关键词：动梁；铸造方法；浇注系统；铸后处理；铸件产品
沈阳铸锻工业有限公司为大连某公司生产压机配套产品，动梁是其中最主要的铸件产品。接到生产计划后，技术部联合车间不断研究，最终生产出了完全符合厂家技术标准的要求，为以后生产此类铸件产品积累了宝贵的生产经验。
1生产支臂技术条件
1.1产品概况
动梁本体：13450kg，化学成分为ZG20MnMo，钢号ZG20MnMo，含C量0.17%～0.23%，含Mn量1.10%～1.40%，含Si量0.20%～0.40%，含P量0.030%以下，含S量0.030%以下。机械性能：抗拉强度≥490MPa；屈服强度≥295MPa；延伸率≥16%以上；冲击值39。
1.2要求的生产条件和方法
（1）动梁需要进行正回火热处理，以消除应力，同时提供热处理曲线，包括升温曲线、冷却温度、时间进度等；（2）铸造过程中，强烈要求严格进行质量控制；（3）内表面要打磨成更加光滑的表面。
1.3铸件表面质量要求
（1）铸件表面经过热处理后应平整光洁，不准有裂纹、缩孔、粘砂等缺陷；（2）铸件不得有影响强度之缺陷；（3）铸件表面质量要符合提出要求的标准范围之内。
1.4试料
动梁要带试料，试料要附在本体上，要与本体同炉进行热处理，试料的机械性能符合JB/T5000.6-2007提出的标准。
2工艺方案的拟定
2.1铸造方法的选择
铸造方法的选择在此不再详述。
2.2工艺方案的选择
（1）浇注位置：为了得到高质量的铸件和方便操作，采用正常的浇注位置。此浇注位置便于下芯、排气、利于补缩，便于操作。（2）分型面：分型面的选择是与浇注位置的选择密切相关。确定了浇注位置之后，即可按浇注位置的选择原则来选定分型面，此件选大平面作为分型面，便于操作、检验，易保证各部尺寸的准确，木型采用实样木型，便于起模。
2.3造型材料
为了达到尺寸准确、表面光洁的技术要求，为了确保检测的技术要求，选用碱酚醛自硬砂造型。
3工艺参数
3.1缩尺
缩尺是为了保证铸件冷却由液态到固态后尺寸符合图纸要求，而在制作木型时应进行适当的放尺。缩尺是根据铸件的线收缩率来确定的，而铸件的线收缩率又直接与铸件的材质、结构、收缩时的受阻情况、造型方案、造型用砂等有关。根据支臂的具体情况，缩尺定为1.8%。
3.2加工余量
加工余量是铸件在机械加工时去掉的一层金属的厚度。加工余量的大小取决于铸件的最大尺寸、加工面间的距离、加工面与加工基准面的距离、铸件的尺寸精度、浇注时加工面的位置。此件上面取加工量25mm，下侧面取20mm。
3.3工艺补正量
由于动梁造型时，中间芯子不准用铸工顶固定泥芯，故只能通过吊梁挂芯，所以大芯子内芯铁必须牢固、可靠，这就要使芯子的收缩应力增大，考虑到这种情况在相应部位设置了工艺补正量。
3.4拔模斜度
为了在造型时易于起模，而在模样的立面上给出一定的斜度。此件下面组一层芯，实样按木型操作规程守则留出拔模斜度。
3.5分型负数
由于铸型上、下型之间合箱后不严密，为防止跑火，合箱时要在分性面上放石棉绳。这样一来，就增加了型腔的高度。为了保证铸件尺寸符合要求，在模样上必须减去相当的高度，此高度尺寸即为分型负数。分型负数的大小，与铸件的尺寸有关，即与分型面的大小有关，与使用的型砂性质有关。分型负数定为3mm。
3.6涨箱系数
铸件在浇注时，由于钢水压力大，而型砂在受热后变软、分解，被高压钢水向后推，使铸件涨箱，在考虑毛重时，应将此数值加入。涨箱系数与铸件高度，壁厚和所用的造型材料有关，此件砂箱结合地坑实样造型，四周废砂撞平，涨箱系数定为5%。
3.7芯子
芯子是用来形成铸件的内腔，有时也用来形成较为复杂的不易起型的外皮。此件实样造型，中间出芯。
4浇注系统的设计及计算
4.1浇注系统的设计
