專利名稱：鑄鐵鑄件的縮孔的預測及防止方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄鐵鑄件的縮孔的預測及防止方法。
技術(shù)背景關(guān)于縮孔的預測，從很早以前就提出過各種方法。作為有代表性的 方法，有俄羅斯的齊波里諾夫提出的利用將鑄件的體積除以表面積得到的值、即模數(shù)進行評價的方法、新山提出的利用將溫度梯度G除以冷卻 速度的平方4阪得到的值進行評價的方法等。但是，上述縮孔預測方法，對于未伴有因石墨的生成而產(chǎn)生的膨脹 的鑄鋼和有色金屬等能夠成為有效的手段，但對于伴有石墨生成的鑄鐵 未必是有效的手段。因此，作為球墨鑄鐵的發(fā)生縮孔的判定方法，吉田等人提出了專利 文獻l的技術(shù)方案。該方法是如下的方法即測定鑄件內(nèi)部和表面的共 晶凝固時間，并由該共晶凝固時間的重疊程度、即重合度判斷縮孔的有 無。此外，在專利文獻2中，提出了由石墨的粒數(shù)和石墨半徑求出固相 率，并用于縮孔的判定的方法。上述吉田等人的判定方法，在判定球墨鑄鐵的縮孔傾向時一定程度 上是有益的，但難以利用這些方法進行縮孔的預測。這是因為，在這些 方法中，鑄件越大越容易發(fā)生縮孔，這與本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的在鑄型強度足 夠高的情況下，縮孔和產(chǎn)品的大小無關(guān)這一事實是相反的。通常，作為縮孔的預測方法，使用基于凝固模擬的"熱節(jié)法"。該 方法是著眼于如下現(xiàn)象的方法在凝固過程中在鑄件內(nèi)部形成與其它部 分隔絕的熔融金屬的島、即溫度等溫線或凝固線封閉的環(huán)(周圍由凝固 的金屬包圍的未凝固金屬的島，稱為"熱節(jié)")后，熔融金屬則無法向 未凝固金屬部補給，因而在該部分容易發(fā)生縮孔。對于未伴有因石墨的 析出而產(chǎn)生的膨脹的鑄鋼和有色金屬而言，在該"熱節(jié)"部發(fā)生縮孔的 概率非常高，因而"熱節(jié)法，，作為精度高的判定方法得以廣泛應用。但 是，對于伴有因石墨的析出而產(chǎn)生的膨脹的鑄鐵而言，不能說因為形成 了 "熱節(jié)"，則該部分必然產(chǎn)生縮孔。專利文獻l:日本特開平10 - 296385號公報 專利文獻2:日本特開平5 - 96343號7>才艮作為縮孔的防止方法，有冒口和冷鐵等。關(guān)于冒口， 一般計算產(chǎn)品 的模數(shù)，設(shè)置模數(shù)大于產(chǎn)品的模數(shù)的冒口。因此，冒口的尺寸和產(chǎn)品的 尺寸為同等的程度，有工藝出品率極端變差的問題。而且，由于鑄鐵與 鑄鋼相比不容易發(fā)生縮孔，所以若減少冒口的量則會發(fā)生縮孔，結(jié)果是 很多情況下如果不和鑄鋼設(shè)置相同的冒口則會發(fā)生縮孔。關(guān)于利用冷鐵 防止縮孔的方法，雖然通過設(shè)置冷鐵，能夠使縮孔的位置發(fā)生移動，但 不能消除縮孔。這是由于，因鑄鐵的縮孔發(fā)生機理很復雜，尚未充分弄 清楚。如現(xiàn)有技術(shù)中所述的那樣，雖然提出了各種縮孔預測方法，但目前 的現(xiàn)狀是，至今仍未確立一種與鑄鐵的特性相符的高精度的縮孔預測方 法。而且，即使能夠進行縮孔的預測，仍未提出一種用于防止縮孔的有 效的與鑄鐵的特性相符的防止方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種手段，對各種形狀的鑄件或鑄件的各部分，高精度 地預測有無縮孔發(fā)生，對預測到將發(fā)生縮孔的鑄件或鑄件的各部分，改 變鑄造方案或產(chǎn)品形狀，以得到健全的鑄件。