解决薄壁铸铝件浇不足的措施

第六章　残缺类缺陷

残缺类缺陷（Incomplete casting）是铸件由于各种原因造成的外形缺损、缺陷的总称，包括浇不到、未浇满、型漏、跑火、损伤等。

第一节　残缺类缺陷的产生机理和防治理论

这里只对残缺类缺陷中几种难以防治的缺陷进行重点介绍。

一、浇不到缺陷

具有浇不到缺陷的铸件，是指因金属液未能充满铸型型腔而形成不完整的铸件。这类缺陷的特点是铸件壁上具有光滑圆边的穿孔，或者铸件的一个或多个末端未充满金属液。

这种缺陷的外观很可能与气孔缺陷的外观相似。在某些情况下，跑火也可能与浇不到相混淆。实际上，浇不到也可能是气体造成的缺陷。浇不到是铸造中相当普遍的缺陷。

浇不到缺陷形成的原因如下。

1. 铸件和模样设计

（1）因铸件截面厚薄不均造成金属流间断。在某些铸件设计中，薄截面位于金属液难以到达的部位，因此几乎无法恰当地设置浇注系统。在可能的情况下，应对这类设计进行修改。当无法更改设计时，则需采用相当复杂的浇注系统。

（2）相对铸件面积而言，铸件截面过薄。这种设计没能考虑到金属流动和凝固的规律。如果设计者不能加厚这一截面的话，唯一的补救办法，是提高金属的熔化和浇注温度或者修改金属的化学成分，以改善其流动性。弥补设计不当的较好方法是，改用不会产生激冷的铸型（型芯）。但是所有这些措施都会增加生产成本，因此，在可能的情况下，都应更改设计。

2. 模样

（1）模样或芯盒磨损造成铸件截面过薄。型砂是磨损力相当强的材料，所以会使模具磨损。有时这类问题是由于滥用模具，以致形成许多缺口或凹痕。这样，就必须对损坏的模具进行抛光处理。

（2）没有按照图纸制造模样。可能图纸绘制不精确或模糊；对图纸上的符号或标记理解不当；看图疏忽；制模车间缺少监督和质量控制。模样的检验应形成制度，尤其应仔细校对模样的公差尺寸。

（3）模具没有适当地加固。对模具没有充分加固，在造型或制芯的压力下，由于模具强度不够而产生变形，这样的模样和芯盒就会造成铸型和型芯的变形。既造成金属液未能按预期设想流动，又会形成铸件截面过薄。改正的方法是加固模具。

（4）模样或芯盒未对准。通常造成这种缺陷的一个原因是定位销和销套已经磨损。最根本的原因可能是定位销或销套过小，因而比较快地就磨损了，或者是由于所用定位销数量不足而造成的。承担负荷的定位销数量过少或过小，都会很快地磨损。

3. 砂箱及其准备

（1）上、下箱错箱造成铸件截面过薄。造成这种缺陷的原因包括，定位销磨损（或使用规格错误的定位销）、定位销弯曲、销套磨损，或者是在箱耳座内存有外来杂物。也可能是因为造型粗心，例如将上箱位置搞错而造成的。

（2）薄平铸件浇注时倾斜度不够。对于某些较薄的铸件来说，在准备砂箱时，要使砂箱在浇注时能保持一个倾斜度，否则就会形成封闭气体，并且造成金属液流间断。为使金属液流畅通无阻而倾斜砂箱时，重要的是在倾斜之后，使上箱在铸件最高点的上方保持足够的高度。

（3）因砂箱箱带数量不足，造成上、下型下沉。根据各种造型方法的能力和型砂选择的不同，来决定使用箱带的数量和种类。在高压造型中，一般都不采用箱带，而是靠紧实度高的造型和刚性非常优异的砂箱，来避免产生这类缺陷的。然而，在紧实度低的砂型中，则需要使砂箱具有足够的支撑。此外，在设计砂箱带时，必须很好地结合铸件上的孔、凸缘以及铸件所要求的其他形状，并且要使砂箱带与模样的大小相称，这样就能更好地支撑砂型了。

使用不是为某一铸件专门设计的通用砂箱，在这种情况下，可根据支撑的需要，在砂箱上临时用螺栓固定上一些箱带。如果上箱下垂到足以使铸件的截面减薄时，就一定会产生铸造缺陷。

（4）套箱变形或太脏。通常这是由于脱下套箱和进行落砂时，工人操作粗心所造成的。在很多情况下，因为跑火会使套箱变形或熔焊上一块粗糙的金属，而又没有在造型之前检查出来。使用这些砂箱，就会形成导致产生浇不到的薄截面。更严重时，还会在合箱时造成掉砂；从这一点来说，浇不到也是掉砂的一种表现形式。

采用一个相应尺寸的标准样块来经常检查套箱，可以防止产生这类缺陷。应该制止粗鲁的操作，并教育工人不要使用有缺陷的套箱。

（5）砂箱刚性不够或加固不当，这会使得砂型变形到产生浇不到。提高压实力时，要求设计具有足够刚度的砂箱。年代较久的砂箱，经常可以经加固后再重新使用。

（6）箱箍变形。变形的箱箍，也会使得砂型变形，致使铸件截面减薄，产生浇不足。箱箍变形，可能是因为箱箍太薄，或者是因为滥用，年代过久产生损坏所致。

（7）上箱太浅。上箱太浅，可能会造成上箱下垂，从而使得铸件截面变窄、变薄，以致产生浇不到的缺陷。在浇铸较厚铸件时，上箱太浅，会因为金属压力不足而导致产生缩松和侵入气孔，而在浇铸较薄铸件时，其后果则是产生掉砂或有可能形成浇不到的缺陷。