浇注系统直接影响着铸件的质量，很多铸造缺陷，如包砂、夹杂物、浇不足、裂纹等缺陷，多与浇注系统不合理有关，所以铸钢件的浇注系统应设计合理，要保证钢水平稳地进入铸件型腔有合理的注入位置，保证钢水的顺序凝固。此件高500mm，为使钢水平稳的进入铸型，采用侧面一层水口，浇注时钢水由内浇口进入型腔，内浇口六道，此浇注系统达到了注入位置合理，钢水能平稳地进入铸型且造成了趋向于冒口的温度梯度，有利于钢水的顺序凝固，有利于铸件的内部质量的提高。
4.2浇注系统的计算
浇口各部分截面尺寸恰当，减少钢水的消耗，并有恰当的上升速度。此件毛重15.2吨，钢水总重25.4吨，需要一包浇注。（1）包孔直径￠70mm×2，总截面积为7693mm2；（2）直浇口2个￠120mm，总截面积为22608mm2；（3）横浇口一道￠100mm，总截面积也应为7850mm2。因为直浇口均匀进入横浇口同时向两个方向流去，只能扩大其面积；（4）内浇口6个￠80mm，总截面积为30144mm2；（5）浇注系统的截面积之比为：包孔∶直浇口∶横浇口∶内浇口＝1∶2.94∶1.02∶3.92；（6）钢水在型腔中的上升速度计算如下：t＝Q/nq（s）＝15200/（120×2）＝63.3s。式中：t为浇注时间（s）；Q为铸件重量（kg）；n为注孔数量（个）；q为钢水的流量（kg/s）。包孔直径（mm）60时，q（kg/s）取90；包孔直径（mm）70时，q取120，包孔直径（mm）80时，取150，包孔直径（mm）100时，取150。V＝H/t＝500/63.3＝7.9（mm/s）式中：V为钢水在型腔中的上升速度（mm/s）；H为铸件的高度（mm）。
4.3分析
此上升速度可满足应用碱酚醛自硬砂生产大型厚壁铸钢件时钢水在型腔内上升速度的工艺要求。浇注时，待钢水上升至冒口内1/3高度时，在冒口内加足够量的高效覆盖剂。此浇注系统对碱酚醛自硬砂造型的动梁是比较适合的，它能使钢水以最短的时间、最快的速度充满型腔，减少钢水对型腔的烘烤时间，避免由于掉砂、起皮等因素而使铸件产生砂眼、粘砂、夹渣等铸造缺陷，另外由于内水口面积大、分散，有利于钢水热量的分散，避免局部过热，引起局部缩松等铸造缺陷。
4.4冒口
钢水浇注时从液态状态下经过降温直到凝固完了的全过程中，要发生体收缩。在收缩过程中，需要适当的钢水补缩，否则铸件将产生缩孔和缩松，冒口就是用来盛装钢水补缩铸件而设置的。为了形成铸件向着冒口的顺序凝固，有时采用内冷铁和外冷铁来控制，冒口高度设计以冒口内的金属液能保持较高的热量和压力为原则。动梁的冒口设置遵循了下列原则：（1）冒口设在铸件最后凝固的部位，即铸件的最高部位，以造成顺序凝固的条件；（2）冒口设在铸件浇注位置的上部，便于设置并提高了补缩效果；（3）冒口采用圆形和集中的大冒口，以提高其补缩效果。
5铸后处理
5.1气割与补焊
ZG20MnMo材质属合金钢，为了防止产生裂纹，切割冒口以后马上进到热处理炉中进行热处理。小的局部缺陷可局部加热补焊，补焊后要进行回火处理（温度为580oC），以消除应力。所用焊条为结J506或J507。
5.2热处理
根据技术要求，铸件要进行正、回火处理：图1此件在热处理时，第一个阶段时消除铸造应力和改善铸态组织性能的退火处理，在切割冒口之前进行，它的作用是在切割冒口时避免出现裂纹。消除缸体在缺陷处理过程中组织应力，保证缸体在正、回火后得到满足技术要求的综合机械性能。曲线的第二、三阶段是正、回火处理，在气割掉冒口后进行。风冷的目的是为了加强冷却速度，此阶段是得到合格的各项性能指标的根本保证。
5.3对操作及夹具的要求
（1）检查来件的标识和表面质量；（2）放平、垫实、加热要均匀。火焰不能直射铸件表面，均匀加热；（3）控制升温、冷却速度，做好操作记录。
5.4对缺陷处置
