球铁齿轮的均衡凝固工艺设计

有的方向上，单元的相邻边之比不能超过4∶1。

②在弯曲裂纹前缘上，单元的大小取决于局部曲率的数值。例如，沿圆环状弯曲裂纹前缘，在15°～30°的角度内至少有一个单元。

③所有单元的边（包括在裂纹前缘上的）都应该是直线。

参考文献

[1]薛河，刘金依，徐尚龙，等.ANSYS中断裂参量的计算及分析[J].重

型机械，2002（2）:47-49.

[2]龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用[J].化工装备技术

2002,23（1）：29-33.

[3]东方人华，祝磊，马赢.ANSYS7.0入门与提高[M].北京：清华大学

出版社，2004.

1概述

对于球铁齿轮这样的铸件，结构严重不均匀，存在轮缘与轮幅交接部位，该部位是较厚大热节，利用传统的过热冒口工艺，往往在该部位产生缩孔缩松，而且缩孔缩松部位较深，往往在齿的根部，导致铸件报废，废品率较高，况且该工艺使用较大的过热冒口，工艺出品率较低，因此，非常有必要对其进行工艺改进。图1所示的齿轮，直径为1500mm，重量约3500kg，是压缩机用飞轮，有灰铁和球铁两种材质，对于灰铁件，由于呈逐层凝固方式，收缩倾向较小，采用传统的过热冒口工艺一般不会产生缩孔缩松；但对于球铁件而言，由于呈糊状凝固，收缩倾向大，很容易在冒口颈处和几何热节部位产生缩孔缩松，因此，着重研究球铁件。

2传统的过热冒口工艺及存在的问题

图2所示的传统的过热冒口工艺，出现缩孔缩松部位是铸件本身的几何热节和冒口径部位，由于铸件本身的几何热节在同样凝固条件下，将晚于其他部位凝固，且该部位散热条件较差，在凝固过程中发生的液态收缩和凝固收缩因没有铁液充分补缩而产生了缩孔。尽管冒口颈的引入不在热节部位，但过热冒口颈的引入使得本来不是热节的部位形成了新的接触热节。由于是过热冒口，必须让冒口对铸件进行充分补缩，冒口要晚于铸件凝固，冒口颈不能过早封闭，况且铁液在充满整个型腔过程中过热时间长，该部位散热条件差，凝固时间增加，收缩时间也增加，均衡点后移，不利于胀缩的早期叠加，使得现行的冒口不能进行有效的补缩，这样在冒口颈所形成的接触热节处留下了缩孔。这种过热冒口往往体积过大,浇注时必须对其进行补浇冒口,否则,还极易产生冒口颈本身缩孔缺陷.故而铁液利用率较低,工艺

图2传统的过热冒口工艺

图1灰铁和球铁齿轮

基准轴1

基准轴1

球铁齿轮的均衡凝固工艺设计

Technology Design for Equilibrium Solidification of Ductile Iron Gear

曹思盛（山东潍坊生建集团铸造厂，山东省潍坊市261011）

摘要：利用均衡凝固理论，将球铁齿轮铸件传统的过热冒口改为顶注雨淋式浇注系统，辅以冷铁激冷、提高铸型刚性等措施，解决了缩孔缩松缺陷，实现了小冒口铸造，提高了工艺出品率，取得了良好的效果。

关键词：球墨铸铁，齿轮，均衡凝固，浇注系统

中图分类号：TG244;文献标识码：A；文章编号：1006－9658（2009）01－1

收稿日期：2008－08－28

文章编号：2008－115

作者简介：曹思盛（1969-），男，高级工程师，主要从事铸造工艺设计

及质量管理工作

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中国铸造装备与技术1／2009

CFMT

中国铸造装备与技术1／2009

CFMT 出品率仅达60%～70%。另外，该过热冒口对铁液化学成分的波动和浇注温度的不稳定性非常敏感，不易控制。因此，总废品率达30%左右。3

改进后的工艺

均衡凝固是利用收缩和膨胀的动态叠加，采取工艺措施，使单位时间的收缩与补缩，收缩与膨胀按比例进行的一种工艺原则。基于这

种指导原则，将传统的过热冒口工艺进行改造，设计了如图3所示的顶注雨淋式浇注系统。将原来的过热冒口去掉，改为

顶注雨淋式浇注

系统，直浇道为尴75mm ，横浇道为（55mm+45mm ）×55mm ，内浇道为22×尴20mm ，轮缘周圈部位敷以6块δ=30mm 冷铁激冷，平衡壁厚差，加快热节部位的冷却速度，防止该部位产生缩孔缩松，中间轮毂部位壁厚较大，在中芯上也加上δ=30mm 厚的冷铁激冷，防止该处产生缩松，所有冷铁的使用，对铸件的整体也有增强自补缩的作用。内浇道避开热节，均匀分散开设，且采用顶注雨淋式，单个内浇道截面积小，不足

以形成接触热节，对整个铸件的凝固温度场不产生影响。在浇注位置的上顶面，轮缘上顶面部位均匀分散开设尴25mm 的小出气冒口即可，冒口颈的尺寸要

小到中性棒体以下，不能形成接触热节。中间轮毂部位顶部设置4个20mm ×80mm ×200mm 楔形冒口,所有冒口兼有出气和散热双重作用。另外，提高铸型的

紧实度，从而增强铸型刚性；而大面积地使用冷铁，无形中也提高了铸型刚性。

采用改进后的工艺生产球铁齿轮300余件，彻底消除了轮缘与轮幅交接部位的缩孔缩松，总废品率控制在3%以下，并且由于过热冒口的去掉，工艺出品率提高到90%以上，效果很好。改进后的工艺之所以去掉了补缩冒口，实现了小冒口或者说是无补缩冒口铸造，是因为这种工艺使铸件的一部分石墨

化膨胀提前，有利于胀缩的早期叠加，使均衡点提

前，减小了冒口的尺寸，故使用小冒口即可。4

结论

应用均衡凝固理论生产球铁齿轮铸件能够解决传统的热节部位缩孔缩松问题，从而有效降低废品率，提高工艺出品率，经济效益显著。

参考

文献

1

魏兵，等.铸件均衡凝固技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,

1998.

图3顶注雨淋式浇注系统工艺

车用发动机气缸体属于典型的复杂薄壁铸铁

件，目前对于这类典型件的铸造重要工装———组芯

夹具的研究资料并不多见。目前各工厂对于这类工装的设计制作是各不相同、各具特色，尚有较多的不足之处。鉴于此，笔者现以4115气缸体砂型铸造组

芯夹具为例，将近几年来在该类工装设计、制作及应

4115气缸体砂型铸造组芯夹具的优化设计

The Optimal Design of Group Core Jig for Sand Cast

of Model 4115Cylinder Block

刘光清（四川南充职业技术学院，四川省南充市６３７１００）

摘要：介绍了根据近几年来行业专家推介的美学、人类工效学、绩效理论，以及黄金分割等设计理念优化

设计制作的4115气缸体组芯夹具；

对其台架、主体芯支架、水套芯滑动支架、定位销套座等主要零部件的结构优化设计进行了较详细的评述；也对一些附件的优化设计作了简单阐述。

关键词：气缸体，组芯夹具，优化设计

中图分类号：TG242.7;文献标识码：A ；文章编号：1006－9658（2009）01－4收稿日期：2008－11－17文章编号：2008－145

作者简介：刘光清（1967-），男，讲师，主要从事机械设计及模具设计

等教学和研究工作

装备技术

EQUIPMENT TECHNOLOGY

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