4. 浇冒口系统

（1）内浇口、横浇口和直浇口的截面不当。为了避免产生金属液流间断的现象，必须按照下述要求设计浇注系统，需使直浇道和横浇道具有足够的尺寸，从而可以平稳地向所有内浇口输送金属液，并且使得内浇口能始终充满金属液。

无压力系统（即开放式浇注系统），依赖于直浇道下的大浇口窝（液池）。对于系统来说，为了避免产生过早的充型和喷溅，必须把横浇道设置在下箱，而把内浇口设置在上箱。适用于这种系统的直浇道，横浇道和内浇口（总面积）之比，应是1∶4∶4。

为了保证金属液流动时能始终完全充满浇注系统，则要靠减小浇口截面积来建立压头。对易于产生针孔和夹杂的金属，在需要采用封闭式浇注系统，建立正压力，以尽可能减少侵入气孔和缩松缺陷时，则更需如此。在这种浇注系统中，直浇道、横浇道（总面积）和内浇口（总面积）之比，为1∶0.9∶0.8，在这种设计中，应使横浇道和铸件尽量靠近（短内浇口），以便尽可能提高补缩能力。

在铸造业中，也成功地采用过其他比例的直浇道、横浇道和内浇口设计。需要牢记的基本设计原则是使金属液流平稳，并且能够充满浇注系统，以防止金属液流间断。

（2）内浇口位置不当。内浇口的位置完全取决于铸件结构。必须要想象出铸型型腔是如何被金属液充满的和金属液的流动模式，并且根据这些设想设置内浇口。

（3）内浇口分布不当或不均衡。这是由于没能正确地预测金属流动的实际情况，因而导致产生了上述缺陷。除了要考虑液体在一般情况下流动之外，还应考虑金属液对型壁的摩擦，金属液的冷却情况和金属液的流动性。因而，金属液充型的确切过程通常很难预测。采取有意识不浇满的办法，还是有可能探索出金属液流动的模式的。例如，某一铸件通常需要20s的浇注时间，则可以有意识地分别按5s、10s、15s浇注一个同样的铸型。在对这三个没有充满的铸件进行落砂和清理之后，仍使其带着内浇口，这样就可以显示出金属液实际的流动形式。以这些数据作为参考，则可能重新设计出最佳的浇注系统来。

（4）压头太低，也可能是造成浇不到的一个原因。

5. 型砂

（1）型砂水分太高，会造成金属液沸腾而失去流动性，这会导致产生浇不到和冷隔。

（2）型砂中挥发物太多。过量的挥发物在金属液流到之前充满型腔，会使金属液难以完整地充满型腔，从而有可能造成气隔或气隔缝隙，即使金属液流到了正常部位，但也会因此而难以熔合。根据气体含量和砂型透气性的不同，会导致产生浇不到。

（3）背砂强度太低造成上型下沉，不管是因为箱带不足或背砂强度太低而引起的上型下沉，都会使得较薄的型腔截面变得更薄，对于金属液的流动能力而言，这样的薄壁是难以充满的。

（4）透气性太差。对于铸型中存在的气体含量而言，假如铸型透气性太差，则可能产生气隔缝或气隔。

（5）造型材料导热性过高。造型材料吸取热量和冷凝金属的速度亦各有差异。这方面最明显例证是金属型和砂型之间的差别，但是在湿砂、石英砂、橄榄石砂和锆砂之间，也肯定存在着差别。

6. 制芯

（1）对于铸件截面而言砂芯过硬，金属液通常很难平稳地流到较硬的砂芯近旁，而常常会在该处出现翻腾的情况，这就会形成过早的冷凝。

（2）排气不够充分。任何被包封的气体，都会造成气隔缝。对于使金属液产生间断的浇注系统来说，这一问题则更为严重。

（3）型砂尺寸不正确或放置不当，促使铸件截面减薄。型芯移位，使铸件截面减薄，若金属液的流动能力不够高，便会产生浇不到或冷隔。

（4）型芯上涂料、腻料或黏合膏涂抹过厚。在浇铸要求公差精准的铸件或浇铸薄截面铸件时，涂抹涂料附加的尺寸，可能就足以使铸型型腔尺寸超过了允许的公差范围。

（5）漂芯或砂芯下沉。这和下型拱起的后果完全一样，都会使得铸件截面变得过薄。

（6）偏芯造成铸件截面过薄，这是漂芯或砂芯下沉的另一种表现形式。

（7）砂型变形。在壳型或欠烘烤的油砂芯中，因黏结剂的热塑性而引起的，是造成变形的一个原因。因变形引起的这种翘曲，在浇注过程中起着和偏芯一样的作用，都会使得铸件截面减薄。

（8）芯骨距砂芯表面过近，这样设置的芯骨对金属起着激冷作用，因而迟滞了金属熔液的正常流动，降低了金属熔液的流动性。

（9）型芯材料导热性过高。

7. 造型

（1）舂砂过实，降低了透气性。当砂型硬度在大约HB85以下时，砂型硬度直接影响着透气性。超过这一硬度，则测不出明显的变化。设计用于松软舂砂造型的型砂，当舂砂过紧时，会出现问题。