动梁作为大型铸钢件，由于铸造过程复杂，出现质量问题后的缺陷处理十分重要，同时也是保证缸体质量的重要手段。具体处理方法规定如下：（1）表面缺陷用砂轮磨光，经磁粉探伤检查无裂纹等铸造缺陷后进行补焊，内部缺陷在预热温度大于200℃的条件下用气割方法清理缺陷，并用砂轮磨光，经磁粉检查合格后施焊；（2）补焊时整体预热，并在施焊部位加热保温大于200℃；（3）焊修后缺陷部位及时保温处理，盖石棉板等，整体施焊后，入炉中进行补焊后的去应力处理；（4）去应力处理后的铸件，重新用砂轮打磨精整达到同整体表面一致，并重新进行磁粉及超声波探伤检查。
6结语
生产动梁时，主要是通过借鉴相似材质的工艺参数及以前生产过类似的铸钢件经验，在生产过程中，对木型质量要求特别高，表面必须光滑，做出圆角，不涂漆，刷脱模剂；要有良好的起模吊具；检测过程中，探伤合格、机械性能、NDT和力学性能达到了的要求；在铸造产品后，没有不良的质量后果。总之，通过设计选择动梁的工艺方案，通过生产实践验证了工艺，证明了这次工艺是切实可行的。这一实践不仅提高了沈阳铸锻工业有限公司铸件工艺方案的设计水平，还成功地完成了客户的配套生产任务。
作者:王重鑫 单位:沈阳铸锻工业有限公司
参考文献
[1]李庆春．铸件成型理论基础[M]．北京：机械工业出版社，1982．
1）铸造收缩率。考虑到客户明确要求材质上添加Cu合金，宽、高方向选用1%的缩尺，长度方向选用1.2%的缩尺。2）机械加工余量。参照客户要求所有加工面的加工余量在4mm~10mm范围内，导轨面、轴孔在发运前要进行粗加工，确定铸件导轨和轴孔的加工余量12mm，其余加工面的加工余量按照10mm制作。3）尺寸精度。在无特别指定情况下，拔模斜度、长度尺寸公差及壁厚尺寸公差参照顾客规范和公司内部规范制作。结构牢固、合理，尺寸、形状稳定精确，表面光洁，不变形[1]。对于影响铸件起型（芯）处均要求做成活块，且要求不允许出现尖角料，所有活块必须做标识，安装起型装置。
2造型材料
砂型、砂芯无特殊要求全部使用呋喃树脂砂。涂料下型外观芯采用喷涂方式，内腔芯采用流涂方式，易粘砂内腔部位采用先刷一遍涂料，后流两遍涂料的方式，其涂层厚度为0.5mm~1mm，且要求刷涂后的表面光滑均匀。涂料在每刷一遍后用明火点燃（醇基），使其自然干燥，每流涂一遍用煤气烘烤（水基），使其自然干燥，组芯合箱后再使用烘箱烘烤型腔。制芯时，轴孔芯、易粘砂部位采用铬矿砂。
3浇冒口系统
3.1浇注系统
浇注系统选择开放式：遵循快速充型原则（浇注时间短）和内浇口处低流速原则，多采用全开放、多点分散浇注方式，使铸型温度均匀，从而降低了铸件局部出现过热，降低了铸件出现冲砂、粘砂等缺陷。树脂砂铸铁件浇注时间可由下式确定：t=22.6×W（/ρ×S×fv×h12）（1）式中：t—浇注时间，s；W—浇注重量，3490kg；ρ—铸铁密度，灰铁件~7.0，kg/cm3；fv—速度因子（根据浇注系统类型确定）；底注：fv=0.5；h—静压头：100cm；S—阻流断面面积，43.5cm2；计算得：t=51.8s.直浇道：80mm，直浇道面积50.24cm2；横浇道：（65+80），85×2mm，横浇道面积127.5cm2；内浇道：12×35（mm）；4×25（mm），内浇道面积135.02cm2；直∶横∶内=1∶2.5∶2.7内浇口理论平均流速：V内=0.85m/s，可以实现在内浇口流速低的情况下快速充型。为验证上述计算结果的正确性，通过MAGMA软件做充型和温度场分析，结果见图4、图5，充型速度与理论计算基本一致，模拟充型时间为45s，理论计算为51.8s.从MAGMA模拟出的温度场结果来看，内浇道的开设比较理想，温度场分布均匀，基本上可以实现同时凝固，如图6、图7所示。
3.2冒口设计
