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铸造机械/压铸设备 |
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对金属重力铸造件补缩角的论述 |
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作者：南昌航空工业学院 黄九连 |
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摘要：对于金属(合金)液浇入型腔后由于体收缩，如果没有采取恰当的措施，那么就会使自己设计出来的铸造件产生疏松和缩孔。本文推导出一种称之谓补缩角理论，可有效地解决上述问题，从而可使自己设计出来的铸造件获得内部组织致密的铸件。
关键词：铸造件疏松；缩孔；补缩角
从金属铸造起源至今，无论国内国外，重力铸造在很大程度上人们均是采用熔化金属，然后浇注到予制的铸型中，借助于金属的自重补缩凝固，从而获得所设计的铸件。无论是黑色金属或有色金属，人们大体仍采用上述方法生产铸件。随之后来，由于铸造工作的努力探索，捂出了不少铸造理论，观点，方法，而今最盛行的铸造理论是"顺序凝固" "同时凝固"，以及"定向"和"扩散凝固"等等。因此几乎铸造工作者也均用这些理论指导教学和设计生产自己的铸件。但遗憾的是在不少情况下，我们尽管似乎应用了上述某种理论作指导，然而在事实上，使自己生产的铸件却出现了疏松、缩孔或是内部组织致密性不理想。因此，这里就有一个问题，那就是怎么让自己设计出来的铸件，铸造后会获得理想的内部组织致密的铸件，也就是说，怎么恰如其分地让金属浇注件获得理想的补缩:即揭示浇注件补缩实质，从而打通其补缩信道，最后获得内部组织致密的铸件，这就是本文推出的一种称之谓"θ"补缩角的理论。
"θ"补缩角是怎么回事呢？现在在铸造书上或课堂上，人们仍保留上述几种铸造凝固理论，但笔者认为：有一种称之谓"同时凝固"理论有时会被人误解，也就是因为这一误解会导致一些人在工作中失误。我们可以这样说，在以前以及现在，我们还无法创造这一条件，能让铸件浇入型腔后会整体"同时凝固"。我们有些人，看见某个铸件壁厚均匀一致，于是就误认为投入铸造生产时，它会整体同时凝固，从而忽视考虑对该铸件补缩问题。因此，在这种误解情况指导下，可以肯定地说，导致了不少生产出来的铸件内部组织不致密，所以现在我们应该充分地认识同时凝固是相对的，也就是说整体铸件(不论是纯金属或合金)在浇注后，一瞬间是绝对不可能发生整体同时凝固的，对整体铸件来讲，从瞬间角度剖析，它务必遵循由温度差较大的铸件表面开始一直向温度差较小的铸件内部和浇冒口处进展，直到最后冷凝结束才告终 ，这就是金属铸件顺序接受补缩的凝固实质。
对于顺序凝固这一理论不少工作者做了大量的工作，但是到目前为止，如何使自己设计出来的铸件达到理想顺序凝固，并借助于它顺利地满足铸件顺序补缩凝固。以达到好的铸件内部质量的目标，这在目前还没有提供较理想的计算控制方法。这次本文提供的重力铸造件，采用一种称之?quot;θ"补缩角法就揭示并可以较好地满足，完善其顺序补缩凝固的目的。此法可说是最大限度地，恰如其分地安排由于补缩量不足而产生的铸件缩孔和疏松的有效方法。
下面我们来探讨一下有关重力铸造件的"θ"补缩角。
我们知道，金属液浇入铸型后，在冷凝一瞬间，就开始出现：
αV×△F=K…(1) (为了剖析补缩角，我们将体收缩转化成面收缩)
αV 金属体收缩率(%)
△F 铸件断面积(mm2)
K 铸件断面积收缩量mm2 (补缩量)
并随时间的延伸，它们在迅速地做αV×△F的工作，直至浇注件完全凝固结束才告终。
下面我们可以假设锡铋合金，它在溶化浇进型腔后，它的体收缩即αV接近于零，则：零乘以△F，还芷浣阶⒓卸啻蟮亩厦婊騅值接近于零，所以锡铋合金就不必去考虑补缩量了。
关于金属铸件体收缩即αV的确定。
我们知道，金属液浇注后，会发生液态收缩和凝固收缩以及固态收缩，而给铸件带来疏松，缩孔缺陷，实际上是液态和凝固收缩时发生的，也就是所谓的体收缩，它是本文提到的αV 。如碳钢(含碳量以0.1-1.0%)的体收缩αV是10.5%-14%。按上分析。我们又假设有一含碳量为0.4%碳钢件，其体收缩率是 αV=11.3%，取一断面积△F=25mm2代入公式 (1)：
K=11.3X25=3.5mm2
这就说明，这一断面需要的金属补缩量是3.5 mm(2)。这也就证实此公式是具有实际意义的。按此公式，我们可以进一步推导，假设有个圆柱体见图(一)，从低层到浇口顶层设置了补缩冒口，顶层热量高，因此，在铸件冷凝过程中，从浇冒口顶层由下往上顺序凝固，同时铸件由下往上接受补缩，也就是说自上而下地输送K(补缩量)，由于铸件自下而上各断面均需要自身的补缩量K，同时又要往下一层输送补缩量，这就务必要迫使铸件由圆柱体改变成平截正圆锥体见图(二)，才能创造满足上述顺序补缩要求，这就在图(二)中形成了r1，也就随之形成了"θ"角。这就可以肯定地说，各种金属(合金)只要αV值不一样(尽管零件形状尺寸大小一样)，则补缩角"θ"值就不一样。为了证实上述理论，同时导出"θ"角值的计算公式，我们对图(一)整体零件所有断面所需要的补缩量进行积分：
为了满足铸件补缩量要求，其形状见图（二）是一个平截正圆锥体，根据平截正圆锥体体积公式：
以求出r1得到补缩角"θ"值。
 
例1）：取0.1%碳钢体收缩率αV＝10.5% ?
有一铸件直径等于50mm，高50mm，求其补缩角"θ"值？
 =2.537
则补缩角"θ"等于
例2) 下面我们用上式公式求空心圆柱体
见图(三)的补缩角"θ"值。
图(三)中 h=50mm ， r=26 r小=20
材料含碳量为0.1%的碳钢 αV＝10.5%
求补缩角"θ"值
先求其截面积
以上公式不仅适用于金属(合金)重力铸造同样也用低压铸造件，各种形状铸件，只要先求出 其截面积，再求出r1值代入公式(3)式，并找出相对应的h值，其补缩角就不难求出。(end)
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(2/21/2005) |
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