（2）舂砂不均。由于舂砂不均，造成了型砂紧实度变化，将会改变金属液的流动。这样就会改变金属液流的模式或者形成局部截面受激冷，这样又会导致产生冷隔。这是因为局部砂型透气性过低而造成的。

（3）舂砂过松导致上型下沉使铸件截面变薄。

（4）砂型中砂钩或箱带不够造成上型下沉。

（5）底板垫放或夹箱不当。会使得下箱型面被拱起，就会和上型下沉一样，导致铸件截面变薄。造成这方面问题一般是由于使用脏污或变形的底板，或者是在合箱之前，下箱底面上的型砂没有刮平所致。

（6）修型或修补过度。假如这不会造成夹砂结疤或凹沟的话，其结果则和形成金属液的翻腾或改变砂型导热性的后果一样。

（7）表面薄平的铸型平放而未倾斜。

（8）芯撑尺寸错误造成漂芯。漂芯会造成铸件截面过薄，以现有的金属熔液的流动性而言，很难完满充型。

（9）单面芯撑过小或芯撑数量过少，造成漂芯。

（10）涂面太厚。型芯或铸型的涂料涂层过厚，都会使其尺寸变得足以使铸件的较薄截面变得更薄。

（11）未开出直浇道窝，这是人为造成的缺陷，其后果和直浇道设计不当一样。

8. 金属成分

对于所浇铸的截面来说，金属熔液的流动可能太差。熔炼工艺对金属液的流动性均有影响。

（1）灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。对于所涉及的截面而言，碳当量可能过低或过高。一般来说，铸铁材料（低碳当量）的硬度越高，强度也越高，因其流动性差，也就最容易产生冷隔或浇不到。碳当量特别高时，尤其是当熔液中的初生石墨析出时，也会造成缺陷。这就是石墨漂浮。使用过量的碳化物稳定剂，其后果和碳当量过低一样。石墨化材料使用过量，也会形成石墨漂浮。磷可以生成一种低熔点的共晶体，能提高铸铁的流动性，但灰口铸铁中的含磷量可能很少。

（2）钢。钢的成分由低碳到高碳，再加上各种合金元素，可以从根本上调整其流动性，钢具有较高的热辐射率，会很快的失去热量，这种特性使钢液与冷或湿的铸型接触时，会很快地降低其流动性。

（3）黄铜和青铜。在这类合金中，流动性差别很大。改进流动性的方法，取决于所采用的合金类型。

（4）铝合金。在铝合金成分中增加硅或铁的含量，降低钠的含量，经常会使其较低的流动性得到改善。含气或被污染的铝合金，特别易于发生冷隔。

（5）镁合金。镁的流动性，可以通过将其成分改变得更加接近于共晶体成分，而得到改善。

9. 熔化

（1）因称重或加料粗率导致成分错误。合金成分一般对流动性有影响，成分不符时可能降低合金的流动性。

（2）金属液熔化温度过低或流动性太差。不管是哪一种金属，其温度过低，显然是造成浇不到的基本原因。

（3）金属液氧化或含气。不管这是由于耐火材料太湿，还是由于湍流，还是由于对炉氛缺乏控制所造成的；也不管是何种金属，氧化的或含气的金属液的流动性都会降低。例如，用反应剧烈的快速熔化操作来熔化可锻铸铁，通常其流动性较差，可能导致产生冷隔和针孔。熔化操作不当，特别容易使有色金属吸附气体。熔化灰口铸铁时，冲天炉底焦高度太低，也会产生同样后果。

（4）浇包内添加料过量。这些添加料都直接具有降低温度的作用，因而也就降低了金属熔液的流动性。在多数情况下，这种激冷作用并不仅仅是因为加了少量的合金，熔化和溶解这些金属所需要的熔化热，对许多合金来说，都是一项主要的温度损耗。

（5）包内添加物潮湿，这又是一项额外的温度损耗，并且会导致形成金属液温度过低。

10. 浇注工艺

浇注可能被认为是造成大量浇注不到缺陷的主要原因。当浇注操作的确是造成缺陷的成因时，这可能是由于下述某一个原因引起的。

（1）浇注温度过低。

（2）间断地浇注，会造成金属液充型不均衡，当又重新开始浇注后，则易于产生氧化薄膜或吸附气体，这都会妨碍熔融金属的熔合。如果直浇道内的金属液面下落（直浇道内未能充满金属液），其后果和间断浇注一样。

（3）过快地减慢浇注速度，可能会降低使金属液完全充满铸型型腔所需的压力。当上箱中有凸台或上箱较浅时，过快地减慢浇注速度铸成的铸件，其缺陷尤为严重。

（4）金属液翻腾，不管是流槽、内衬、浇包嘴太湿，或者是浇包内存有废渣，都会造成金属液翻腾，既降低了熔融金属液的温度，又降低其流动性。

（5）水平浇注薄平铸件，而未使其有一个倾斜度，都会造成冷隔缺陷。

（6）因跑火降低了浇注压力，会造成浇注间断，这样的后果和过快地降低浇注压头一样。

（7）熔渣、脏物或浇包耐火材料堵住内浇口，其后果和间断地浇注或过快地减慢建筑速度一样。

（8）浇注的金属液不够，不管其原因如何，都会和上箱高度不够一样，降低熔融金属的输送压力。上箱较浅时，尽管浇注的熔融金属稍有短缺，也会使压力水平低于铸件的最高点。这样即便不会造成浇不到，也容易形成侵入气孔或缩松。实际上，上箱凸台部位中产生侵入气孔，通常都和浇不到有关，当浇注是其成因时，这两种缺陷很可能不易识别。