此产品属于灰铁、薄壁机床铸件，厚大断面处于浇铸时的下型，不存在特殊的补缩要求。因此，铸造工艺上设计的冒口，主要是以排气畅通为主。按1.5S阻流截面积≤S排气截面积≤4S阻流截面积原则，设计冒口排气面积。
4浇注熔炼要求
1）化学成分控制目标。在满足顾客材质的化学成分和力学性能要求的前提下，根据公司内部配料规范，严格控制化学成分。2）熔化、浇注过程温度及时间控制。熔炼出铁温度控制到1460℃～1500℃；浇注温度控制到1380℃～1400℃；浇注时间控制到50s～60s；3）熔炼材质变质处理。采用包内孕育、孕育槽孕育和浇口盆孕育相结合的方式对铁液进行变质处理。
5结论
本文拟生产的马氏体不锈钢叶轮材质为ZG1Cr13Ni。该材质浇注温度高，砂型铸造易产生表面粘砂；由于缩性大，极易产生缩松、裂纹和晶粒粗大等铸造缺陷；此外，其冷裂倾向也较严重。图1和图2分别是马氏体不锈钢叶轮毛坯尺寸和三维实体。由图可见，该铸件属于结构复杂件，一方面是壁厚不均匀，厚壁和薄壁之间尺寸相差较大，补缩、收缩应力等问题需在工艺设计时特别关注；另一方面是存在各种曲面，而且曲面处壁厚极不均匀且相对较薄，因此，工艺设计时要充分考虑保证充型的完整性。根据叶轮铸件的结构特点，本文选择了两箱造型法，并将铸造分型面设置在叶轮中间部位，分型面位置见图3。铸件顶端壁厚较厚，应考虑在该位置添加冒口。铸件的凝固时间取决于它的体积V和传热表面积A的比值，其比值称为凝固模数。
2叶轮铸造工艺设计与优化
2.1马氏体不锈钢叶轮铸造工艺模拟分析
采用有限元分析软件对铸造工艺进行模拟，铸件模型选择的材料为马氏体不锈钢，砂箱模型选择的材料为树脂砂，铸件与砂箱之间的换热系数为500W/（m2•K），浇注温度为1560℃，充型速度为42kg/s，浇注时间为27s，热传递方式为空气冷却，设置重力加速度为9.8kg/s2，初始条件为金属液温度1560℃、砂箱温度25℃，运行参数采用默认设置。叶轮充型过程模拟结果见图5。可以看出，金属液充满浇道，整体充型平稳，见图5a。当浇注完成后，铸型内腔全部被充满，不存在浇不足现象，见图5b。模拟结果表明，该铸件的铸造工艺设计方案保证了浇注过程的平稳性，也保证了铸件形状的完整性，说明浇注系统设计合理。图6为铸件浇注265s后透视状态图，可以发现，叶轮下端圆环、分型面中心部位交界处存在缩孔，且个别叶轮侧冒口底端存在封闭的高温区间，该位置也可能出现缩孔。由此可见，该工艺设计方案在保证铸件补缩方面还存在设计不足。因此，原设计方案必须改善冒口设计，或者采取必要的工艺补救方案。
2.2工艺优化
针对初始设计工艺所出现的缺陷问题，对叶轮铸造工艺进行优化。考虑在叶轮底端圆环和叶轮中心位置出现的缩孔，我们分别在叶轮底端加入圆环形冷铁，在叶轮中间部位六个侧冒口之间加设楔形冷铁。改进后叶轮铸造工艺图如图7所示。对改进后的工艺方案进行模拟，工艺改进后的叶轮充型模拟结果。当充型开始14s时，充填部位型腔内金属液完全充满浇道，充型平稳，没有明显飞溅，见图8a，说明浇注系统设计仍能保证充型的平稳性；图8b是充型至27s时（充型完毕）的状态图，可以看出，金属液已完全充满型腔，型腔内不存在浇不足等缺陷。
3结论
（1）不锈钢叶轮铸件选取阶梯式浇注方式和开放式浇注系统，可以保证铸件充型过程中金属液的平稳性及充型后的铸件形状完整性。
（2）不锈钢叶轮铸件直接采用明冒口和暗冒口不能完全防止铸件内产生缩孔与缩松，当冒口与冷铁配合使用时可以消除缩孔与缩松。
