铸铁铸件的缩孔的预测及防止方法技术

本发明专利技术提供一种对于各种形状的铸件或铸件的各部分，在铸造前高精度地预测有无缩孔发生并予以防止的方法。将铸件产品的形状整体地或部分地近似成长方体或立方体，求出将较长的两个边的合计值除以剩余的较短的一个边得到的值、即形状系数，通过该值是否超过规定值（判定系数）来预测缩孔的发生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及铸铁铸件的缩孔的预测及防止方法。技术背景关于缩孔的预测，从很早以前就提出过各种方法。作为有代表性的 方法，有俄罗斯的齐波里诺夫提出的利用将铸件的体积除以表面积得到的值、即模数进行评价的方法、新山提出的利用将温度梯度G除以冷却 速度的平方4阪得到的值进行评价的方法等。但是，上述缩孔预测方法，对于未伴有因石墨的生成而产生的膨胀 的铸钢和有色金属等能够成为有效的手段，但对于伴有石墨生成的铸铁 未必是有效的手段。因此，作为球墨铸铁的发生缩孔的判定方法，吉田等人提出了专利 文献l的技术方案。该方法是如下的方法即测定铸件内部和表面的共 晶凝固时间，并由该共晶凝固时间的重叠程度、即重合度判断缩孔的有 无。此外，在专利文献2中，提出了由石墨的粒数和石墨半径求出固相 率，并用于缩孔的判定的方法。上述吉田等人的判定方法，在判定球墨铸铁的缩孔倾向时一定程度 上是有益的，但难以利用这些方法进行缩孔的预测。这是因为，在这些 方法中，铸件越大越容易发生缩孔，这与本专利技术人发现的在铸型强度足 够高的情况下，缩孔和产品的大小无关这一事实是相反的。通常，作为缩孔的预测方法，使用基于凝固模拟的热节法。该 方法是着眼于如下现象的方法在凝固过程中在铸件内部形成与其它部 分隔绝的熔融金属的岛、即温度等温线或凝固线封闭的环(周围由凝固 的金属包围的未凝固金属的岛，称为热节)后，熔融金属则无法向 未凝固金属部补给，因而在该部分容易发生缩孔。对于未伴有因石墨的 析出而产生的膨胀的铸钢和有色金属而言，在该热节部发生缩孔的 概率非常高，因而热节法，，作为精度高的判定方法得以广泛应用。但 是，对于伴有因石墨的析出而产生的膨胀的铸铁而言，不能说因为形成 了 热节，则该部分必然产生缩孔。专利文献l:日本特开平10 - 296385号公报 专利文献2:日本特开平5 - 96343号7>才艮作为缩孔的防止方法，有冒口和冷铁等。关于冒口， 一般计算产品 的模数，设置模数大于产品的模数的冒口。因此，冒口的尺寸和产品的 尺寸为同等的程度，有工艺出品率极端变差的问题。而且，由于铸铁与 铸钢相比不容易发生缩孔，所以若减少冒口的量则会发生缩孔，结果是 很多情况下如果不和铸钢设置相同的冒口则会发生缩孔。关于利用冷铁 防止缩孔的方法，虽然通过设置冷铁，能够使缩孔的位置发生移动，但 不能消除缩孔。这是由于，因铸铁的缩孔发生机理很复杂，尚未充分弄 清楚。如现有技术中所述的那样，虽然提出了各种缩孔预测方法，但目前 的现状是，至今仍未确立一种与铸铁的特性相符的高精度的缩孔预测方 法。而且，即使能够进行缩孔的预测，仍未提出一种用于防止缩孔的有 效的与铸铁的特性相符的防止方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种手段，对各种形状的铸件或铸件的各部分，高精度 地预测有无缩孔发生，对预测到将发生缩孔的铸件或铸件的各部分，改 变铸造方案或产品形状，以得到健全的铸件。本专利技术人对大小、材质或形状不同的各种铸件产品，进行了有无缩 孔发生和凝固模拟及温度测定等各种实验，对哪种形状的铸件产品会产 生缩孔进行了深入研究。用长方体的块的例子来说明该手段，发现了在此称为形状系数)为某数值以下的情况下，与铸件的大小无关而不 会发生缩孔的现象。发现了在此所说的某数值，在不包含Cr或Mo等 助长缩孔的元素的通常的球墨铸铁中约为8。还发现了随着Cr或Mo 增加，该值变化的现象。此外，发现了在非长方体块的形状的铸件产品的情况下，也可以将 形状近似地看作长方体。例如在球状产品的情况下，看作球所内接的一 个边和球的直径相等的长方体即可，在圆柱形状的产品的情况下，看作 两个边和圆的直径相等的长方体即可。在内部形成有孔的圃环状的圆柱 的情况下，看作将圆柱展开得到的长方体即可。发现了对各种形状组合 得到的产品，将该产品的各部分分割考虑即可。如上所述，发现了虽然仅由产品形状就能够判定缩孔的有无，但通 过进行凝固分析等，在由铸件产品凝固时的温度分布或凝固时间分布得 到的凝固分布图中，求出闭塞的各椭圆环的形状系数，确认该值是否为8以下，能够预测在闭塞的各椭圆环中是否发生缩孔。