（9）浇注过慢，使内浇口处不能保持有充足的金属液，不能较快地充满铸型来防止造成冷隔。浇注过慢，还是造成膨胀缺陷的主要原因。上型膨胀的倾向，会进一步加大形成冷隔的可能。

（10）未能保持直浇道、横浇道和内浇口充满熔融金属，其结果和间断浇注或压力不足一样。此外，这样还会造成包封空气，因而降低了金属液（特别是非铁金属）的流动性，能在一些合金例如铸钢中，会快速地形成氧化膜。

11. 其他因素

（1）对于铸件截面而言，冷铁和芯撑过大，其后果和激冷一样，使金属液的流动性降低到使铸件产生冷隔。冷隔很可能出现在芯撑，或距离芯撑很近的部位。

（2）因铸型压铁过重或其他原因使铸件截面减薄。假如压铁重量超过铸型能够承担的负荷时，就会发生塌型，但是，薄截面处的尺寸尽管改变很小，也会导致产生浇不到的缺陷。

（3）铸型型腔的薄截面处由于水汽凝聚。这会降低金属液的流动性，同样还会造成包封气体。

二、跑火与型漏缺陷

跑火是因浇注过程中金属液从分型面处流出而产生的铸件分型面以上部分严重凹陷和残缺，有时会沿未充满的型腔表面留下类似飞翅的残片。型漏是铸件内有严重的空壳状残缺，有时铸件外形虽比较完整，但内部的金属已漏空，铸件完全呈壳状，铸型底部有残留的多余金属。

造成这两种缺陷的原因如下。

1. 砂箱及其准备

（1）对铸件尺寸而言，砂箱尺寸太小，因为填砂量不足，不能实现紧实均匀的舂砂。

（2）砂箱交接面翘曲或扭曲，会在某些部位造成砂箱与砂箱接触，而在其他部位造成型砂与型砂接触，这样，个别部位容易出现跑火。

（3）造型板刚性差，或加固筋条不够，导致下型下沉，当型砂强度较差或舂砂松软时，极易出现跑火或型漏。

（4）箱夹强度太低、数量不够或位置不当，使型砂的某些部位承受不正常的变形，而在另外一些部位没有压紧，导致受力不均。除非型砂强度非常高，否则出现跑火。当砂型中的高水分区使某一部位强度降低，并且有负荷作用在箱夹上时，就是强度很好的砂型，也会出现型漏。

（5）底板和模样之间砂量不足，下箱太浅，这时，除非砂型的强度非常高，否则就会出现跑火。即使砂型强度很高，但下箱太浅，也会在浇注之后使强度降低，造成型漏。

2. 浇冒口系统

直浇道、横浇道或冒口距离箱壁和箱底过近，会使砂型强度成倍地降低。对砂型中的砂量而言，静压头过高，形成较大的冲击力，可能导致出现型漏。

3. 型砂

型砂强度太低，即使造型的紧实度也足够，但砂型的强度还会比较低。如果砂型退让性差，型腔较脆，也容易出现开裂。

4. 制芯

通气孔或芯骨太靠近砂型表面，砂芯强度太低，一旦型芯的外壳开裂，也容易出现跑火或内型漏。

5. 造型工艺

造型时跑火和型漏缺陷产生的最主要原因如下。

（1）舂砂松软，整个或砂型的某些部位强度低，容易出现跑火或型漏。

（2）压铁太轻或压放不当，由于上箱被抬起，而发生跑火。压铁要有足够的重量，而且压放要适当。

（3）大砂型中箱缝补密合，会在分型处出现毛刺，毛刺过大可能形成跑火。

（4）砂型未烘干或烘烤过度，造成砂型强度不够，从而出现跑火。

（5）表干型加热过快，易于在浇注时使砂型开裂而发生跑火。

6. 浇注工艺

（1）箱套、压铁或砂箱夹具使用不当，通常容易造成跑火。

（2）对某种浇注系统而言，浇注过猛，会在一刹那或很短的时间里，使上箱抬起。如果出气口数量不够，在浇注速度过猛来不及排除包封的气体而造成的压力，跑火问题也易发生。

（3）浇注过程中金属液冲撞型腔，造成过大的扰动，会出乎意外地使砂型出现大的裂口，造成跑火。

（4）在熔模铸造中，由于型壳强度不够，或浇注时金属液对型壳冲击力过大，或型壳急冷急热性差，或操作和运输过程不当导致型壳有裂纹，在金属浇注时型壳开裂，液体顺裂口外流也会形成跑火缺陷。内腔跑火则是由于形成内孔和凹槽等处局部未涂上涂料，或涂料带气，或未撒上砂使该处型壳存在孔隙，金属液浇注时，液体进入孔隙或穿透有缺陷的型壳而造成内腔跑火。防止措施如下。

①根据铸件大小、形状等正确选择型壳种类。对于硅酸乙酯，为提高强度可提高水解中SiO2含量，对型壳进行强化。对硅溶胶型壳可用提高硅溶胶中SiO2含量及确保型壳干燥、对型壳进行强化等措施以提高其强度。对水玻璃型壳要确保水玻璃质量（模数M、密度合适），涂料配比合理，硬化剂种类、硬化工艺、耐火材料种类选择合适，保证质量。另外，三种黏结剂型壳均可用增加层数来提高强度。

