中，砂芯也處于下型。砂芯的定位主要是利用通風口拉出芯頭、中間軸孔出的冷鐵砂芯頭?？傊?，該澆筑系統(tǒng)具有充型平穩(wěn)、擋渣的特點，能有效保證鐵液品質及電機蓋鑄造質量。

2 問題分析

首先，鑄件的工藝實施多是由機械完成，不存在實施缺陷。其次，從鑄件熔煉過程考慮。該電機蓋的鐵液熔煉溫度、出爐溫度、澆注溫度等均處于標準范圍內。顯然，熔煉過程并無差錯。再者，從其中化學元素的占比考慮。在對鑄件的化學成分、石墨檢測過后發(fā)現(xiàn)其出碳量在4.48%時，也就是在標準范圍內時，鑄件的縮松缺陷比較少，且鑄件球化效果也非常好。顯然，這也并非是化學成分造成的鑄件縮松。最后，從冷鐵、冒口的設計方面考慮。上文中已經描述出了其設計、擺放情況。對此，我們可利用代數(shù)計算軟件Magmasoft對其凝固過程進行模擬、分析。這樣可直觀、形象地觀察到鑄件各部位的殘余液情況，并對其進行分析。經過實際模擬發(fā)現(xiàn)，經過一段時間后，鑄件的壁薄部位殘余液相消失最快，但軸承孔、冒口根部仍存在殘余液液相。隨后，又經過一段時間后，冒口頸完全凝固堵塞了冒口、鑄件的補所通道。至此，可認為軸承孔冒口下處出現(xiàn)的縮松缺陷主要是因為：冒口在金屬液液態(tài)收縮時，會補充部分金屬液。在共晶膨脹結束前，冒口無法截斷補所通道，就會造成金屬液回填現(xiàn)象。而軸承孔的厚大部位的凝固在工藝補貼之后，這就會造成厚大部位不能補縮的現(xiàn)象，進而產生縮松缺陷。內澆道耳朵部位的縮松則是因為鑄件凝固時，側冒口會補縮與其相接的橫澆道。

3 工藝優(yōu)化

從上述文中能夠得知造成軸承孔冒口下處出現(xiàn)縮松缺陷的主要原因是冷鐵+冒口處理工藝存在冷鐵、冒口設計、擺放不合理的問題。那么，若要優(yōu)化鑄造工藝，消除縮松缺陷，就可從這一方面入手。首先，可優(yōu)化冒口設計。如在軸承孔放冒口處增加斜鍥形狀的冒口頸，并增加該冒口頸高度。這樣做的主要目的是為了在鐵液共晶膨脹時，加快冒口頸凝固，從而使回填通道的鐵液被截斷。冒口本身就屬于鑄件的補充部分，具有補縮作用。畢竟鑄件在冷卻時，最薄的部位會先凝固，其收縮補償可由厚大部位提供，而厚大部位凝固時若得不到收縮補償就會形成縮孔。但如果采用較高的斜鍥形狀的冒口頸，就可使鑄件的厚大部位得到收縮補償，進而消除縮松缺陷。所以，該文采用了這一優(yōu)化方式，優(yōu)化冒口設計。其次，一般情況下，為了保證鑄件能夠順序凝固，會選擇內澆道靠近冒口的方式進行澆筑。那么，在逐漸凝固時，通風口處的側冒口就會補縮相接的橫澆道，那么內澆道的耳朵部位凝固就會無法得到補縮，形成縮松缺陷。對于這一問題，可采用去除內澆道耳朵部位的側冒口，并放置5/8的發(fā)熱冒口。同時，將其中的兩個內澆道合并為一個內澆道。這樣當內澆道的耳朵部位凝固時，5/8的發(fā)熱冒口會對自動進行補縮。而且兩個內澆道合并為一個內澆道后，不再需要考慮橫澆道問題。可以說，該設計結構更加精簡、有效。最后，需要注意的是在優(yōu)化冒口的設計。

4 優(yōu)化效果

在完成基本的電機蓋鑄造工藝優(yōu)化后，還需進行模擬、分析，了解最終的鑄造工藝優(yōu)化效果。同樣，還可利用代數(shù)計算軟件Magmasoft。這是由德國研發(fā)的一種鑄件過程模擬軟件，也是目前最為流行的鑄件仿真軟件。它能夠對鑄件過程中的充型、凝固、冷卻、熱處理等進行詳細的模擬，并將其過程形象化地展示出來。在檢測該鑄造工藝優(yōu)化成果時，主要就是應用該軟件對鑄件過程中的凝固進行模擬，通過觀察不同凝固時間點的鑄件各部位液相分數(shù)來判斷其凝固結果。通常是選擇開始凝固時間、完全凝固時間兩個時間節(jié)點進行對比、分析。同時，依據(jù)疏松判據(jù)，即縮孔與液相分數(shù)的關系圖來判斷逐漸各部位的縮孔情況。

其具體模擬分析過程為：利用Magmasoft軟件模擬后，發(fā)現(xiàn)斜鍥形狀冒口頸的開始凝固時間為105s。冒口的完全凝固時間為170s。隨后，應用疏松判據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)鑄件軸承孔的冒口下處、內澆道的耳朵部位并沒有出現(xiàn)時縮松現(xiàn)象，且其他部位也并未出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。這就表明：經過工藝優(yōu)化后，電機蓋鑄件的縮松缺陷被有效消除了。也就是說，可將該工藝優(yōu)化方法應用到實際生產中，進行檢測，確認其是否有利用價值。

5 結語

綜上所述，在科學技術不斷發(fā)展的背景下，只有加大機車電機蓋鑄造工藝的優(yōu)化研究，才能解決傳統(tǒng)電機蓋鑄造工藝的缺陷，提高機車電機蓋的成品率，推動我國鑄造行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

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