通过利用这种方法，能够判定在凝固过程中在铸件内部与其它部分 隔绝的熔融金属的岛、即作为温度等温线或凝固线封闭的环的热节 处是否发生缩孔。当然，可以作为椭圆球求出形状系数，但也可以将闭 塞的橄榄球状的椭圆球近似为长方体来求出形状系数。作为利用计算机的凝固模拟中的闭塞的各椭圆环的形状系数的求 解方法，有以下的方法。作为一种方法，有利用由基于凝固模拟的温度分布或凝固时间分布 得到的凝固分布图，通过鼠标等的操作在画面上测定任意的椭圓环的大 小而求出形状系数的作法。作为另一种方法，有指定任意的椭圆环来求出形状系数的作法。例 如，将全部凝固时间分割为若干份，指定其中任意时间的椭圆环。该椭 圆环由进行了网格切分时的要素构成。求出在该网格的X方向、Y方向、 Z方向上有几个要素，从而求出椭圓环的形状系数。作为其它方法，有将提取的任意的椭圆环的数据在其它场所进行处 理，将形状数值化而求出形状系数的方法。如上所述，作为使用计算机求出椭圆环的形状系数的方法，可以想 到多种手段。当然本专利技术在产业上的最大的价值是使缩孔的预测成为可能，在此 基础上进一步提出了防止缩孔的方法。即，发现了通过使用冷铁或冒口或两者并用，分割产品以使其形状系数成为8以下，而使缩孔不再发生 的现象。下面用长方体的例子进行解说。例如以800 x 400 x 80mm的板为例， 其形状系数为(800 + 400)/80 = 15，为8以上，可知其为发生缩孔的形 状。将该板用冷铁分割成4份，则形状系数为(400 + 200) 7.5， 为8以下，不发生缩孔。在实际的产品实验中，确认了如上说明的现象。 此时的冷铁，可以是与熔融金属直接接触的冷铁的设置方法，但仅将原 来为l个的闭塞的凝固的环分断成4个即可，故即使是不直接与熔融金 属接触的冷铁的设置方法也没有问题。而且，在冷铁的设置面积过大、 闭塞的凝固的环未被分断成4的情况下，当然会发生缩孔，需要加以注 意。在使用冒口的情况下，在上述板的4个位置设置冒口，将闭塞的凝 固的环分断成4个即可。是否会发生缩孔的形状系数，当然在加入有助长缩孔的Cr或Mo 等元素的情况下、或者随着相反地防止缩孔的C的量的变化等而变化。 而且，也随着铸型的强度(正确地说是铸型的高温下的强度)、砂箱的 刚性等变化。缩孔判定的形状系数的值，最好考虑到这些条件来决定。 但是，通过专利技术人的实验知道，在一般使用的有机自硬铸型的情况下， 大致采用8即可。而且，对于片状石墨铸铁，也能够利用形状系数判定 缩孔的有无，从而釆取不发生缩孔的对策。总而言之，根据本专利技术的第一方式，提供一种铸铁铸件的缩孔的预 测方法，其特征在于，由铸件产品的形状，求出将较长的两个边的合计 值除以剩余的较短的一个边得到的值、即形状系数，确认该值是否为8 以下，由此预测缩孔的发生。根据本专利技术的第二方式，提供一种铸铁铸件的缩孔的预测方法，其 特征在于，在由铸件产品凝固时的温度分布或凝固时间分布得到的凝固 分布图中，求出闭塞的各椭圆环的形状系数，确认该值是否为8以下， 由此对于闭塞的各椭圆环预测缩孔的发生。根据本专利技术的第三方式，提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸铁铸件的缩孔的预测方法，其特征在于，由铸件产品的形状，求出将较长的两个边的合计值除以剩余的较短的一个边得到的值、即形状系数，确认该值是否为８以下，由此预测缩孔的发生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铸铁铸件的缩孔的预测方法，其特征在于，由铸件产品的形状，求出将较长的两个边的合计值除以剩余的较短的一个边得到的值、即形状系数，确认该值是否为8以下，由此预测缩孔的发生。2. —种铸铁铸件的缩孔的预测方法，其特征在于，在由铸件产品 凝固时的温度分布或凝固时间分布得到的凝固分布图中，求出闭塞的各 椭圃环的形状系数，确认该值是否为8以下，由此对闭塞的各椭圆环预 测缩孔的发生。3. 根据权利要求2所述的缩孔的预测方法，其特征在于，使用由 基于凝固模拟的温度分布或凝固时间分布得到的凝固分布图，在画面上...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅野利猛，姜一求，村上俊彦，久保公雄，
申请(专利权)人：株式会社木村铸造所，高律科有限公司，EKK日本有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]