本發(fā)明人對大小、材質(zhì)或形狀不同的各種鑄件產(chǎn)品，進行了有無縮 孔發(fā)生和凝固模擬及溫度測定等各種實驗，對哪種形狀的鑄件產(chǎn)品會產(chǎn) 生縮孔進行了深入研究。用長方體的塊的例子來說明該手段，發(fā)現(xiàn)了在此稱為"形狀系數(shù)")為某數(shù)值以下的情況下，與鑄件的大小無關(guān)而不 會發(fā)生縮孔的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)了在此所說的某數(shù)值，在不包含Cr或Mo等 助長縮孔的元素的通常的球墨鑄鐵中約為8。還發(fā)現(xiàn)了隨著Cr或Mo 增加，該值變化的現(xiàn)象。
此外，發(fā)現(xiàn)了在非長方體塊的形狀的鑄件產(chǎn)品的情況下，也可以將 形狀近似地看作長方體。例如在球狀產(chǎn)品的情況下，看作球所內(nèi)接的一 個邊和球的直徑相等的長方體即可，在圓柱形狀的產(chǎn)品的情況下，看作 兩個邊和圓的直徑相等的長方體即可。在內(nèi)部形成有孔的圃環(huán)狀的圓柱 的情況下，看作將圓柱展開得到的長方體即可。發(fā)現(xiàn)了對各種形狀組合 得到的產(chǎn)品，將該產(chǎn)品的各部分分割考慮即可。如上所述，發(fā)現(xiàn)了雖然僅由產(chǎn)品形狀就能夠判定縮孔的有無，但通 過進行凝固分析等，在由鑄件產(chǎn)品凝固時的溫度分布或凝固時間分布得 到的凝固分布圖中，求出閉塞的各橢圓環(huán)的形狀系數(shù)，確認該值是否為8以下，能夠預測在閉塞的各橢圓環(huán)中是否發(fā)生縮孔。通過利用這種方法，能夠判定在凝固過程中在鑄件內(nèi)部與其它部分 隔絕的熔融金屬的島、即作為溫度等溫線或凝固線封閉的環(huán)的"熱節(jié)" 處是否發(fā)生縮孔。當然，可以作為橢圓球求出形狀系數(shù)，但也可以將閉 塞的橄欖球狀的橢圓球近似為長方體來求出形狀系數(shù)。作為利用計算機的凝固模擬中的閉塞的各橢圓環(huán)的形狀系數(shù)的求 解方法，有以下的方法。作為一種方法，有利用由基于凝固模擬的溫度分布或凝固時間分布 得到的凝固分布圖，通過鼠標等的操作在畫面上測定任意的橢圓環(huán)的大 小而求出形狀系數(shù)的作法。作為另一種方法，有指定任意的橢圓環(huán)來求出形狀系數(shù)的作法。例 如，將全部凝固時間分割為若干份，指定其中任意時間的橢圓環(huán)。該橢 圓環(huán)由進行了網(wǎng)格切分時的要素構(gòu)成。求出在該網(wǎng)格的X方向、Y方向、 Z方向上有幾個要素，從而求出橢圓環(huán)的形狀系數(shù)。作為其它方法，有將提取的任意的橢圓環(huán)的數(shù)據(jù)在其它場所進行處 理，將形狀數(shù)值化而求出形狀系數(shù)的方法。如上所述，作為使用計算機求出橢圓環(huán)的形狀系數(shù)的方法，可以想 到多種手段。當然本發(fā)明在產(chǎn)業(yè)上的最大的價值是使縮孔的預測成為可能，在此 基礎(chǔ)上進一步提出了防止縮孔的方法。即，發(fā)現(xiàn)了通過使用冷鐵或冒口或兩者并用，分割產(chǎn)品以使其形狀系數(shù)成為8以下，而使縮孔不再發(fā)生 的現(xiàn)象。下面用長方體的例子進行解說。例如以800 x 400 x 80mm的板為例， 其形狀系數(shù)為(800 + 400)/80 = 15，為8以上，可知其為發(fā)生縮孔的形 狀。將該板用冷鐵分割成4份，則形狀系數(shù)為(400 + 200) 7.5， 為8以下，不發(fā)生縮孔。在實際的產(chǎn)品實驗中，確認了如上說明的現(xiàn)象。 