②对水玻璃型壳用热水脱蜡时，水温不可太低，应在90～95℃之间，脱蜡时间不宜过长，一般件20～30min，大件不超过40min。脱蜡水应补充硬化剂，对结构特殊铸件，若蜡料排出有困难，可增设排蜡孔。

③在运输和焙烧过程中应避免型壳碰撞。

④合理设置浇注系统，适当降低浇注温度，降低浇包嘴到浇口杯距离，减少金属液对型壳的冲击。

⑤防止型壳急冷急热。

⑥对有较小孔和凹槽的铸件，必要时可在此型壳的局部处采用黏度较低的涂料和撒细砂。涂挂后要细心地用压缩空气吹去涂料中气泡，保证该处涂料挂上、均匀密实、无孔隙。

三、残缺类缺陷的防治措施总结

各种主要的残缺类缺陷的名称、定义和特征、鉴别方法、成因及防治补救措施总结如表6-1、表6-2、表6-3、表6-4、表6-5。

表6-1　浇不到缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表6-2　跑火缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

表6-3　机械损伤缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表6-4　未浇满缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表6-5　型漏缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

第二节　残缺类缺陷防治实例

案例1　解决薄壁铸铝件浇不足的措施

生产条件及存在问题　铸铝件主要用于汽车发动机，大部分为管类铸件，壁厚4～6mm。管径φ40～φ120mm，长度60～600mm。铸件单件质量2kg左右，形状以曲管居多。造型机为Z145A型。熔化设备为QR-100型75kW的铸铁坩埚电阻炉。生产的铸铝件有60余个品种，牌号均为ZL101。其中最典型的铸件为250-1303013前汽缸盖出水管，质量为2.5kg，其废品率一度高达20%～30%，主要为浇不足及冷隔所致，其工艺图见6-1。在生产过程中，发现在铸件上型的高点M处、次高点N1、N2处，经常存在有浇不足及冷隔现象。通过提高出炉温度，即由710℃出炉，变为750℃出炉，冷隔现象消除了，但仍然在M、N1、N2处附近存在有浇不足的现象。

解决措施

（1）铸型排气问题。

①把φ30mm的暗冒口变为明冒口，这样既利于排气，又便于补缩。

②在铸型的高点M处及次高点N1、N2处扎φ6mm的出气孔，出气孔要扎透，见图6-2。

（2）浇注流量问题

①直浇道由φ20mm变为φ25mm。

②横浇道及内浇道尺寸亦做了增大处理，其结构与尺寸见图6-2。

③在浇注时，应采用先快后慢的浇注方式。快慢的转变应在充型到2/3时平缓地进行。

（3）浇注温度问题：在增加了铸型的排气性和扩大了浇道的截面积后，进行了温度试验。根据试验结果，选在（730±5）℃时出炉浇注。通过上述改进解决了缺陷。

图6-1　改进前铸造工艺示意图

图6-2　改进后的铸造工艺示意图

案例2　防止水平连铸有色合金的“跑火”

生产条件及存在问题　水平连铸工艺具有效率高、能耗低和质量好等优点，但在生产过程中，由于其涉及范围广、影响因素复杂多变，尤其高牌号铜合金，具有比重大、流动性好等特点，因此在操作经验不足、工艺参数掌握不当的情况下，时常会有“跑火”事故发生（即合金液从结晶器出口溢出，造成严重的二次消耗浪费，为此，对跑火事故加以严格控制和预防。

产生跑火事故的主要原因

（1）不能合理地控制合金液的保温温度和冷却水的温度、压力，对原材料中的杂质含量控制不严，致使铸坯产生夹渣，热拉强度大大下降。

（2）工艺装备中，结晶器进、出水管堵塞，导致冷却效果严重恶化；保温炉出口的石墨流槽的前端沉淀物过多，石墨模表面粗糙、老化，失去其润滑性能。

（3）设备上，牵引棘爪失灵，造成连铸时的振幅突然增大；调速电机失控，拉铸速度忽快忽慢。

（4）由于气温的差异，导致合金液体的温度、含气量以及冷却水的温度发生突变。

跑火事故的防止措施

（1）对有色合金的材料（尤其回收旧杂料）入炉前，要严格化验其成分，并进行试样分析，熔化时要充分搅拌，使熔渣上浮，及时排出；合理控制合金液的保温温度和冷却水的温度、压力，当铸造速度和气温发生变化时，水温和压力也要随之改变。

（2）对结晶器的焊口要严格检查，耐压试验（≥0.6MPa）不得有漏水现象，重复使用时应检查进、出水管是否畅通；石墨模在使用前应进行油路畅通检查，使用中发现严重老化时应立即停止工作，进行更换。

（3）合理控制拉铸速度，在发生跑火事故较多阶段，可采用“短振幅、快频率”的拉铸方法；注意观察调速表，发现异常现象要及时停机。采取上述措施后，可大大减少“跑火”的次数。

