负压实型铸造在球铁曲轴和管件上的应用学习体会

文献概况与技术背景

本文发表于《铸造》1991年第40卷第7期，由胡学文等机电部机械科学研究院及机电部郑州机械研究所的研究人员完成。研究介绍了负压实型铸造应用于球铁曲轴和管件生产的一些试验情况，针对国内球铁曲轴和管件生产中存在的问题，进行了全面的工艺试验。

负压实型铸造（Negative Pressure Solid Shell Casting）是一种先进的铸造工艺，通过抽真空使砂型与铸件之间形成负压，利用大气压将砂型紧贴铸件表面，从而获得高质量的铸件。该工艺具有铸型强度高、无水分、铸件组织致密、无缩松缩孔等优点，特别适用于生产高质量球墨铸铁件。

负压实型铸造的工艺特点

工艺原理

负压实型铸造的基本原理是：在砂型与铸件之间形成负压（真空），使砂型在大气压作用下紧贴铸件表面，起到加压作用，促进金属液的补缩，减少铸件缺陷。

工艺优势

与传统铸造工艺相比，负压实型铸造具有以下显著优势：

工艺参数

负压实型铸造的关键工艺参数包括：

• 负压值：通常控制在-0.06至-0.08MPa；
• 浇注温度：根据球铁牌号确定，通常为1450-1550℃；
• 冷却速率：通过砂型结构和负压值控制；
• 砂型透气性：影响气体排出和金属液流动；
• 砂型紧实度：影响铸型强度和铸件表面质量。

在球铁曲轴上的应用

球铁曲轴的质量要求

球铁曲轴是内燃机的核心部件，对其质量要求极为严格：

1. 力学性能：高强度、高韧性、高疲劳强度；
2. 组织要求：球化率≥90%，无石墨飘聚；
3. 缺陷控制：无缩松、缩孔、气孔、裂纹等缺陷；
4. 尺寸精度：关键部位尺寸精度要求高；
5. 表面质量：表面粗糙度要求高。

负压实型铸造的优势体现

负压实型铸造在球铁曲轴生产中的优势主要体现在：

• 消除了缩松缩孔缺陷，提高了曲轴的疲劳强度；
• 消除了皮下气孔，改善了曲轴的表面质量；
• 组织十分致密，提高了曲轴的力学性能；
• 尺寸精度高，减少了后续加工余量；
• 省去了制芯工序，简化了工艺，提高了生产率。

在管件上的应用

球铁管件的质量要求

球铁管件（如弯头、三通、异径管等）是管道系统中的关键连接件，对其质量要求包括：

1. 承压能力：满足管道系统的工作压力要求；
2. 耐腐蚀性：在管道介质环境中长期稳定；
3. 密封性：无泄漏，保证管道系统安全；
4. 加工精度：连接面尺寸精度要求高；
5. 组织均匀性：壁厚方向的组织和性能均匀。

负压实型铸造的应用效果

负压实型铸造在球铁管件生产中的应用效果包括：

• 较好地解决了管壁厚薄不均的问题，提高了壁厚均匀性；
• 消除了缩松缩孔缺陷，提高了管件的承压能力；
• 消除了皮下气孔，改善了管件的内表面质量；
• 尺寸精度高，减少了后续加工余量；
• 省去了制芯工序，简化了工艺，提高了生产率。

工艺试验与结果分析

试验设计

研究团队针对球铁曲轴和管件生产中存在的一些问题，充分利用负压实型铸造的特点和优点，进行了全面的工艺试验。试验设计包括：

1. 不同负压值对铸件质量的影响；
2. 不同浇注温度对铸件质量的影响；
3. 不同砂型结构对铸件质量的影响；
4. 不同冷却条件对铸件质量的影响。

试验结果

试验结果表明：

• 负压实型铸造的铸型强度高、无水分，生产的球铁件无缩松缩孔和皮下气孔，组织十分致密；
• 较好地解决了铸件的错箱、储芯、管壁厚薄不均等问题，使铸件表面质量和尺寸精度大为提高；
• 同时省去了制芯工序，简化了清砂，使生产率成倍提高。

与工程实践的结合

质量控制要点

负压实型铸造生产球铁曲轴和管件的质量控制要点包括：

1. 负压值的稳定性控制：负压值波动会影响铸件质量；
2. 浇注温度的精确控制：温度过高或过低都会影响铸件质量；
3. 砂型质量的保证：砂型强度、透气性、紧实度等参数需严格控制；
4. 冷却条件的优化：冷却速率影响铸件组织和性能；
5. 无损检测：对关键铸件进行UT、RT等无损检测，确保无内部缺陷。

经济效益分析

负压实型铸造虽然设备投资较高，但具有以下经济效益：

• 产品合格率高：缺陷率大幅降低，减少了废品损失；
• 生产率高：省去制芯工序，简化清砂，生产率成倍提高；
• 加工余量小：尺寸精度高，减少了后续加工量；
• 维护成本低：无水分砂型，设备腐蚀小，维护成本低。

学习心得与启示

本文的研究体现了"工艺创新解决质量问题"的工程思路。负压实型铸造作为一种先进的铸造工艺，通过负压加压作用有效解决了传统铸造中难以消除的缩松缩孔、皮下气孔等缺陷，显著提高了球铁铸件的质量。

在实际工程中，负压实型铸造的应用需要综合考虑设备投资、工艺参数控制、质量控制等多个因素。虽然设备投资较高，但对于高质量要求的球铁曲轴和管件生产，负压实型铸造是确保产品质量的可靠选择。

随着铸造技术的不断发展，负压实型铸造与其他先进铸造技术（如3D打印砂型、智能铸造等）的结合，将为球铁铸件的高质量生产提供更多可能性。

总体而言，该文献为球铁曲轴和管件的高质量生产提供了重要的工艺参考，值得从事球铁铸造的同行技术人员深入研读并借鉴其工艺经验。