2010年第4期Aug.2010№4铸造设备与工艺近年来我国铸造业发展迅速，产量已稳居世界第一，而且随着自动线的不断引进，我国铸造技术和水平也达到了前所未有的进步。
然而我国铸造业发展却极不平衡，大型、合资及少数民营企业由于其资金优势，多采用自动化方式生产；而大多数中小企业仍采用半自动和手工方式生产，生产方式和技术落后、单一，铸件质量水平总体不高。
尤其对大平面和不易补缩铸件缺少可靠的方法，有些厂家也简单采用了横浇竖冷的工艺方法，但效果不明显，究其原因主要是对垂直分型工艺不了解。
此外横浇竖冷的工艺方法不适合批量生产铸件，对厚大件而言也存在安全隐患。
1水平分型工艺和垂直分型工艺的特点1.1水平分型工艺的特点水平分型是传统的工艺方法，具有适应性强的特点。
浇注系统常用的分类方法有两种：一是根据各组元断面比例关系的不同，即阻流断面位置的不同，可分为封闭式和开放式浇注系统；另一是按内浇道在铸件上的相对位置不同，将浇注系统分成顶注式、中间注入式、底注式和阶梯式等几种类型。
封闭式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐缩小、其阻流断面正好是内浇道的浇注系统。
这种浇注系统在浇注开始不久各组元能迅速被金属液充满，故又称充满式浇注系统。
特点是有较好的挡渣能力，但产生金属飞溅而使金属液氧化加剧。
主要用于中小型铸铁件。
开放式浇注系统是指浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐加大、其阻流断面在直浇道上口的浇注系统。
其特点是充型平稳，但挡渣能力差，消耗的金属液也较多。
主要用于有色金属件、球墨铸铁件及漏包浇注的铸钢件。
半封闭式和封闭—开放式浇注系统兼顾了前两种的优点应用广泛。
1.2垂直分型工艺的特点垂直分型浇注系统中，金属液的充型静压头在铸型底部和顶部可相差几倍，如果在短时间内要求各层内浇道逐层接替地充满所有型腔（即像阶梯式浇注系统那样），势必造成每个型腔的充型速度太快，以及上下部位受热条件不一样，而使冲砂、气孔、粘砂（底部铸件）、浇不足（顶部铸件）等缺陷太多，因而要求在浇注过程中，所有型腔都能始终保持恒定的金属静压头（即各层内浇道的压头虽不同，但浇注的整个过程中不变化），达到各内浇道的流量相等，同时充满，以获得质量基本一致的合格铸件。
这样设计的浇注系统称为恒压等流量浇注系统。
设计时需注意以下几点：1）只有浇注过程中始终保持充满状态，整个浇注系统内金属的静压头才能稳定不变。
所以应采用封闭式，而不能采用开放式浇注系统。
2）不同高度的内浇道应有不同的断面积，以控制相同的浇注重量速度，让上下各层型腔几乎同时充型和同时充满，使铸型的受热条件和铸件的冷却条件都基本相同。
这样就可获得质量一致的铸件。
浇注时间应严加控制。
据经验，浇注时间的变化如果大于1s ，废品率大幅度地增加。
利用垂直分型技术生产高品质球墨铸铁件裴兵（安徽神剑科技股分有限公司，安徽合肥230022）摘要：作者根据多年的生产实践，分析了垂直分型工艺和水平分型工艺各自的特点，研究了垂分型工艺浇注系统和冒口的计算，重点讨论了垂直分型技术在实际生产中的应用，尤其是大平面和不易补缩铸件可利用垂直分型技术来弥补水平分型的缺憾，从而生产出高品质铸件。
关键词：垂直分型；生产；高品质；铸铁件中图分类号：TG255文献标识码：B文章编号：1674-6694（2010）04-0030-02收稿日期：2010-06-11作者简介：裴兵（1967-），男，硕士,高级工程师，从事铸造技术开发应用和管理工作。
·铸造工艺·铸造设备与工艺FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY2010年第4期Aug.2010№42010年8月30··2010年第4期铸造设备与工艺裴兵：利用垂直分型技术生产高品质球墨铸铁件（下转第38页）3）为保证浇注系统压力恒定、液流不紊乱，得到稳定的浇注速度，并能能排除主要的污物和熔渣，浇口杯应能容纳足够的金属液量，并在整个浇注过程中保持液面高度不变；浇口杯容积过大会过多地消耗金属，但太小又会导致金属外溢和严重的飞溅。
2垂直分型工艺浇注系统和冒口计算2.1浇注系统计算理论公式：V =2gH姨式中：V ———金属流速，mm/s ；g ———重力加速度，9810mm/s 2；H ———静压头，mm 。
实际公式：V=m 姨（1）式中：m ———摩擦因子，0＜m ＜1。
W=GT（2）式中：W ———金属流速率，kg/s ；G ———金属质量，kg ；T ———浇注时间，s 。
W=ρ×F ×V （3）式中：ρ———金属液密度，kg/mm 3；F ———浇道截面积，mm 2。