案例3倾斜浇注防止焦炉炉门铸件产生浇不足缺陷

生产条件及存在的问题　焦炉炉门外形尺寸6380mm×580mm×382mm，主要壁厚31mm，炉门材质为RUT340，单重2t。框架式结构如图6-3所示。针对炉门的此种结构采用了树脂砂造型，为使铸型有较高的强度和抗热膨胀性能，表面涂刷锆英粉涂料。从铸造工艺角度出发，焦炉炉门的大平面要求较高，应朝下，但考虑该工件下芯方便及避免采用吊芯而引起掉芯缺陷的因素，采用了大平面朝上、水平浇注的工艺方案。实际生产中，经检测，发现前12件产品中有4件存在浇不足现象，导致了铸件报废。

缺陷形成机理分析　浇不足使铸件残缺，轮廓不完整或轮廓虽完整，但边、棱、角圆钝。常出现在型腔上表面或远离浇道的部位及薄壁处，缺陷周缘圆滑光亮，浇注系统充满金属焦炉炉门轮廓虽完整，但铸件顶压座处出现边、棱、角圆钝，铸件缺肉现象，其他位置铸件形状比较好。浇注系统是铁液从型腔的A端流向B端，整个充型过程浇注系统始终保持充满状态。据现场观察分析认为，焦炉炉门结构复杂，浇注过程中由于铁液流到型腔后，遇到冷的砂型尤其是到达远离浇道的铸件末端，铁液温度下降很多，低温铁液还没有从铸型末端的冒口排出就已经凝固，从而易产生铸件浇不足缺陷。造成这一缺陷的主要原因是铁液静压力头小，加之沿程失热，在铁液分别从相对方向汇合时不能很好融合。另一方面，由于充型过程产生的气体不能通过冒口及时排除，气体压力的存在造成铸件产生浇不足缺陷。分析认为气体的压力差也是铸件浇不足的一个重要因素。

解决措施

（1）倾斜浇注。倾斜浇注是利用铸件倾斜的方法，将冒口设在最低点，在内浇口、横浇道的工艺措施配合下，在铁液重力作用下，实现远离冒口处低温铁液从冒口处流出，降低铁液在铸型中的温度梯度，达到同时凝固的目的，从而获得组织致密的铸件。

（2）浇注系统设计。为了促使铸件的同时凝固，在铸件的一端开设浇注系统，开设浇注系统的各组元应按照一定的比例，浇注系统位置应合理安排，以保证铁液在铸型中平稳流动，浇注系统截面比例按照ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1∶（1.2～1.5）∶（1.0～1.4）的比例设置。选取直浇口的截面直径为φ80～φ100mm，为了使铸件铁液温度均匀，平稳上升，杂质易于上浮，横浇口采用圆台形式，为了避免冲坏砂芯，设计两道内浇口，浇口直径选择为φ50～φ60mm。

（3）铸型倾斜高度。经多次改进，最后决定在合型稳箱时将砂箱前端垫高进行倾斜浇注。这样，铁液进入型腔时不会产生紊流，使铁液能够迅速充满型腔。低温铁液能从砂箱末端冒口处流出，同时气体可在砂箱中部及水口附近的气眼和冒口中排出，减小了气体对铁液的压力，使整个铸型内的铁液能够获得同时凝固的条件，得到完整良好的铸件。砂箱前端垫得过高，会增加铁液对砂型的冲刷作用，易形成砂眼、粘砂等缺陷。若垫得过低，则会削弱倾斜浇注的补缩效果。经过计算和生产经验确定倾斜角度范围为3°～8°，应视砂箱的大小和铸件情况适当选择倾斜的角度。经过实际生产多次实验，铸件没有出现浇不足的现象。

由于采用倾斜浇注，不但增加了铁液对砂型的冲刷作用，而且增加了铁液对砂型的静压力、动压力，所以造型时应特别注意把砂型均匀舂紧，分型面必须平整，砂芯装配必须稳定牢固，合箱时卡子必须卡紧，以防止产生砂眼、粘砂、跑火、偏芯等缺陷发生。

图6-3　焦炉炉门框架式结构图

案例4　铸铁件浇不到铸造缺陷原因判断

生产条件及存在问题　铸铁件浇不到是中小企业特别是技术薄弱的小企业，常见、多发的铸造缺陷。虽原因纷繁，但只要判断准确，缺陷不难解决。

缺陷产生的机理分析　引起浇不到有多种原因，从生产角度归纳，大约有下列几方面。

（1）铁液流动性。铁液流动性是指铁液充满铸型的能力，它不能用常用计量单位来表示，它为下列因素所影响。

①浇注温度是影响流动性最主要的因素，流动性随浇注温度提高而改善。

②化学成分是影响流动性的另一重要因素。碳当量小于4.6%，流动性随碳当量增加而改善。碳当量可用公式计算。碳当量（%）=碳量（%）+1/3硅量（%）+1/2磷量（%）。相近的浇注温度、碳当量，铁液有相近的流动性。但特高碳当量由于石墨漂浮、特高硫量或锰量由于析出硫化锰可能恶化流动性。高铬、高铬铸铁由于铁液表面形成较大的表面张力，也影响流动性。

（2）铸件结构和浇注系统设计。显而易见，大而薄的铸件易产生浇不到。浇注系统结构（组元构成）、组元比例、内浇口位置等都可显著影响浇不到；快浇、层浇、顶浇、两头浇、分散多道内浇口等工艺措施均可减少浇不到。