此時的冷鐵，可以是與熔融金屬直接接觸的冷鐵的設(shè)置方法，但僅將原 來為l個的閉塞的凝固的環(huán)分斷成4個即可，故即使是不直接與熔融金 屬接觸的冷鐵的設(shè)置方法也沒有問題。而且，在冷鐵的設(shè)置面積過大、 閉塞的凝固的環(huán)未被分斷成4的情況下，當然會發(fā)生縮孔，需要加以注 意。在使用冒口的情況下，在上述板的4個位置設(shè)置冒口，將閉塞的凝 固的環(huán)分斷成4個即可。是否會發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)，當然在加入有助長縮孔的Cr或Mo 等元素的情況下、或者隨著相反地防止縮孔的C的量的變化等而變化。 而且，也隨著鑄型的強度(正確地說是鑄型的高溫下的強度)、砂箱的 剛性等變化。縮孔判定的形狀系數(shù)的值，最好考慮到這些條件來決定。 但是，通過發(fā)明人的實驗知道，在一般使用的有機自硬鑄型的情況下， 大致采用8即可。而且，對于片狀石墨鑄鐵，也能夠利用形狀系數(shù)判定 縮孔的有無，從而釆取不發(fā)生縮孔的對策?？偠灾?，根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種鑄鐵鑄件的縮孔的預 測方法，其特征在于，由鑄件產(chǎn)品的形狀，求出將較長的兩個邊的合計 值除以剩余的較短的一個邊得到的值、即形狀系數(shù)，確認該值是否為8 以下，由此預測縮孔的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供一種鑄鐵鑄件的縮孔的預測方法，其 特征在于，在由鑄件產(chǎn)品凝固時的溫度分布或凝固時間分布得到的凝固 分布圖中，求出閉塞的各橢圓環(huán)的形狀系數(shù)，確認該值是否為8以下， 由此對于閉塞的各橢圓環(huán)預測縮孔的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供一種縮孔的預測方法，其特征在于， 在上述第二方式中，使用由基于凝固模擬的溫度分布或凝固時間分布得
到的凝固分布圖，在畫面上測量橢圓環(huán)的大小，計算出形狀系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供一種縮孔的預測方法，其特征在于， 在上述第二方式中，使用由基于凝固模擬的溫度分布或凝固時間分布得到的凝固分布圖，由利用網(wǎng)格切分分割的構(gòu)成橢圓環(huán)的要素的XYZ方 向的數(shù)目，計算出形狀系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第五方式，提供一種鑄鐵鑄件的縮孔的防止方法，其 特征在于，在形狀系數(shù)超過8的情況下，使用冷鐵或冒口或兩者并用來 分割產(chǎn)品，由此使形狀系數(shù)為8以下。根據(jù)本發(fā)明的第六方式，提供一種縮孔的預測及防止方法，其特征 在于，在上述第一 第五方式中，根據(jù)鑄件的成分、鑄型的性質(zhì)、鑄造 姿勢決定是否發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)。在本發(fā)明中創(chuàng)設(shè)了形狀系數(shù)這一新概念，通過利用該形狀系數(shù)，能 夠非常高精度且簡單地預測縮孔缺陷的發(fā)生。即使在鑄件成分、鑄型種 類、鑄造姿勢等不同的情況下，也能夠通過形狀系數(shù)預測縮孔的發(fā)生。 并且，在預測到要發(fā)生縮孔的情況下，通過有效地使用冷鐵或冒口，能 夠從邏輯上防止縮孔的發(fā)生。因而，具有降低鑄件鑄造中的廢品率、提 高工藝出品率、縮短交貨期等效果，能夠低成本且高效地制造球墨鑄鐵。