1.1生铁中磷含量对曲轴疲劳强度的影响对于球墨铸铁炉料而言，其中的生铁成分、回炉铁成分以及废钢中的磷成分在铁水熔炼过程当中会以恒定量的方式得到保留。同时，过量的磷成分多富集于晶界，主要表现形式为二元磷共晶或者是三元磷共晶。无论其表现为哪种形式，都具有脆性相的特点，由此会导致球墨铸铁的塑性指标明显降低，最终诱发曲轴的早期断裂。已有研究中对发生断裂问题的曲轴进行分析，分析结果显示：曲轴正火采用部分奥氏体化工艺，通过此种方式获得铁素体组织（此类铁素体组织多为破碎形态）。但从断轴分析的角度上来说，此部分检出的磷成分含量多在0.07~0.10％范围内。通过疲劳试验所得出的结果反映，该曲轴正常运行工况条件下的疲劳强度极限值仅为8050.0kg•cm，无法满足设计要求。其原因在于曲轴制造使用了本地生铁作为的球铁炉料。在取消该环节后曲轴质量自然可得到提高。
1.2铸造缩松对曲轴疲劳强度的影响已有研究资料中报道某厂曲轴曾大量出现断裂问题。从曲轴外观上观察得知，导致断裂的主要原因是在曲轴连杆轴颈位置有铸造缩松问题，且肉眼可见。分析其成因是：在冷铁供应存在问题的条件下，曲轴造型省略了补缩所使用的冷铁。在恢复冷铁工艺后，曲轴铸造缩松问题得到了圆满的解决。由此可见，铸造缩松对于曲轴疲劳强度的影响是非常显著的。
1.3黑色带层及灰斑对曲轴疲劳强度的影响在常规工艺条件下，球墨铸铁曲轴断口多呈现出灰色或银灰色，曲轴本体以及抗拉试棒断口同样应当有此类表现。对于黑色带层问题而言，其主要是受到灰斑在疲劳试验曲轴轴颈往复式运动的影响而形成的，而灰斑的产生则主要是受到了铁水中硅偏析的影响。以往研究中在对某批次球墨铸铁曲轴进行疲劳试验的过程当中发现曲轴断面出现了异常的黑色层以及灰斑。虽然此种问题在球墨铸铁曲轴中相对比较少见，但同样属于内部缺陷的一种表现形式，此问题的出现导致了曲轴疲劳强度受到不良影响，有黑色带层或灰斑问题的曲轴在正常使用过程当中可能提前出现疲劳裂纹，导致抗疲劳强度的下降。
2热处理工艺对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响分析
2.1正火和中频淬火工艺对曲轴疲劳强度的影响已有研究中显示，对于球墨铸铁曲轴而言，在经过高温正火处理后，能够将其中所存在的游离状态渗碳体消除掉，从而能够起到调整基体中铁素体以及珠光体形态，以及两者构成比例的目的。通过这种方式，使球墨铸铁曲轴的综合力学性能得到了提升，促进了抗疲劳强度的改善。同时，在球墨铸铁曲轴制造过程当中，通过进行中频淬火处理的方式，能够使球墨铸铁曲轴表面形成具有一定深度的淬硬层，其对于改善曲轴自身耐磨性能有重要意义。但也有研究中认为：传统的非圆角淬火工艺下会导致曲轴淬火区与非淬火区交界位置产生失衡且反向的应力关系，并对疲劳强度造成不良影响。因此，在引入中频淬火工艺的过程当中，需要尽量选择圆角淬火工艺，达到满意的处理效果。
2.2等温淬火工艺对曲轴疲劳强度的影响在球墨铸铁曲轴的生产过程当中，通过应用等温淬火工艺的方式，能够使曲轴获得主要的贝氏体成分，同时还可形成一定的马氏体组织以及残余奥氏体组织，力学性能上具有较高的强度以及韧性水平。已有研究资料中报道，针对受到化学成分偏离影响而造成球墨铸铁曲轴疲劳强度的不足的问题，通过应用等温淬火工艺的方式，解决了曲轴在热处理上的质量问题。等温淬火工艺的应用除了对改善球墨铸铁曲轴疲劳强度水平以外，还对提高曲轴自身耐磨性有重要价值，由此也有效延长了曲轴的使用寿命，综合效益确切。
2.3氧氮化工艺对曲轴疲劳强度的影响从化学处理的角度上来说，在球墨铸铁曲轴的制造生产工艺中，通过对曲轴进行氧氮化处理的方式，能够使曲轴表面获得具有高氮特点的化合物层，同时还可形成具有饱和特点的氧扩散层。受到氧成分以及氮成分渗入的影响，使得球墨铸铁曲轴表面层的化学成分发生改变，与之相对应的显微结构也有了非常显著的提升趋势，曲轴整体的耐磨性能以及耏疲劳性能均得到了有效的改善。需要注意的一点是，对于经过氧氮化处理的球墨铸铁曲轴而言，其抗疲劳水平的提高很大程度上会受到氧化层扩散水平的影响，在氮化处理后快速冷却，并在扩散层中形成饱和固溶体，或是形成高水平的残余压应力都能够促进疲劳强度的提高。正是由于在氧氮化工艺处理下，曲轴表面能够形成较深的扩散层，故而对延长球墨铸铁使用寿命也有相当重要的意义与价值。
