摘要：介绍了硫化机球铁真空罩的铸造工艺，包括浇冒口系统的设计、排气系统的设计、过滤及激冷系统的设计，阐术了采用变径陶瓷管及成型芯筒的生产工艺要点，彻底解决了铸件缩孔、缩松及气孔缺陷，提高了铸件成品率，降低了生产成本，取得很好的经济效益。
关键词：球墨铸铁；硫化机真空罩；变径陶瓷管；成型芯筒；缩松及气孔
目前市场上广泛应用橡胶成型真空硫化机生产精密复杂橡胶件，采用高负压真空罩设计，合模前将真空罩内的空气抽净，使橡胶料在真空状态下依模具形状成型，然后硫化。真空成型硫化提高了模具的的排气能力，提高了橡胶件的成型能力和生产效率。其中真空罩是其设备的关键部件，密封性能要求好，可靠性要求高，铸件的内在和外观质量要求高，不允许有砂眼、气孔、缩孔缩松、夹渣等铸造缺陷。
1 铸件结构及技术要求
真空罩的结构如图1所示，为箱体类结构。铸件材料牌号为QT500-7，铸件净质量218 kg，最大轮廓尺寸1085 mm×855 mm×558 mm，平均壁厚为15 mm，最大壁厚为50 mm，要求铸件在铸态下达到使用性能。上圆孔内及下端面加工槽内，要求密封性能好，不允许有缩松、气孔、夹渣等缺陷。
铸件要求的化学成分为：w（C） 3.6%～3.7%，w（Si）2.5%～2.6%，w（Mn） 0.35%～0.45%，w（P）≤0.06%，w（S）≤0.02%，w（Mg） 0.03%～0.05%，w（RE） 0.01%～0.02%。力学性能要求为：抗拉强度≥500 MPa，屈服强度≥320 MPa，伸长率≥7%，硬度170～230 HB。
图1 铸件结构
2 原生产工艺及存在问题
2.1 原工艺
采用呋喃树脂砂造型制芯，中底注大方口密封面朝下、爬芯扁浇口无冒口铸造工艺[1]。设内腔整体砂芯1只，侧耳砂芯2只，4只导柱孔自来成型，侧圆柱搭子侧活块。直浇道穿过中间整体砂芯，横浇道及内浇道分布于砂芯芯头处。设上圆口圆柱底面放置厚度为50 mm环形成型冷铁6块。
采用半开放式注系统[2]，浇道截面积之比为F直∶F横∶F内=1∶1.6∶1.3。中底注浇注铁液质量为278 kg，取铸件的浇注时间为30 s，根据魏兵大孔出流理论[3]计算，内浇道总面积为37.5 cm²，设4道爬芯内浇道，截面尺寸为76/80 mm×12 mm；设4道横浇道，截面尺寸为30/35 mm×35 mm；直浇道截面尺寸为ф60 mm。
铸件上表面设4个扁形排气冒口片，其尺寸为上口100 mm×25 mm，下口80 mm×12 mm，并加放尺寸为ф60 mm/ф100 mm×150 mm的圆形溢流冒口圈。采用4片75 mm×75 mm×20 mm垂直放置的直孔陶瓷过滤片过滤铁液，铸件冷却保温时间控制在6 h。
原铁液化学成分为：w（C） 3.75%～3.85%，w（Si）1.4%～1.5%，w（Mn） 0.35%～0.45%，w（P） ≤0.06%，w （S） ≤0.025%，。严格控制生铁、废钢等原材料中反球化元素，如Ti含量，防止球化衰退和不良。采用普通冲入法（三明治）球化处理方式，应用中BaSi高效孕育剂覆盖+出铁孕育，孕育剂量为0.6%～0.7%，浇注随流0.3～0.8 mm的BaSi孕育剂[4]，加入量0.1%。球化剂选用ZX-1珠光体低稀土镁硅铁合金球化剂（Mg6Re2），加入量1.2%～1.3%，浇注25 mm的单铸试块。浇注温度1 350～1 380 ℃，浇注时间25～35 s。具体工艺方案如图2所示。
图2 原工艺
2.2 存在问题
采用中底注爬芯铸造工艺，虽然铸件充型浇注效果较好，但铸件属于箱体类结构，型腔主体砂芯较大，质量大，用砂量大，而直浇道穿过砂芯，浇注时产生的发气量大，砂芯排气不畅通，铸件上表面及加工密封面易产生气孔缺陷。且浇注系统设计较为繁琐，工艺出品率较低，生产成本较高。
上圆口圆柱底面（非加工面）放置环形成型冷铁，激冷不到位，未起到很好的激冷效果，从而导致真空罩加工密封槽内缩松废品高。总计由缩孔缩松及气孔、夹渣引起的铸件废品率高达40%～50%，工艺出品率78.4%。