圖1 (a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)、 (f)、 (g)是對鑄件產(chǎn)品的形狀近 似進行說明的圖。圖2是表示長方體的形狀系數(shù)與縮孔的關(guān)系的圖表。圖3是表示圓盤形狀體的形狀系數(shù)與縮孔的關(guān)系的圖表。圖4是表示圓筒體的形狀系數(shù)與縮孔的關(guān)系的圖表。圖5是表示長方體的不同的鑄造姿勢下的形狀系數(shù)與縮孔的關(guān)系的 圖表。圖6是表示不同的熔融金屬成分的長方體的形狀系數(shù)與縮孔的關(guān)系 的圖表。
圖7是使用不同的鑄型的情況下的長方體的形狀系數(shù)與縮孔的關(guān)系 的圖表。圖8是表示基于計算機模擬的縮孔預測的一例的圖。 圖9是表示存在橢圓環(huán)的截面的一例的圖。圖IO是表示用于測量寬度(w)、長度(1)、厚度(tMS)的對話框 的圖。圖11是表示存在橢圓環(huán)的截面的一例的圖。圖12是表示凝固分布圖的橢圓環(huán)的一例的圖。圖13是表示與橢圓環(huán)外切的立方體的一例的圖。圖14表示用于自動計算形狀系數(shù)的對話框。圖15表示基于冷鐵的設(shè)置的縮孔防止方法。圖16表示基于冒口的設(shè)置的縮孔防止方法。圖17表示錯誤的冷鐵使用的一例。圖18表示正確的冷鐵使用的一例。圖19是鑄鐵鑄件產(chǎn)品的縮孔預測及防止方法的流程圖。
具體實施方式
上述以及其它的本發(fā)明的目的、方式及優(yōu)點，通過參照將符合本發(fā) 明的原理的優(yōu)選的具體例作為實施例示出的以下的詳細說明和附圖，對 于熟知該技術(shù)的人員來說會變得清楚。并且，本發(fā)明當然不限定于在如 下的詳細說明中記述、并通過附圖表示的實施例。下面，根據(jù)具體的實施例詳細說明本發(fā)明。在本發(fā)明中，基本上是使用作為將較長的兩個邊的合計值除以剩余 的較短的一個邊得到的值而求出的形狀系數(shù)F。對于作為最容易理解的 例子，鑄件形狀為長方體的塊，將塊的寬度W和長度L的合計值除以8
壁厚T鵬(在3個邊中最短的邊)得到的值成為形狀系數(shù)。對于長方體 以外的形狀的塊，將其形狀近似地看作長方體即可。圖1中，表示求出各種形狀的鑄件的形狀系數(shù)的情況的例子。圖l(a)是立方體，寬度W、長度L、高度T廳的所有值均為立方 體的一個邊的長度。圖1 (b)是將長方體的板橫置的情況、圖1 (c) 是將長方體的板縱置的情況，寬度W、長度L、高度Tms如困所示。圖 1 (d)是高度小于直徑的圓盤，對于這種圓盤形狀，將圓盤的直徑看作 寬度W和長度L，將高度(壁厚)看作TMS，求出形狀系數(shù)。在圖l(e) 所示的高度大于等于直徑的圓柱的情況下，將圓柱的直徑看作寬度W 和高度Tms,將圃柱的高度看作長度L。在圖1 (f)所示的圓環(huán)型的圓 筒的情況下，把圓筒展開作為長方體，將圓筒的高度看作寬度W，將圓 周的長度L看作長度L,將圓筒的厚度看作Tms，求出形狀系數(shù)。在圓柱、長方體的板和圓筒組合成的圖1 (g)的情況下，將圓柱部 分作為圓柱，將長方體的部分作為板，將圓筒部分作為圓筒，利用上述 的方法分別求出形狀系數(shù)，對各個部分判定是否發(fā)生縮孔即可。而且后 述的縮孔防止的對策，也對各個部分實施即可。圖2、圖3、圖4表示對形狀和尺寸分別不同的試樣，測定其形狀 系數(shù)((L+W) /TMS)和縮孔面積率的關(guān)系而得到的實驗結(jié)果。試樣的 材質(zhì)為一般的球墨鑄鐵鑄件(FCD600)，鑄型為呋喃樹脂自硬鑄型。實 驗中，如各圖中的表所示的那樣改變試樣的尺寸(寬度、長度、厚度、 直徑)，制作了用編號A、 B、 C所示的若干個試樣，對各試樣測定了形 狀系數(shù)和縮孔面積率的關(guān)系。