（3）型砂及造型工艺。

①型砂挥发物较多、铸型透气性较差，致使型腔压力增加，铁液流动受阻，浇不到铸件增加。良好的型腔、型芯的透气性、通气性、排气性可减少浇不到。

②型腔碎砂、铁液夹渣，铁液析出的硫化锰或石墨飘浮等现象均可影响浇不到，薄壁细节处尤甚。

③铸造生产方式和工艺，涉及铸件尺寸精度，铸件尺寸公差对薄壁铸件浇不到极为敏感。

（4）浇注工艺。快浇、满浇、不断流等可减少浇不到。

解决措施

（1）生产正常，小概率偶尔出现浇不到，多属“粗大误差”，多系浇注不慎、挡渣撇渣不够；适型合箱疏忽，铸型有碎砂所致。

（2）生产正常，特别是同类铸件生产正常，缺陷集中发生在一种或数种同类铸件上，多系浇注系统设计不善所致。

（3）生产不稳，缺陷反复、多次出现，多系铸铁及其熔炼不善，浇注温度、化学成分波动所致。

（4）改变化学成分或较有效的改善铁液流动性，减少缺陷，但亦改变铸铁牌号。

（5）良好的浇注系统设计可大大减少缺陷。

（6）恒温可比条件下，提高浇注温度15～20℃与提高碳当量约0.1%其作用相当。

案例5　采用飞边工艺解决薄壁铸铁件的浇不足缺陷

生产条件及存在问题　旋风子铸件材质为HT200，毛重60kg，主要壁厚为8mm。几年来所生产的旋风子铸件废品率高达50%，缺陷主要是冷隔、浇不足。该铸件长度为1200mm，原工艺如图6-4所示，浇注系统采用的比例为ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1∶0.9∶1。铸件顶端及法兰顶端扎4个φ3mm的出气孔，外型用湿型，砂芯经表面烘干。浇注后发现铸件顶部特别是两端头产生浇不足或冷隔的缺陷，法兰顶部产生浇不足缺陷。后来提高浇注温度（1380℃以上）后，浇不足和冷隔缺陷有所降低，但绝大部分废品仍然是这两种缺陷产生的。

解决浇不足的措施　必须在铸型中附设一个能贮存冷铁液的装置，去除先进入型腔的部分铁液，让后续高温铁液充满上型。因此，我们在分型面浇注系统对面设计一个飞边溢流槽，让经过下型后的冷铁液进入该溢流槽，同时把出气孔数从4个增加到8个，浇注时及时点火引燃，禁止浇注过程中停浇并且浇注温度保持到1380℃以上，工艺简图如图6-5所示。

图6-4　旋风子原工艺简图

图6-5　改进后的旋风子铸造工艺简图

案例6　改变浇注系统位置解决浇不足问题

生产条件及存在的问题　叶轮为高水头水轮发电机上的产品。叶片为水斗形状，壁厚很薄，而且不均匀，最薄处仅3～5mm。叶片的质量控制非常关键。最初的浇注工艺是从内轮毂底引入（如图6-6的Ⅰ所示），发现铸件的很多叶片走水不良，留下大小不等的孔穴和缺口。

解决浇不足的措施　后来改为从内轮毂和外法兰一齐引入（如图6-6的Ⅰ、Ⅱ所示），并提高了浇注温度，但叶片的浇不足现象仍然存在，而且多个叶片有砂孔。

由于叶片太薄，相邻叶片之间距离较小，而且叶片在几个方向呈曲面过渡，使叶片出现的铸造质量问题基本上都无法焊补处理，连续多件产品都报废了，损失较大。

改进后的浇注工艺：铸型的下部设置一个环形的浇注通道（相当于横浇口），从每个叶片的下部设置缝隙浇口与环形通道相连（如图6-6的Ⅲ所示）用该工艺浇注的叶轮产品，个个叶片均饱满，而且砂（气）孔少，产品的整体质量获得很大提高，而且稳定。

图6-6　叶轮浇注工艺示意图

案例7　负压实型铸造导板箱塌箱缺陷的防止

生产条件及存在的问题　导板箱铸件的结构见图6-7。材质为ZG270-500，是大型轧钢厂1100轧机60kg/M重轨4孔出口导板箱，重750kg。负压实型铸造工艺见图6-8，采用底侧式立浇，内浇道从底侧两端进入，顶部每侧设1个冒口补缩，为防止变形，设拉筋3道，挂涂料2遍，涂料厚度1.0～1.5mm，为防止底部凹处转角部位埋箱时干砂震不实，在涂料烘干后埋箱前，在该处填水玻璃砂，CO2吹硬后埋箱，埋箱砂为20～40目硅砂。浇注时，负压控制在0.035～0.045MPa，浇注温度为1540～1560℃。塌箱部位见图6-8B区。

图6-7　导板箱铸件结构

解决措施　从图6-8改进前工艺可见，金属液进入铸型后的充填过程是：先充填A区，然后通过B区充填C区，待C区充满后，金属液才能沿B区上升继续充型，而在初始浇注阶段。在C区尚未被充满时，B区上方的消失模已部分被汽化，而此时没有金属液充填被汽化消失模的位置，形成空隙，在负压作用下使干砂坍塌，导致塌箱。

将内浇道的位置设在A区与C区底部，每侧两个内浇道，见图6-8改进后浇道位置。这样金属液既能平稳充型，又能使被汽化后的消失模的位置及时有金属液充填占据，使浇注速度与消失模汽化速度一致，防止了塌箱现象的产生。

