铸造件冷铁基本知识与安放原则及案例.docx

在生产较大较大件生产时，安放冷冷铁是保证铸件同时凝固，避免铸件缩孔、疏松的常用措施。
一、 冷铁的作用：
1.减小冒口尺寸，提高工艺出品率。
2.在铸件难以设置冒口的部位，放置冷铁可防止缩孔，缩松。
3.在局部部位使用冷铁可控制铸件的顺序凝固，增加冒口的补缩距离。
4.消除局部热应力，防止裂纹。
冷铁分为外冷铁和内冷铁。
外冷铁置于铸件外壁，安放在型砂中，冷铁上面喷涂涂料，一般在落砂时冷铁就能脱离铸件。
内冷铁是将激冷冷插入型中需要激冷的部分，使冷铁与铸件熔为一体，内冷铁主要用于黑色金属厚大铸件生产中。内冷铁的激冷作用比外冷铁大得多，所以用量要适当。
如内冷铁重量过大，则不能 很好地熔合，影响铸件的机械性能，严重时引起铸件裂纹。重量过小则不能有效消除缩 孔、缩松。内冷铁重量的经验估算公式为：
G冷=0.28（G2-G1）
式中G冷为内冷铁的重量；G2为铸件厚壁处重量；G1为铸件壁薄处重量。
2.2 使用内冷铁的注意事项：
使用前，内冷铁要喷丸或喷砂处理，去除表面锈蚀和油污，常镀锌或镀锡防氧化。
砂型内放置内冷铁后及时浇注，防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。时长一般不超过4h。
对放置有较多内冷铁的铸型，浇注前最好用喷灯加热，去除内冷铁表面的水分。
承受高温、高压和质量要求很高的铸件，不宜放置内冷铁。
放置内冷铁的铸型上方应有出气孔，如上方是暗冒口，冒口上也应有较大的出气孔。
采用栅状内冷铁时，单根冷铁的直径不大于30mm。
内冷铁在铸件加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。
2.3外冷铁分直接外冷铁与间接外冷铁。
使用外冷铁的注意事项：
外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁，除去锈污等各种脏物，有时要刷涂料。
对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件，使用外冷铁时应带有一定的斜度以免型砂和冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
外冷铁边缘与砂型相接处不宜有尖角砂。可以选择随形冷铁。
选择恰当的外冷铁厚度。太薄的外冷铁只在凝固初期发生微弱的激冷作用，甚至会与铸件熔合在一起。冷铁过厚则铸件易裂。外冷铁厚度一般为铸件壁厚的0.5-0.7倍或为搭子厚度的0.8倍左右。
可以采用导热性好的型砂代替形状复杂的异型外冷铁。如锆英砂、镁砂、铁屑、铁丸、碳素砂、碳化硅（金刚砂）等。生产中还采用隔砂冷铁来减缓冷却速度，防止裂纹。
对厚实铸件一般用间接外冷铁，以控制冷铁挂砂厚度来控制冷铁对铸件热节的影响。冷铁挂砂厚度小于40mm（大于40mm冷铁完全不起作用）。
三、实践应用:
根据产品结构选择方形冷铁和圆棒冷铁。方形冷铁的尺寸为100mmX100mmX100mm和80mmX80mmX200mm两种，圆形冷铁尺寸为φ80mmX200mm。均采用间接冷铁工艺，垫砂厚度10mm。

1 潮模砂流水线造型球铁电梯转子（QT500）
将潮模砂流水线造型球铁电梯转子（QT500）的轴孔芯由树脂砂芯改为球铁铁芯（图1），有效地防止了铸件轴孔加工后缩孔、缩松及夹渣、渗硫缺陷，取得了很好的技术经济效益。