圖2是以長方體的板試樣為對象的，圖3是以圃盤形狀的試樣為對 象的，圖4是以圓筒形狀的試樣為對象的，均當形狀系數(shù)((L+W)/Tms) 超過8時發(fā)生了縮孔，可知在形狀系數(shù)為8以下時未發(fā)生縮孔。即，判 明了與形狀無關(guān)而能夠利用形狀系數(shù)預測縮孔的發(fā)生。在此，若將不 發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)稱為判定系數(shù)，則可知在圖2、圖3、圖4中，判 定系數(shù)為8。本發(fā)明人，還對因鑄造姿勢也即鑄造鑄件的放置方法不同，不發(fā)生
縮孔的形狀系數(shù)、即判定系數(shù)有無差異進行了調(diào)查。圖5表示將同一鑄 件(作為試樣的長方體的板)縱置和橫置時的、形狀系數(shù)((L+W)/TMS ) 與縮孔面積率的關(guān)系的實驗結(jié)果。試樣為一般的球墨鑄鐵鑄件 (FCD600 )。由圖5可知，對于橫置的試樣(表中編號D1)，形狀系數(shù)為8以下 時不發(fā)生縮孔，而對于縱置的試樣(表中編號D2)，形狀系數(shù)為6以下 時不發(fā)生縮孔。因此，橫置時判定系數(shù)為8，縱置時判定系數(shù)為6。判定系數(shù)如上所述因鑄造姿勢而呈現(xiàn)差異的理由，是由于重力的影 響。即，即使是相同成分相同尺寸的鑄件，不發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)(判 定系數(shù))也會變化。因此，縮孔判定的形狀系數(shù)值，最好考慮到這些條 件來決定。接下來，本發(fā)明人還對在球墨鑄鐵鑄件中含有助長縮孔的發(fā)生的元 素的情況下，不發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)有無差異進行了調(diào)查。Mo作為助 長縮孔的發(fā)生的元素是周知的。圖6是表示針對Mo的含量不同的3個試樣(表中編號El、 E2、 E3)的形狀系數(shù)與縮孔面積率的關(guān)系的實驗結(jié)果。實驗的結(jié)果，判明了雖然在不含有Mo的一般的球墨鑄鐵鑄件中， 形狀系數(shù)為8以下時不發(fā)生縮孔，但是在含有0.3重量％的Mo的情況 下形狀系數(shù)為6以下時、在含有0.6重量。/。的Mo的情況下形狀系數(shù)為 3以下時不發(fā)生縮孔。即，可知通過含有助長縮孔的發(fā)生的元素，不發(fā) 生縮孔的形狀系數(shù)(判定系數(shù))變化?？s孔判定的形狀系數(shù)的值，最好 也考慮這些條件來決定。還對在鑄型種類不同的情況下，不發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)即判定系數(shù) 有無差異進行了調(diào)查。圖7表示鑄型種類不同(表中編號F1、 F2、 F3、 F4)的情況下的形狀系數(shù)與縮孔面積率的關(guān)系。在圖7中使用長方體的板作為試樣，在被認為沒有高溫強度的C02 型的鑄型中，形狀系數(shù)為2以下時不發(fā)生縮孔。而高溫強度低的濕型的 鑄型中形狀系數(shù)為6以下時、常溫砂強度為10kgf/cn^的呋喃樹脂型鑄 型中形狀系數(shù)為8以下時、常溫砂強度為30kgf/cn^的呋喃樹脂型鑄型