图6-8　负压实型铸造工艺

案例8　精铸件跑火问题的消除

生产条件及存在的问题　200QJ32潜水泵导流壳如图6-9所示，叶片8枚，叶片包角100.8°，进水端（B处）窄而扁平。采用硅溶胶制壳工艺制作的不锈钢精铸件，流道清砂十分困难，采用碱煮、HF酸浸泡、高压水清砂等工艺措施，清砂效果均不理想。沿轴向从中心剖开铸件发现，流道内金属跑火。分析认为，流道型壳强度不足是流道金属跑火的真正原因。

解决措施　仔细观察铸件切割剖面，流道内金属跑火部位的型壳层很薄，流道内型壳最薄处仅有第一、第二层成功涂挂，由于导流壳叶片数量多，流道两端截面空间尺寸小，叶片扭曲大，且B端扁平而窄，致使涂料、撒砂十分困难，要解决流道型壳强度低的问题，必须解决涂料涂挂、撒砂难的问题。主要有以下几个方面。

（1）浇注系统的设计。模组与浇冒系统的设计很重要（图6-10），其主要优点如下。

①涂料方便，涂料沿流道曲线，从A端进，B端出，流道部位涂料涂覆完全，多余涂料沿流道从A端流出，避免涂料集结。

②撒砂容易，为保证型壳流道部位砂粒成功涂挂，前4层均用淋砂工艺，砂粒沿流道从A端进，B端出，基本杜绝流道内撒砂不到的情况。

③合金液充填平稳，便于设置冒口（C处），保证补缩通道，避免轮毂处产生缩松、缩孔缺陷。当然，对于脱蜡时液体模料的流出以及型壳干燥也极为有利。

（2）涂料配制工艺。涂料黏度是反映涂料性能的一个主要指标，黏度大，有利于提高型壳的表面质量和型壳强度，但过大易引起涂挂不均匀，产生涂料堆积现象，从而最终降低强度。面层涂料配制时，以武汉佳联产S-30型硅溶胶，澳大利亚产280目锆英粉为例，根据铸件的尺寸大小、流道的复杂程度，选择粉液比在3.2～3.8之间，对于轮廓尺寸较大、内孔尺寸也较大的简单零件粉液比取上限，而对于结构复杂的如流道类件，其他异型类件粉液比取下限。

（3）制壳及型壳干燥工艺。制壳时，砂粒与涂料结合使型壳具有足够的常温和高温强度，根据该导流壳制壳的生产和试验可知，砂粒在具有足够的耐高温性能的同时，还必须具有良好的圆整度，以保证撒砂效果。

型壳的干燥效果将直接影响型壳的常温和高温强度，一般认为型壳干燥越彻底，即水分去除率越高，型壳强度越高。为保证流道内型壳充分干燥，必须相应延长各层的干燥时间，并进行强制干燥，主要采取加大流道内的空气流动速度，包括增大干燥室与外界的空气对流和加快干燥室内的空气对流速度，以便使流道内外干燥时间尽可能接近，防止型壳外面太干、流道内太湿的问题，由于各层干燥部位不同，故各层干燥时间也不同。

图6-9　200QJ32潜水泵导流壳剖面图

图6-10　导流壳浇注系统设计示意图

案例9　压力铸造中欠铸产生的预防

生产条件及存在的问题　欠铸是指压铸件成型过程中，某些部位填充不完整（或凹陷、或壁薄、或露出嵌装件等）。严重的欠铸将造成压铸件直接报废。根据多年的检验记录统计，欠铸产品占不合格压铸件的50%以上。

解决措施　欠铸产生的原因如下。

（1）压铸机压力不足。按照产品的特征购置相应的压铸机后，如果压铸机不能保持相应的压力，将直接产生欠铸产品。

（2）金属液在模具内浇口速度不够。金属液在内浇口速度决定了金属流在型腔内的动能大小，金属流能量充足，则填充完全；反之，则形成欠铸。内浇口速度不够可以调节内浇口截面积的大小。但是内浇口速度太高，金属流则会形成喷雾，使铸件表面形成麻点，严重的形成气孔铸件。

（3）模具的排溢系统设置不当或太小。压铸时型腔内的气体、废料等不能及时排入排溢系统，而在型腔内形成阻碍，阻止了金属流的成形。

（4）压铸模温度低、浇注合金温度低。金属流在流动中受冷模激冷并快速冷却，来不及形成完整铸件造成欠铸。

（5）涂料用量太多或喷涂、刷涂不当造成局部涂料沉积，阻碍多股金属流充型。同时大量涂料也有激冷的作用，将阻碍金属流的正常流动。

（6）浇料量不足，操作工人舀料时，用量不足以填满型腔。

综上所述，产生欠铸的原因是多方面的，从设备、模具到操作工人，牵涉的面比较广。但在实际生产中，很多原因都是可以避免的。为了减少欠铸产品的出现，首先必须提高操作者的技术水平和管理者的素质，培养认真的工作态度和作风。其次还应注意以下几点。

①安排机修工巡查压铸机压力表，防止突发事件的发生（如漏油、油阀破损等）。并及时维修和检查，保证压铸机压力的稳定。

②检验部门要把好模具检验关。新模具投入使用前，除必要的尺寸检验外，还要检验新模具的结构是否合理。建议新模具正常使用前，试压一周，并合理调整模具结构。

③制定严格的压铸工艺规程，要求操作工人严格按规程操作。

④加强操作工人的技术培训工作，努力提高操作工人的操作技能和素质。