铁型覆砂球铁曲轴浇注系统设计

摘要：根据铁型覆砂铸造工艺铸型刚度高、冷却速度快的特点，确定了球铁曲轴浇注系统的设 计原则，分析了单缸曲轴、双缸曲轴和四缸曲轴的洗注系统方案。指出设计洗注系统时，应针 对铸件可能产生的缺陷、生产条件和产量、技术要求及铸造成本等选择浇注系统的形式，避免 浇注系统过长，确保铁水快速充型，使内浇道在浇注结束时能及时凝固封闭，利用石墨化膨胀 实现自补缩。

关键词：球铗曲轴；铁型覆砂；浇注系统

铁型覆砂工艺具有铁型刚性好、冷却速度快，铸件组织致密、尺寸精度高、加工余量小、缺陷少、耗砂少、生产效率高等一系列砂型铸造 无法比拟的优点，近年来采用铁型覆砂工艺生产球铁曲轴的厂家越来越多，其生产工艺已较成熟。

实践证明，铁型覆砂铸造有其独特的工艺特点，参照砂型铸造通用的方法和计算公式设计其浇注系统很难获得理想的效果。因此，本文不推荐任何浇注系统的计算公式，仅以笔者公司几种典型曲轴为例，介绍铁型覆砂球铁曲轴浇注系统的设计原则，抛砖引玉，供同行参考。

1浇注系统设计原则

铁型覆砂铸造工艺由于铸型刚度高，凝固过程中的铸件外形不会往外胀大，因而有利于利用石墨化膨胀进行自补缩。而较快的冷速使先期进入型腔的铁水能及时冷却并较快凝固，在浇注系统尚未封闭前完成部分收缩，并由浇注系统及时补充铁水，从而增大型腔的实际总进铁量，提高铸件单位体积的材料密度；铸铁件单位体积的石墨化膨胀量不但与其碳当量成正比，而且，在碳当量一定的情况下，还与铸件的实际进铁总量成正比，因此，同一铸件采用铁型覆砂铸造时，其石墨化膨胀量比砂型铸造要大得多，因而特别适合采用无冒口铸造工艺。

铁型覆砂工艺试验初期，针对多个品种曲轴调整其冒口及冒口颈大小，对冒口进行纵向解剖 后发现冒口顶端并无缩陷或收缩凹槽，说明铸件可以从浇注系统获得足够的液态补缩。因此采用如下的浇注系统设计原则：

不设置冒口。将冒口改为体积较小的集渣包，主要起集渣作用，不起补缩作用。为防止铸件石墨化膨胀将铁水经由内浇道挤出型腔，内浇道截面积要小，使其在浇注结束时能及时凝固封闭。

浇注系统力求“短、平、快”。因铁型覆砂浇注后冷却速度快，为防止冷隔、浇不足等缺陷的产生，浇注系统不宜过长，浇注流程要短，以确保浇注时间短、浇注速度快。为防止夹渣缺陷的产生，要求铁水平稳进入型腔。

浇注系统的形式多采用封闭式或封闭-开放式。

2曲轴的铁型覆砂浇注系统实例

2.1单缸曲轴

单缸曲轴包括带平衡块及不带平衡块两种。 其浇注系统主要有两种形式：

图1为单缸195曲轴双内浇道进铁水方案。

  平浇平冷，对称分型，可每型布置4或6支曲轴。铁水通过靠近**热节处的二个扇板进入型腔，充型平稳，浇注速度快；浇注系统采用封闭- 开放式，锯齿形集渣包，并在内浇道处加放纤维过滤网挡渣的一次过滤方式。此方案有利于消除因铁水在型腔中长时间烧烤而产生的掉砂，并减少冷隔、缩松及夹渣等缺陷。

图2为单缸195曲轴单内浇道进铁水方案。铁水通过靠近**热节处的一个扇板进入型腔；浇注系统采用封闭式，并在内浇道处加放纤维过滤网挡渣的一次过滤方式。此方案浇注时间较双内浇道方案长，过滤网挡渣压力大，易产生夹渣缺陷。其优点是工艺出品率高，可达89%以上。

2. 2 二缸及三缸曲轴

铸件单件质量普遍在20〜30 kg,较单缸曲轴重（铸件质量普遍在10〜20 kg)，且大多有砂芯，为减少浇注过程中高温铁水对砂芯的烧烤，抑制砂芯发气，要求浇注温度略低（1380〜1400°C), 浇注速度要快，多采用双浇道进铁水工艺。

图3为二缸2110曲轴双内浇道方案。

对称分型，可每型布置2支或4支曲轴。铁水通过近小尾处的二个扇板进入型腔，平稳充型，缩短了铁水至小尾处流程，降低温度损失，有利于减少小尾处皮下气孔；浇注系统采用封闭式， 铁水过滤工艺为锯齿形集渣包集渣+纤维过滤网一次过滤挡渣方式。

2.3 四缸、五缸及六缸曲轴

铸件单件质量一般较重，多在30〜100 kg之间，广泛应用于轿车、轻卡、重卡及工程机械发动机。力学性能要求相对较高，一般QT800-2以上，要求无铸造缺陷，且100%通过超声波探伤及磁粉探伤，因此在浇注系统设计上应更多考虑避免夹渣、缩松等缺陷的产生。其浇注系统主要有两种形式：

1)图4为四缸4105曲轴双内浇道两侧进铁水方案。

   对称分型，可每型布置2支曲轴。铁水通过**、第四档扇板进入型腔，横浇道较长，有利于夹渣充分上浮至集渣包内，对减少夹渣极为有利；浇注系统采用半封闭式，铁水过滤工艺为锯齿形集渣包集渣+纤维过滤网一次过滤挡渣方式。此方案的缺点是：铁水进入型腔后，两股铁水逆向流动，中间主轴内侧过热，易导致分型面 (A处）产生表面热裂纹缺陷。

图5为四缸4105曲轴双内浇道中间进铁水方案。对称分型，可每型布置2支曲轴。铁水通过 第二、第三档扇板进入型腔，横浇道较短，不利夹渣上浮；为减少夹渣，铁水过滤工艺采用浇口杯内陶瓷过滤网一次过滤+内浇口处纤维过滤网二次过滤挡渣方式。浇注系统采用封闭式。亦有部分厂家铁水过滤工艺采用横浇道内纤维过滤网一次过滤+内浇口处纤维过滤网二次过滤的挡渣方式，效果与本方案相同。

3结语

  设计浇注系统时，应充分分析可能产生的缺陷、生产条件和产量、技术要求及铸造成本等，全面考虑浇注系统的形式。

避免浇注系统过长，确保铁水快速充型，并使内浇道在浇注结束时能及时凝固封闭，利用铁型的髙刚度及石墨化膨胀实现自补缩。

铁型的制作，特别是覆砂层厚度的均匀性、型腔尺寸一致性及材质等对浇注系统的效果及铸造缺陷产生的影响较大，因此需注重铁型的制作质量。