中形狀系數(shù)為10以下時，分別不發(fā)生縮孔。即，不發(fā)生縮孔的形狀系數(shù)(判定系數(shù))因鑄型的種類而不同?？s孔判定的形狀系數(shù)的值，最好 考慮到這些條件來決定。圖8表示利用了計算機凝固模擬的縮孔預測的一例。在凝固模擬中由溫度分布或凝固時間分布得到凝固分布圖。能夠通過由其閉塞的橢圓環(huán)測定寬度W、長度l、厚度tMs的各自的尺寸，求出形狀系數(shù)f。橢圓環(huán)不一定需要使用最內(nèi)側(cè)的環(huán)，最好選取從凝固后半 部至最終凝固部的環(huán)(在后面的說明中說到橢圓環(huán)時，指該從凝固后半 部至最終凝固部的環(huán))。在圖8所示的例子中，由試樣的形狀求出的形狀系數(shù)F為(200 + 200) /100-4，由凝固模擬的橢圓環(huán)求出的形狀系數(shù)f也是(60 + 60) /30-4。從該結(jié)果可知，從由凝固模擬得到的凝固分布圖的橢圓環(huán)求出 的形狀系數(shù)f,成為與從試樣的形狀求出的形狀系數(shù)F近似的值。即， 通過計算機凝固模擬，也能夠從凝固分布圖進行基于形狀系數(shù)的縮孔預 測。特別是在產(chǎn)品形狀復雜的情況下，這種基于凝固模擬的縮孔預測比 較有效。而且，在復雜形狀組合起來的情況下，針對按照各形狀發(fā)生的 橢圓環(huán)求出形狀系數(shù)f，根據(jù)這樣求出的形狀系數(shù)f進行縮孔的預測即 可。(1)基于凝固模擬的寬度w、長度l、厚度tMS的測量方法的一例 下面，表示測量為了計算本發(fā)明中凝固模擬的形狀系數(shù)而必需的寬度W、長度l、厚度tMs的測量方法的一例。在凝固模擬中由溫度分布或凝固時間分布得到凝固分布圖。在由得到的分布圖測量閉塞的橢圓環(huán)時，首先如圖9所示，顯示出存在橢圓環(huán) 的截面。然后測量橢圃環(huán)的大小，在測量時使用圖IO所示的U、 V、 W 的對話框。在畫面上按下該對話框的"U方向的測量"后，則顯示例如 從X方向看到的XY截面的環(huán)。按下"V方向的測量，，后，則顯示例如 從Y方向看到的YZ截面的環(huán)。按下"W方向的測量"后，則顯示例 如從Z方向看到的ZX截面的環(huán)。在橢圓環(huán)的l、 w、 tMs的測量中，佳_ 用鼠標等在畫面上指定測量開始位置和結(jié)束位置。所顯示的截面的厚度 方向的測量，如圖11所示，使用圖10的對話框改變顯示的截面來進行。 此時需要進行3個方向的測量，但哪個方向成為寬度w、長度l、厚度 tMs不清楚，所以系統(tǒng)從3個方向的測量結(jié)果自動地將最短的長度看作 厚度tMs,將其它的看作寬度w、長度l，來進行判斷。在3個方向的測 量結(jié)束后，點擊"計算"按鈕，計算形狀系數(shù)。計算值顯示于圖10的 形狀系數(shù)欄中。(2)凝固模擬的形狀系數(shù)的自動計算的一例下面，將表示自動計算凝固模擬的形狀系數(shù)的一例。在凝固模擬中由溫度分布或凝固時間分布得到凝固分布圖。為了從 該凝固分布圖得到(顯示)任意的閉塞的橢圓環(huán)，指定全部幀數(shù)(將從 凝固開始至結(jié)束的時間分割成多少份的值)和顯示幀數(shù)(顯示所分割的 從凝固開始至結(jié)束的時間中的第幾個島(環(huán))的數(shù)值)。由此得到圖12 所示的若干個島。這些島意味著等溫度分布或等凝固時間分布。這些島 由為了進行凝固模擬而通過網(wǎng)格切分分割的要素組成。通過計算XYZ 各方向的要素數(shù)，如圖13所示，計算出與該島外切的長方體，由該長 方體求出寬度w、長度l、厚度tMs，自動計算出形狀系數(shù)。最后，通過點擊圖14所示的計算按鈕，求出各島的形狀系數(shù)。例 如，對該形狀系數(shù)標上從藍到紅的各種顏色，能夠目視形狀系數(shù)是高還 是低，從而能夠判定是否為發(fā)生縮孔的部分。本發(fā)明不但能夠進行縮孔的預測，還提出了一種防止縮孔的方法， 下面舉例表示。