3 工艺改进及生产验证
3.1 改进方案
采用呋喃树脂砂造型制芯，侧底注变径陶瓷管无冒口铸造工艺[1]。设内腔整体砂芯中空，成型芯筒作芯骨，成型芯筒采用8 mm钢板焊接制作，方筒+圆筒，成型芯筒放置于芯盒定位中心，并按要求放置环形成型冷铁4块，间距为30 mm，舂砂制作中空砂芯。
浇冒口系统设计。采用半开放式浇注系统[2]，浇道截面积比仍不变为F直∶F横∶F内=1∶1.6∶1.3。侧底注浇注铁液质量为258 kg，取铸件的浇注时间为30 s，根据魏兵大孔出流理论[3]计算，内浇道总面积为37.5 cm²。设3根ф40 mm陶瓷管，其中ф40 mm变径陶瓷管3根（变径尺寸100 mm×12.5 mm）；直浇道截面尺寸为ф60 mm，选用ф60 mm陶瓷管，横浇道截面尺寸上型为70/85 mm×50 mm，下型为70/85 mm×40 mm。同样在铸件上表面设4个扁形排气冒口片，其尺寸为上口100 mm×25 mm，下口80 mm×12 mm，并加放尺寸为ф60 mm/ф100 mm×150 mm的圆形溢流冒口圈。采用变径陶瓷管，可减少铁液流量集中过热，减小铸件接触热节。
排气系统设计。加强铸型及砂芯的排气，设内腔整体砂芯中空，吃砂量保持80～100 mm，成型芯筒钻通气孔，保证砂芯出气畅通，防止铸件产生气孔缺陷。中空砂芯合箱时垫封箱条密封到位，保证与上型出气畅通，防止砂芯出气进铁液，造成铸件内跑火报废。合箱前砂芯及铸型冷铁处要烘干到位，减少发气量，防止铸件呛火。
过滤及激冷系统设计。改直孔陶瓷过滤片为泡沫陶瓷过滤片，提高铁液的过滤效果[5]，设100 mm×100 mm×20 mm泡沫陶瓷过滤片2只，保证足够的铁液过滤量。
图3 改进工艺
加强铸件厚大热节处冷却，特别是上圆口侧圆柱密封面处的激冷，取消底面环形成型冷铁，设厚度为30～50 mm环形成型冷铁4块，防止铸件产生缩松缩孔缺陷。具体工艺方案如图3所示。
3.2 生产验证
采用底注陶瓷管无冒口铸造工艺，泡沫陶瓷过滤浇注技术，优化浇冒口系统设计、排气系统设计、过滤及激冷系统设计，净化了铁液质量，浇注铁液平稳，铸型砂芯排气畅通，铸件热节激冷到位，消除了铸件缩孔缩松及夹渣、气孔缺陷，提高了铸件成品率，降低了生产成本。工艺出品率达84.5%，铸件合格率达到98%。
采用成型芯筒制作中空砂芯，操作简便，且可重复使用，减少了树脂砂的用量，砂芯质量减少了60%，由原来的450 kg减少到180 kg，并减少砂芯的发气量，防止铸件产生气孔缺陷，清理出砂容易，降低了生产成本，收到了很好的效果。
4 结论
(1) 对硫化机真空罩的铸造工艺进行改进，采用底注陶瓷管无冒口铸造工艺，泡沫陶瓷过滤浇注技术，优化浇冒口系统设计、排气系统设计、过滤及激冷系统设计，净化了铁液质量，浇注铁液平稳，砂芯排气畅通，铸件热节激冷到位，消除了铸件缩孔缩松及气孔、夹渣缺陷，保证了铸件质量，提高了铸件成品率，降低了生产成本，取得了很好的技术经济效益。
(2)现树脂砂造型生产铸件已普遍应用成型耐火陶瓷管制作浇注系统，其工艺设计简单，操作灵活方便，浇注可靠性高。普通成型或异型耐火陶瓷砖管由专业生产厂家制作。根据铸件的结构特点及工艺设计要求，需要采用变径异型陶瓷管，而使用变径陶瓷管的优点是随形设计内浇口，使用方便简捷，减少铁液流量集中过热，减小铸件接触热节，防止铸件产生缩孔缩松缺陷，此工艺值得推广应用。
图4 铸件毛坯
(3)树脂砂造型制芯，要根据铸件的结构和特点，优化工艺设计，在保证产品质量的前提下，节约树脂砂用量，尽量减少砂铁比，保持较小的吃砂量，采用专用工装、砂箱及特种措施，降低生产成本。根据真空罩铸件的结构和特点，采用成型芯筒制作中空砂芯，操作简便易行，且可重复使用，减少了树脂砂的用量，减少砂芯的发气量，防止铸件产生气孔缺陷，清理出砂容易，降低了生产成本，收到了很好的效果。
