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惠州翻砂铸造(砂型铸造)中,缩孔是由于熔融金属凝固时体积收缩,得不到足够金属液补充而形成的孔洞(通常位于铸件最后凝固的部位,如厚大区域、热节处),会严重影响铸件的力学性能。防止缩孔需从工艺设计、浇注控制、砂型性能等多方面综合施策,具体方法如下:

一、优化铸件结构设计,减少热节
热节(铸件中壁厚不均的厚大部位,是最后凝固的区域,最易产生缩孔)是缩孔产生的根源,需通过结构优化减少热节:
壁厚均匀化:设计铸件时避免局部厚大区域(如突然增厚的凸台、肋板),必要时采用渐变过渡(如将 100mm 厚的凸台改为阶梯式增厚,每阶差≤20mm),使金属液凝固顺序趋于一致。
设置工艺孔:在厚大部位钻工艺孔(如直径 10-30mm 的通孔),减少局部体积,打破热节(如齿轮轮毂的厚大部位可钻孔,既减重又避免缩孔)。
增加加强肋:用薄而多的加强肋替代厚大实体结构,在保证强度的同时,分散热量,避免局部过热。
二、合理设计浇注系统与冒口,实现顺序凝固
顺序凝固(使铸件从远离冒口的部位开始凝固,最后凝固的部位由冒口补充金属液)是防止缩孔的核心原则,需通过以下设计实现:
1. 冒口设计(关键补缩手段)
冒口是储存额外金属液的 “补给站”,需满足:
位置:设置在铸件最后凝固的热节处(如厚壁中心、凸台顶部),确保冒口比铸件热节晚凝固(“冒口最后凝”)。
尺寸:冒口体积需足够大(通常为铸件热节体积的 1.5-3 倍),高度≥直径(圆柱冒口),确保有足够金属液补缩。例如:φ100mm 的厚壁铸件,冒口直径建议≥120mm,高度≥150mm。
类型:
普通顶冒口:适合简单厚壁件(如圆柱铸件顶部);
侧冒口:适合侧面热节(如箱体侧壁凸台);
暗冒口(埋在砂型内):减少金属液浪费,适合要求外观平整的铸件。
2. 浇注系统设计
引导凝固顺序:采用底注式或阶梯式浇注系统,使金属液从铸件底部或薄壁处注入,逐步填充至厚壁和冒口,确保薄壁先凝固,厚壁后凝固,最后由冒口补缩。
控制浇口尺寸:内浇口(连接浇注系统与铸件的通道)应开设在薄壁部位,避免直接冲向厚壁(防止局部过热形成新热节);浇口截面积需匹配铸件大小(保证金属液平稳填充,不产生涡流卷气)。
三、控制浇注工艺参数
浇注温度
温度过高:金属液流动性好,但收缩量大(如铸铁浇注温度每升高 100℃,收缩率增加约 0.1%),易形成缩孔;
温度过低:流动性差,易产生冷隔、浇不足,间接导致补缩不良。
合理范围:根据材质调整,如灰铸铁 1300-1380℃,铸钢 1500-1580℃,铝合金 650-700℃(需参考具体合金成分)。
浇注速度
速度过慢:金属液在填充过程中提前冷却,导致厚壁部位补缩通道被凝固金属堵塞,形成缩孔;
速度过快:易冲砂、卷气,影响铸件质量。
控制原则:保证金属液在型腔中平稳上升,填满型腔后仍能通过冒口对热节进行补缩(一般大型铸件浇注时间 5-30 秒,小型件 1-5 秒)。
四、优化砂型与砂芯性能
提高砂型退让性
砂型过硬会阻碍金属液凝固收缩,导致缩孔或裂纹。通过添加退让剂(如木屑、焦炭粉,占型砂 0.5%-2%),使砂型在金属收缩时能微量退让,减少收缩阻力。
增强砂型透气性
型砂透气性差会导致型腔中气体无法排出,阻碍金属液填充和补缩,间接引发缩孔。需控制型砂水分(黏土砂水分 4%-6%)、增加透气性(如在砂型顶部扎透气孔,间距 100-200mm)。
砂芯干燥与强度
砂芯(形成铸件内部空腔)若未烘干,水分受热蒸发产生气体,会干扰补缩;强度不足则易被金属液冲垮,堵塞补缩通道。需保证砂芯烘干温度(150-250℃,烘干时间 2-4 小时),并控制芯砂黏结剂含量(树脂砂芯树脂添加量 3%-5%)。
五、采用辅助补缩措施
冷铁工艺
在铸件热节附近的砂型或砂芯中放置冷铁(金属块,如铸铁、钢块),利用冷铁的高导热性加速热节部位冷却,改变凝固顺序(使热节先于冒口凝固,由冒口及时补缩)。
冷铁类型:外冷铁(贴在砂型型腔表面,加速外部冷却)、内冷铁(嵌入铸件内部,需与金属液熔合,适合厚大铸件)。
注意:冷铁表面需除锈、涂涂料(防止粘砂),与砂型贴合紧密(避免间隙产生气孔)。
补贴(工艺补正量)
在铸件热节与冒口之间增加一段倾斜的 “补贴”(厚度从冒口向铸件逐渐减薄),形成 “补缩通道”,确保冒口的金属液能持续流向热节,直至热节完全凝固。补贴长度通常为热节厚度的 2-3 倍。
孕育处理(针对铸铁)
向铁水中加入孕育剂(如硅铁、硅钙合金),细化晶粒,促进石墨化膨胀(石墨化膨胀可抵消部分收缩),减少缩孔倾向。例如:灰铸铁常用 0.5%-1% 的 75 硅铁孕育,球墨铸铁用硅铁 + 球化剂(镁合金)处理。
六、铸件冷却与落砂控制
缓冷处理
铸件浇注后不宜过早落砂(尤其厚大铸件),需在砂型中缓慢冷却(如铸铁件冷却至 200℃以下再落砂),使冒口中的金属液有足够时间补缩铸件收缩。
及时清理冒口
铸件冷却到一定温度(如铸铁 600-800℃)时,冒口已凝固但未完全冷却,此时去除冒口可避免冒口收缩时反吸铸件金属(导致二次缩孔)。