圖15表示一例防止縮孔的發(fā)生的冷鐵的設(shè)置例。試樣為一般的球墨鑄鐵(FCD600)，為橫置的鑄造姿勢，故判定系 數(shù)為8。但在圖15的例子中，試樣的形狀系數(shù)為(400 + 800)/80 = 15， 為8以上，所以是發(fā)生縮孔的形狀。在該試樣的上下十字形設(shè)置冷鐵， 利用凝固模擬求出凝固分布圖。如圖15中A-A，截面和B-B，截面所 示，閉塞的橢圓環(huán)被分成4個。即，可以考慮為，被冷鐵分割的4個長 方體分別獨立凝固。因而，被分割的長方體的形狀系數(shù)成為(400 + 200) /80 = 7.5，為8以下，故能夠防止縮孔的發(fā)生。
圖16表示一例防止縮孔的發(fā)生的冒口的設(shè)置例。由于使用與圖15的情況相同材質(zhì)和相同尺寸的試樣，所以試樣的 形狀系數(shù)為15，本來是發(fā)生縮孔的形狀。在該試樣之上設(shè)置4個直徑 150mm、高度225mm的冒口，利用凝固模擬求出凝固分布圖。如圖16 的A-A，截面所示可知，閉塞的橢圓環(huán)被分成4個。即，在該情況下也 可以考慮為，被冒口分割的4個長方體分別獨立凝固。因而，被分割的 長方體的形狀系數(shù)F成為7.5，能夠防止縮孔的發(fā)生。一般認為，在設(shè)置冒口的情況下，必須將作為最終凝固部的閉塞的 橢圓環(huán)封入冒口的內(nèi)部。因此，經(jīng)常設(shè)置比產(chǎn)品大的冒口。但是，從形 狀系數(shù)的觀點來看，即使較小的冒口，只要分斷利用凝固模擬得到的凝 固分布圖的閉塞的橢圓環(huán)，且被冒口分割的各個部分的形狀系數(shù)或被分 割的橢圓環(huán)的形狀系數(shù)為不超過判定系數(shù)的值，則也是足夠的。為了防止縮孔而使用冷鐵是一般所采用的手段，但經(jīng)常見到錯誤的 使用方法、即助長縮孔的發(fā)生的使用方法。在本發(fā)明中，通過著眼于形 狀系數(shù)，發(fā)現(xiàn)了冷鐵的正確使用方法、即從邏輯上防止縮孔的發(fā)生的方 法。圖17表示錯誤的冷鐵使用的一例。因為試樣的形狀系數(shù)F為(240 + 400) /80 = 8,所以本來是不發(fā)生 縮孔的形狀，但在鑄造現(xiàn)場，經(jīng)常釆用在該試樣的上下設(shè)置冷鐵10a、 10b以試圖阻止縮孔的方法，反而有時會增加縮孔。利用凝固模擬求出 在上下安放冷鐵的狀態(tài)下的凝固分布圖，則如圖17的A-A，截面和B -B，截面所示，閉塞的橢圓環(huán)的形狀系數(shù)f成為(72 + 170) /13 = 19， 可知盡管設(shè)置了冷鐵還是會發(fā)生縮孔。針對于此，圖18中表示冷鐵的正確使用方法。試樣的形狀系數(shù)F為(100 + 400)/50 = 10,是發(fā)生縮孔的形狀。在 該試樣的兩側(cè)安裝冷鐵10c、 10d，同樣地利用凝固模擬求出凝固分布圖。 如A-A，截面和B-B，截面所示，閉塞的橢圓環(huán)的形狀系數(shù)f成為(17 + 60)/13 = 6,不發(fā)生縮孔。因而，判明了在冷鐵的設(shè)置中，能夠通 過基于形狀系數(shù)的思路防止縮孔。
