铸铁件砂型铸造浇注系统设计常见误区及分析和对策

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（外浇口）、直浇道、横浇道及内浇道四部分（组元）组成。从广义角度说，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。

浇注系统与铸件的质量有密切的关系。它的主要功能是：

（1）将型腔与浇包连接起来，并平稳地导入液态金属。

（2）补充浇注结束时的液态收缩。

（3）挡渣。

（4）排气。

（5）调节铸型和铸件各部分的温度分布以控制铸件的凝固顺序。

（6）保证液态金属在最适宜的时间内充满铸型。

（7）保证液态金属的平稳流动，尽量消除紊流，从而避免卷入气体导致金属过度氧化。

（8）保证金属液面在型腔内有必要的上升速度。

（9）节省金属，结构简单紧凑，易清理。

浇注系统俗称“水口”。因此，有的人认为只要把铁水导入型腔就行了，对浇注系统没有引起足够的重视，造成质量问题。下面就铸铁件砂型铸造常见的误区举例分析，提出改进的措施：

（1）浇口杯体积小或没有浇口杯。除了影响浇注操作外，还会影响到补充液态收缩，使铸件产生缩孔缺陷。

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400mm下箱300mm），较大（如1300mm×900mm）。用大铁水包直接浇注，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。铁水的化学成分。

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HBS能达到195~200。

某发动机厂有的外协铸件的硬度低，达不到HT250的要求，供应商请主机厂铸造车间的工程师现场指导。试验结果大失所望，硬度是合格了，但没有一个成品，全部因缩孔缺陷报废。经对比发现，原来浇注系统有很大的差别。

在生产现场我们看到，造型线造型时，浇口杯多是铣出来，为方便大包浇注，尺寸也较大；而外协厂是手工造型，为了节省金属，浇口杯很小，甚至只是在直浇道口处随手抹一下，刮出个倒角，可以说没有做出浇口杯。

    在浇注时发现，当铁水浇注满收铁水包的瞬间，直浇道里的铁水液面会急剧下降。因为铁水进入型腔后，受到铸型的激冷，进行液态收缩，开始凝固。而这时，整个浇注系统已经被加热，铁水很顺畅地补充入型腔。如果没有铁水及时补充这液态收缩，凝固结束后，铁水液面下降很多，差不多到了横浇道顶面，很容易出现缩孔缺陷，即使有冒口，补缩的效果也大打折扣。而如图2那样，造型线生产的浇口杯尺寸较大，有足够的铁水补充液态收缩，凝固结束后，铁水液面下降不多，还在浇口杯内在，就不容易出现缩孔缺陷。为防止缩孔缺陷，常用的措施有：

（a）缓慢收包，补浇。但这个方法会使浇完一包铁水的时间延长，造成孕育衰退和温度下降过大。

（b）适当加大浇口杯。浇口杯多大才合适，以凝固结束时，铁水液面不低于浇口杯的底部为好。

（2）内浇口在横浇道的顶部。浇注系统无论是封闭式的还是开放式的，铁水在横浇道中流动时，渣子都是向上浮的。因此把内浇道设在横浇道的顶部是不合理的，内浇道容易把横浇道顶部的渣子吸进型腔，所以内浇道应在横浇道的底部，并且内浇道和横浇道的底面最好在同一平面上，否则浇注之初内浇道不能很好地保持空位而过早地起作用。

（3）压力头小。有的摆地摊造型的铸造车间，为了节省体力，一般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，造成了直浇道高度矮，压力头不够，影响了铁水的充型和补缩。改进措施：

（a）从工艺要求的角度来确定砂箱的高度。

（b）增加浇口杯砂箱和出气孔砂箱，增加压力头高度。

（4）第一个内浇道与直浇道太近，如图3所示。水平的横浇道用以连接直浇道和内浇道，并将铁水平稳而均匀地分配给各个内浇道；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，它是浇注系统中最后一道挡渣关口。

从铁水从滤网出来，马上就到了第一个内浇口。有人认为，不是有滤网吗？怎么还用担心渣眼缺陷吗？其实，正是这种认识，使我们一度忽视了第一个内浇口离滤网的出水口太近的问题，使渣眼废品率高达40%左右。事实上，滤网能过滤的是在达到滤网时处于固态或比较粘稠的杂质，有些低熔点的渣还是比较顺利通过了滤网。铁水从滤网出来后，需要在横浇道流经一段距离才能比较平稳，需要足够的距离使杂质上浮到横浇道的顶部，所以应该把第一个内浇道往后移大于5倍横浇道高度的距离。

（5）内浇道与横浇道高度比大。如图4所示，第一个内浇道设在阻流片下面，h内/h横过大。在

在内浇道附近除有继续向前流动的速度外，还有一个向内浇道流动的速度，因此，内浇道会将铁水“吸”进去。这种现象称为“吸动作用”。吸动作用区的范围通常都大于内浇道的断面积，杂质流经这个区域时就有被吸入内浇道而进入型腔的可能。吸动作用区范围的大小与内浇道中铁水流速成正比（当横浇道充满时，其流速决定于由浇口杯液面到横浇道的整个液柱高度），还随着内浇道断面的增大及内浇道、横浇道的高度比值h内/h横的增大而加大。当内浇道的断面积和h内/h横均较大时，吸动区可达横浇道顶部，上升到顶面的杂质也会被吸入型腔。反之，内浇道的断面积和h内/h横 都不大时，横浇道的挡渣作用也较好。改进的措施是：将横浇道的断面做成高梯形，内浇道制成扁平梯形，内浇道在横浇道的底部，并使h横=(5~6）h内，以保证内浇道的吸动作用不会达到横浇道的顶部

（6）内浇道底面低于横浇道的底面。这样在浇注之初，内浇道不能很好地保持空位而过早地起作用。因此。内浇道应该放在横浇道的底部，并且内浇道和横浇道的底部在同一个平面上。

（7）直浇道的底部没有设置窝座。铁水从直浇道转入横浇道时方向急剧改变，出现极度的紊流和搅动，容易引起冲砂和卷入气体，因此必须在直浇道的底部设计窝座。窝座的直径一般为横浇道宽度的2倍左右，深度是横浇道高度的一倍左右。直浇道和横浇道的连接处要做成圆角，以减少冲砂的危险。浇注时，窝座先充满，不仅能缓冲铁水流对铸型的冲击，还可以减少铁水流的紊流程度，较平稳地把铁水导入横浇道，有利于杂质的上浮。

（8）内浇道经过冷铁，该轮毂的材质为QT500-7。解剖发现在中部两壁交接的热节处有缩孔缺陷。为解决缩孔问题，在易发生缩孔的位置放置外冷铁。而放冷铁的位置刚好又是内浇口，这样一方面冷铁把经过的铁水降温，不利于铁水的充型和补缩；另一方面，冷铁被铁水加热，减弱了激冷效果，达不到解决缩孔问题的目的。

（9）不同重量的铸件共用一套浇注系统。有个用铁模覆砂工艺生产圆盘形铸件的铸造车间，为降低成本，方便管理，不管重量多少，只有直径相差不大，都共用一套浇注系统。由于铸件重量相差较大，浇注时间也相差较大。浇注小件时，浇注时间合适。浇注大件时，浇注时间就太长了，甚至达到90s，上铸型的覆膜砂在铁水没有充满前已经失去了强度，出现了大量的塌箱废品。改进措施：铸件的结构、重量不同，浇注系统也不同。

浇注系统与铸件质量密切相关，我们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。