由式（1）、式（2）和式（3）得：G T=ρ×F ×V G T =ρ×F ×m ×2gH姨可以得出：F =G ρ×2g 姨×T ×m ×H姨（4）将ρ=6.89×10-6（kg/mm 3），g =9810mm/s 2代入式（4）可得：F =1036G T ×m ×H姨（5）式中：F ——浇道截面积，mm 2；G ———型腔金属重量，kg ；T ———浇注时间，s ；H ———静压头，mm ；m ———摩擦因子取值0～1。
2.2冒口计算凝固模数：M C =V A（cm ）式中：V ———厚大部体积，cm 3；A ———厚大部表面积，cm 2。
M R ≥K ×M C式中：M R ———冒口的凝固模数；K ———球铁取0.8～1.1。
冒口见图1，其尺寸见表1。
3垂直分型技术的应用3.1专用砂箱的制作利用垂直分型技术，最好设计专用砂箱来生产。
砂箱配对使用、需用柱销定位，砂箱侧面需留出浇口杯位置，以便造型时直接造出浇注系统。
序号2345678910111213141516172518040.49258.10.493031080.583014.00.58350.50.673522.30.674075.40.754033.30.6745107.30.834547.40.7550147.30.925065.00.8355196.0 1.05586.50.9260254.5 1.0860112.3 1.065323.5 1.1765142.8 1.0870404.0 1.2570178.4 1.1775497.0 1.3375219.4 1.2580603.0 1.3380266.2 1.3385723.0 1.4285319.3 1.4290859.0 1.5190379.1 1.51951010.0 1.5995445.8 1.591001178.01.68100520.01.681209.40.4020 4.20.40直径D R /mm 容积/cm 3凝固模数M R 直径D R /mm 容积/cm 3凝固模数M R 圆柱型冒口球形冒口表1冒口尺寸40°R 5R 2R 3D /2D /51.5DR 3D /2D /640°b ）球形冒口a ）圆柱型冒口图1冒口D31··2010年第4期Aug.2010№4铸造设备与工艺3.2典型模板设计典型模板设计见图2。
3.3造型和浇注利用成形模板可进行批量生产，既可用机械造型，也可用手工造型。
造型后将砂箱进行固定，再将砂箱立起，如垂直无箱挤压造型一般将一型一型靠拢，然后四周用型砂围起压紧，即可进行浇注。
4结论垂直分型技术越来越多的被利用到实际生产中，尤其是不易用水平分型生产的平面件和不易补缩铸件，可以用垂直分型技术来得到高品质铸件。
图2典型浇注系统示意图浇口杯横浇道冒口直浇道内浇道（上接第31页）要承受高温和高的爆发压力，随着发动机技术的不断更新发展，缸内直喷（DGI ）和涡轮增压（TCI ）等技术的应用，对缸盖燃烧室位置的要求会越来越高。
因此对材料的（高温）机械性能要求也越来越高，尤其是气门鼻梁区和燃烧室鼻梁区位置。
另外，接近燃烧室的火花塞安装孔A →D 剖面位置对机械性能的要求要比气门鼻梁区和燃烧室鼻梁区位置低，即气门鼻梁区→燃烧室鼻梁区→火花塞孔处（A →B →C →D 剖面）对应处材料的机械性能要求是从高到低的。
因此，根据Flemings 等人的研究结果，气门鼻梁区→燃烧室鼻梁区→火花塞孔处（A →B →C →D 剖面）这些位置的二次枝晶间距是应该逐渐增大的，这与实际的检测结果一致（见图5），这说明可以通过限定二次枝晶间距的大小来衡量铝合金铸件局部位置是否满足设计性能的要求。
综上所述，由于铸件的结构问题，无法直接检测铸件局部位置的机械性能，但是可以用二次枝晶间距作为一种判定依据，来判断铸件是否能满足机械性能设计的要求。
3结论通过对金属型重力铸造铝合金缸盖关键位置二次枝晶间距的研究，得出了以下结论，对铸件的铸造工艺设计和验收标准有着实际的指导意义：1）对于测量二次枝晶间距值的试样选取位置不同，对应的凝固速率不同，二次枝晶间距值也就不同，对于缸盖铸件，沿着燃烧室凸台向上，即从燃烧室面到顶部的SDAS 值是逐渐增大的；2）铸件局部的凝固速率是很难测量的，但可以用二次枝晶间距来反推铸件局部的凝固速率，从而判断铸造工艺的合理性，并为工艺调整实现铸件顺序凝固提供依据；3）对于不能对本体进行取样来检测铸件局部机械性能的，可以用二次枝晶间距来衡量铸件的机械性能，从而作为一种判定方法验证铸造工艺能否满足铸件的性能设计要求。
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