3结束语
1.1缸体铸件技术要求
S10缸体铸件材质为HT250，毛坯重约42kg，重量偏差按照GB/T11351—1989的MT8执行。缸体一般壁厚4+0.8-0.5mm，铸件尺寸公差按GB/T6414—1999的CT8，毛坯缸孔壁厚差要求加工余量要求：2.5mm±0.5mm。可见，缸体基本属于薄壁轻量化设计，且尺寸精度要求较高。铸造工艺设计时应主要考虑立浇工艺，并考虑冷芯为主，以保证其要求的精度。
1.2水套结构分析与措施
水套芯结构特点：①水套芯总高97.5mm，一般厚度5～8mm；②水套芯左端下部有特殊的异形结构。水套芯可能出现异形处变形、断芯，从而影响该处壁厚和尺寸；另外，该异形处存在清砂难度。因此，水套芯应采用强度较高的热芯；水套芯异形处应采用特殊涂料和工艺，以保证该处不发生粘砂和易于出砂。同时，选择底注立浇工艺方案，铁液平稳上升、平稳充型，对整个水套芯的冲击相对于卧浇工艺方案要小很多。
1.3油道结构分析与措施
S10缸体外形单侧有2根油道芯，两侧基本对称，共有4根油道芯。特点是：①油道芯细长，长度266mm，贯穿缸体上下面；②截面单薄，弯曲程度大，在浇注过程中易变形或断裂。因此，油道芯应采用较高强度的热芯；同时为防止和减少热变形，应选用高强度低膨胀的芳东覆膜砂。此外，选择底注立浇工艺方案对细长油道芯受铁液冲击相对于卧浇工艺方案要好很多。
2S10缸体铸造工艺设计
2.1立浇工艺方案选择
依据对S10缸体水套芯和油道芯结构分析，依据对立浇工艺和卧浇工艺在充型时水套芯与油道芯的受力分析，决定选用：缸孔朝上，底注立浇工艺方案。S10缸体铸件工艺如图9；砂芯构成如表4；水套芯和油道芯用芳东覆膜砂，见表5。水套芯异形处实施3层涂料：先刷一层锆英涂料，表干后水套芯整体浸涂水基石墨涂料，最后在异形处再刷锆英涂料。
3试制结果
采用前述工艺措施，按调整后的浇注系统，对热节的3个工艺方案均进行了调试。此外，经铸件解剖表明：水腔清洁，水套异形处光滑无粘砂；水套芯和缸筒芯形成的缸孔壁厚均匀，经检测缸孔壁厚差Δδ≤1.0mm；油道芯未发生断裂和漂浮，油道壁厚正常。对于热节处采用的3个方案，经外观检查和解剖，均未见缩孔和缩松缺陷。铸件经多次加工和加工后解剖表明：尺寸合格，壁厚正常。对热节处的3个工艺方案，为稳定和确保热节处无收缩缺陷，今后可优先选用无冒口的方案1，其次是另2个方案。
4结论
（1）S10缸体水套芯单薄，有异形结构；油道芯贯穿缸体上下平面，细长而弯曲。采用底注立浇工艺，铁液平稳上升，对水套芯和油道芯的冲击小。有利于防止水套芯受冲击变形，保证缸孔壁厚均匀；也有利于防止油道芯漂芯和断芯，保证油道壁厚正常。
（2）水套芯和油道芯设计为热芯，并选用含较大比例宝珠砂的高强度低膨胀的芳东覆膜砂，有利于防止在高温铁液作用下因膨胀而发生的变形，有益于保证缸孔壁厚均匀和油道壁厚正常。水套芯异形结构处实施3层涂料，使不易清理的该处光滑洁净无粘砂。
（3）铸件热节分析计算表明，需要强补缩。按冷铁覆盖面积≥热节散热面积的16.7％的原则，设计的3个工艺方案，试制结果均无收缩缺陷。