歸納上述內(nèi)容，在圖19中表示本發(fā)明的縮孔預測及防止方法的流 程圖。本發(fā)明的縮孔預測及防止方法由以下的步驟(1) ~ (6)組成。(1) 測定鑄件的較長的兩個邊W、 L和剩余的較短的一個邊TMS 的尺寸?；蛘?，通過計算機模擬計算閉塞的橢圓環(huán)的較長的兩個邊w、1和剩余的較短的一個邊tMS。(2) 由W、 L、 Tms求出形狀系數(shù)F- (W + L) /Tms?；蛘?，從w、 1、 tMs求出形狀系數(shù)f- (w + l)/tMS。(3) 在形狀系數(shù)(F或f)小于判定系數(shù)(E, —般為8)的情況下 判定為"無"縮孔。(4) 在形狀系數(shù)(F或f)大于判定系數(shù)的情況下判定為"有"縮孔。(5) 在"有"縮孔的情況下，利用冷鐵或冒口分割產(chǎn)品。(6) 重復(1) ~ (5)的工序，使形狀系數(shù)(F或f)小于判定系數(shù)。在本發(fā)明中創(chuàng)設(shè)了形狀系數(shù)這一新概念，通過利用該形狀系數(shù)，能 夠非常高精度且簡單地預測縮孔缺陷的發(fā)生。即使在鑄件成分、鑄型種 類、鑄造姿勢等不同的情況下，也能夠通過形狀系數(shù)預測縮孔的發(fā)生。 并且，在預測到要發(fā)生縮孔的情況下，通過有效地使用冷鐵或冒口，能 夠從邏輯上防止縮孔的發(fā)生。因而，具有降低鑄件鑄造中的廢品率、提 高工藝出品率、縮短交貨期等效果，能夠低成本且高效地制造球墨鑄鐵。根據(jù)本發(fā)明，在鑄造鑄件時，能夠在鑄造前從鑄件的形狀預測是否 會產(chǎn)生縮孔，且能夠在事前進行預防，所以對于鑄件鑄造技術(shù)是有益的。
權(quán)利要求
1.一種鑄鐵鑄件的縮孔的預測方法，其特征在于，由鑄件產(chǎn)品的形狀，求出將較長的兩個邊的合計值除以剩余的較短的一個邊得到的值、即形狀系數(shù)，確認該值是否為8以下，由此預測縮孔的發(fā)生。
2. —種鑄鐵鑄件的縮孔的預測方法，其特征在于，在由鑄件產(chǎn)品 凝固時的溫度分布或凝固時間分布得到的凝固分布圖中，求出閉塞的各 橢圃環(huán)的形狀系數(shù)，確認該值是否為8以下，由此對閉塞的各橢圓環(huán)預 測縮孔的發(fā)生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的縮孔的預測方法，其特征在于，使用由 基于凝固模擬的溫度分布或凝固時間分布得到的凝固分布圖，在畫面上 測量橢圓環(huán)的大小，計算出形狀系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的縮孔的預測方法，其特征在于，使用由 基于凝固模擬的溫度分布或凝固時間分布得到的凝固分布圖，由利用網(wǎng) 格切分分割的構(gòu)成橢圓環(huán)的要素的XYZ方向的數(shù)目，計算出形狀系數(shù)。
5. —種鑄鐵鑄件的縮孔的防止方法，其特征在于，在形狀系數(shù)超 過8的情況下，使用冷鐵或冒口或兩者并用來分割產(chǎn)品，由此使形狀系 數(shù)為8以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5任意一項所述的縮孔的預測及防止方法，其 特征在于，根據(jù)鑄件的成分、鑄型的性質(zhì)、鑄造姿勢決定是否發(fā)生縮孔 的形狀系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對于各種形狀的鑄件或鑄件的各部分，在鑄造前高精度地預測有無縮孔發(fā)生并予以防止的方法。將鑄件產(chǎn)品的形狀整體地或部分地近似成長方體或立方體，求出將較長的兩個邊的合計值除以剩余的較短的一個邊得到的值、即形狀系數(shù)，通過該值是否超過規(guī)定值(判定系數(shù))來預測縮孔的發(fā)生。
文檔編號B22D46/00GK101166595SQ20058004959
公開日2008年4月23日 申請日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月26日
發(fā)明者久保公雄, 姜一求, 村上俊彥, 菅野利猛 申請人:株式會社木村鑄造所;高律科有限公司;Ekk日本有限公司