图1 球铁电梯转子轴孔铁芯
2 树脂砂造型转向机缸体（QT500）

树脂砂造型转向机缸体（QT500）搭子以前采用发热冒口补缩，改为冷铁激冷（图2）后，解决了搭子内部的缩松缺陷。

图2 转向机缸体搭子冷铁

由于使用本体发热冒口时，在冒口与铸件本体连接的部位，因热量集中，凝固较晚，导致铸件硬度偏低、石墨形态差等质量问题。以前使用本体发热冒口消除内部的缩松缺陷，后来改用冷铁同样达到了相同的效果，质量更加稳定，从而使用冷铁达到了减小冒口，提高工艺出品率的目的。
3 壳型铸造耐热钢（1.4837）涡轮壳流道搭子
壳型铸造耐热钢（1.4837）涡轮壳流道搭子以前采用端面冷铁激冷，加工搭子轴孔出现严重的缩松缺陷。后改进采用对开式、成型面式冷铁工艺（图3），解决了搭子轴孔加工缩松问题。但冷铁还不能彻底解决铸件的缩松问题，只能减小缩松缺陷，不能起到补缩作用。

图3 壳型铸造涡轮壳搭子成型面式冷铁
解决缩孔缩松缺陷的原理是使热节部位快速冷却。一般冷铁只能将缺陷移位，即将缺陷移到非关键部位，而不能将缺陷消除，除非有足够的补缩通道，实现顺序凝固，才能将缺陷移到最后凝固的冒口中。此对开式成型面式冷铁和铸件搭子的大部分接触，搭子大部分处于冷铁的包覆状态，使铸件激冷效果大幅提升，加快了搭子的冷却速度。搭子经解剖及PT检测，搭子疏松缺陷成细小的＜Φ0.5 mm中心轴线,经机械加工后，疏松缺陷得到彻底消除。
4 采用“铸造冷铁”新工艺解决熔模精密铸造难题

采用“铸造冷铁”新工艺解决了精密铸造中薄壁复杂铸件（铸钢件）存在较大的热节，难以补缩成形，易产生缩孔、缩松缺陷等问题。该工艺技术的关键是在熔模精密铸造铸件热节处安放“铸造冷铁”，并保证冷铁在高温焙烧环境下不被氧化，在浇注时不与金属液接触。
工艺方案及注意事项：选择一种适合的冷铁，使其既能在高温焙烧时不产生氧化皮，又能在浇铸后容易加工；为了有效防止冷铁在1100℃左右的高温和长时间焙烧环境下被氧化，并将钢液与冷铁隔离开，防止冷铁与金属液直接接触，避免冷铁在起冷却防缩松作用的同时又产生其他的副作用，采用一种“铸造冷铁”专用耐热涂料，将冷铁保护起来，防止冷铁氧化。
该工艺技术特点：①保留了传统熔模精密铸造的基本工艺及特点；②在熔模铸造件的热节处设置冷铁使充入型壳的金属液在激冷状态下结晶凝固，简化了传统熔模铸造的浇注系统，提高了工艺出品率和铸件合格率。
该工艺可应用于中大型薄壁复杂且存在热节的铸件的熔模精密铸造，成形效果很好，在高强度铸造铝合金、铜合金、合金钢及碳钢等相关零件的精密成形中都可得到广泛应用。
5 应用于挂砂冷铁生产M2210磨床桥板铸件（HT250）

试验证明，应用挂砂冷铁可提高导轨的硬度，不会产生碳化铁而影响加工，同时减少了导轨疏松的倾向，既能起到外冷铁的激冷作用，又避免了外冷铁易造成白口、气孔、粘连及使用寿命短等缺点，挂砂冷铁及其制作如图4所示。

图4 挂砂冷铁及其制作

挂砂冷铁既具有冷铁的作用，又消除了普通冷铁的负面影响。在壁厚较大的机床铸件的生产中应用挂砂冷铁，经济、实惠、可行。考虑到导轨面的组织及硬度要求，挂砂层厚度选8～10mm。采用树脂砂固化、覆膜砂加热固化挂砂造型制作冷铁。