差压铸造工艺的过程依次为：升液、充型、结壳、增压、结晶保压和卸压。（1）同步压力该压力是指在差压铸造工艺过程中上密封罐与下密封罐压力相同时的压力，取为0.65MPa。（2）升液速度与充型速度升液速度为金属液在升液管中上升的平均速度，其大小的选取需保证金属液上升平缓。充型速度为金属液在模具型腔中充型的平均速度，其大小的选取需防止金属液紊流的产生。取充型速度和升液速度分别为45mm/s、35mm/s。（3）升液压力与充型压力升液压力为可以使金属液上升至升液管管口处的压力，主要由升液管高度决定。充型压力为可以使金属液从升液管管口提升至型腔顶部的压力。由于金属液的流动阻力和粘度将在充型过程中快速增加，所以实际压差应比克服金属液重力所需压差适当大些。综合以上信息，为了使得铸造过程中具有合适的充型压力和升液压力，铸造的加压速度选为0.05MPa/s。（4）结壳增压压力与结壳时间为了不破坏结壳，同时保证增压补缩效果，可在结壳开始5s后进一步增加适当的压力，使得铸件壳层在较高的压力环境下进一步增厚，直至铸件凝固。这样便可保证铸件拥有完整的轮廓和良好的表面质量。（5）结晶增压压力在铸件结壳结束后，为了保证铝液能够继续对铸件补缩，在原有的结壳增压压力上，再增加适当的压力，使得铝液在该压力下完成结晶，该压力便是结晶增压压力。随着铸造的推进，铝液不断凝固，铸件补缩通道不断变小，铝液对铸件的补缩变得越来越困难。为了保证铝液能够继续经升液管流入铸型，对铸件补缩，必须在原有的结壳增压压力上继续增加适当的压力。这样不仅可以消除铸件可能存在的疏松和缩孔缺陷，还可提高其组织致密度，提高其力学性能。试验表明结晶增压压力越高，铸件的力学性能越好，但结晶增压压力增加得太大，将大幅提高铸造成本，综合考虑两方面因素，取结晶增压压力为0.01MPa。（6）结壳和结晶增压速度结壳和结晶增压速度分别指在铸件结壳和结晶过程中，增压压力建立的速度。为了保证结壳和结晶过程中压力快速建立，结壳增压速度取为0.015MPa/s，结晶增压速度取为0.035MPa/s。（7）结晶时间结晶时间为在结晶增压压力下，铸件凝固补缩需要的时间。该时间主要由连接升液管的横浇道的冷却凝固时间决定。在铸造试验中，通过确定浇道残留长度来确定铸件结晶时间。取浇道残留长度为50mm。（8）充型压差铸造过程中的充型压差ΔP由式(1)计算得出。式中：H为金属液充型过程中最低点到最高点之间的高度，mm；ρ为金属液的密度，g/cm3；K为阻力系数，K∈(1.0,1.5)，阻力越小K越小，阻力越大K越大。本铸造工艺充型压差为0.035MPa。（9）铸型预热温度为了保证涂料粘结牢固，铸型需预先加热至150℃左右。在喷完涂料后，铸型需进一步预热至200~250℃后，才可以进行浇注。（10）铝液浇注温度浇注温度过高将导致铝液结晶粗大，铸件内部组织疏松。浇注温度过低则会减小铝液充型能力，导致铸件产生冷隔和欠铸等缺陷，甚至产生浇注不足的问题。本铸造试验浇注温度取为700~720℃。
2铸造缺陷的预防
为了防止铸件出现铸造过程中较易发生的疏松和缩孔缺陷，将补缩暗冒口分别设置于铸件各个大热节处，使铝液可对其补缩。同时在模具不同位置喷涂冷却速度不同的涂料，从而保证铸件不同位置的凝固速度有利于铝液补缩。
3仿真与试验结果分析
3.1仿真结果分析充型仿真结果如图4所示。图5为铝合金舱门盖的凝固仿真结果。图6为仿真所得铸件横断面缩孔分布。铝液充型时间为2s，凝固时间为460s。铸件上部厚大部位无缩孔缺陷，缩孔缺陷均被引至冒口内。
3.2铸件试制及检测铸件剖面如图8所示。可以看出，铸件外壳完整，内部无缺陷。经力学性能测试可知，铸件抗拉强度320~330MPa，伸长率5%~6%。而采用低压铸造工艺所得铸件抗拉强度为290~300MPa，伸长率为4%~5%。由此可见，差压铸造工艺可获得力学性能更好的铸件。
4结论
铸造是材料成型与控制专业的一个重要的方向之一，也是促进本科生就业的一个重要的方向，《铸造工艺与设备》是铸造专业方向的主干课程，本课程讲授铸造工程师必备的工艺理论和基础知识，使学生了解和掌握铸件生产的过程；铸造工艺及工装设计的基础知识[1]；掌握铸造生产过程中铸造工艺理论和基本操作技能，促进知识向技能转化；对铸造生产的铸件进行具体设计。
1 该课程的现状
（1）课程体系不完整，该课所涉及的领域较多，必须先修完金属学、传热学、流体力学、材料力学、铸件凝固原理等基础课和专业基础课，才能很好的理解和学习铸造工艺学。也是铸造工艺学是一门理论性与实践性兼备的课程。例如，流体力学就没有这门课程，在学习《铸造工艺与设备》中相关浇道系统设计时，就要用到伯努力流体力学方程，就造成了学生的理解困难[2]。另外还缺少《合金熔炼与设计》课程。铸造专业方向作为材料成型与控制专业的方向之一，其专业基础课程和其它方向有其显著特点。需要抓紧铸造的课程体系建设，对本课程体系进一步的调研和调整。
（2）缺乏实验环节，目前实验室建设在初级阶段，没有专门的实验室及实验人员。铸造合金性能、造型材料检测、铸件无损检测、铸造CAE等实验都没有条件开展[3]。缺乏和理论课程相配套的实验。其中造型材料检测系列实验不仅是铸造方向必备，在科研上的应用也是相当好。
2 采取的措施
在当前教学条件极其有限的情况下，针对课程特点采取了一些措施。
（1）课程内容的选取。
课程的内容安排上，从工程实际出发，既保证理论内容的完整和严密性，又不拘泥于烦琐和枯燥的理论推导。按照从铸件工艺性分析到材料对工艺性影响因素的分析、从工艺方案选择到浇注系统设计、从现代铸件设计方法到工厂的铸造工艺设计、从传统的造型材料到现代造型材料顺序循序渐进安排教学内容，由浅入深，由简单到复杂，符合学生的认知规律[4]。
在教学内容上，根据最新科技发展状况及时加入一些新内容，转移侧重点，删除一些过时的内容，使学生能够及时了解和掌握实用的专业知识和本专业科学技术发展最前沿的动态[5]。将一些计算机模拟结果引进浇注系统和冒口的设计中。调整与其它课程的关系，避免内容上的重复，与整个教学体系融为一体。例如，在本课程的“金属-铸型的相互作用”的内容有大量的内容与《材料成型原理》的“凝固原理”里面的内容重复。把铸造工艺设计与工厂实际生产挂钩，挑选一些有代表性的实用零件进行工艺分析和设计。以工厂目前实践中应用的最具有代表性铸件为背景内容进行介绍，使得学生很容易掌握本专业设计前沿技术，同时也掌握工程应用中的一些非常重要的概念和结论。例如，将学生生产实习过程中（东风公司）看到的铸件为课堂实例进行讲解。
（2）建立铸造工艺资料库，为保证《铸造工艺与设备》课程以及课程设计、毕业设计的顺利进行，提高教学质量，提高学生铸造工艺设计能力，弥补铸造工程实践的不足[6～7]。在互联网上收集了大量的铸造工艺图片、视频，得到大量的工厂实际工艺设计实例，以及大量适合于铸造工艺设计的机器零件图，且可以满足学生毕业设计和课程设计的题目需求。
（3）建立网络学习环境，目前本课程的电子教案和电子网络课件进入“网络课程综合平台”上运行，学生可以在网上阅读和下载与教学相关的资料，同时也可以通过网络对学习中遇到的问题进行交流和讨论。今后将继续对本课程的网上资源进行补充和完善。
3 建议
为加强本方向的实践环节作以下建议：（1）加快引进具有高级职称的人才或者对年轻教师进行企业培训；铸造方向需要加紧人才引进。在适当的时候应该选派青年教师到重点高校或者企业进行专业性培训，使得在专业上得到更快的成长。（2）加快铸造工艺实验室的建设和规划；参与铸造工艺设计大赛，中国机械工程学会、中国机械工程学会铸造分会举办的“中国大学生铸造工艺设计大赛”，清华大学、华中科技大学、重庆大学等国内知名大学参与，有大量的硕士与本科生参赛，并且取得较好成绩。建议参与比赛，以压力铸造为主，结合“压铸工艺”课程、三维建模软件UG、AnyCasting计算机模拟软件，结合实际开发的压铸模具与工艺。
