案例分享

Fundmig公司为汽车、农业机械和工程机械行业生产球墨铸铁件。产品包括液压动力转向系统盖和连杆以及各种轮毂，他们需要使用冒口来避免缩孔从而最大限度地减少废品率。冒口的使用意味着需要额外补缩的金属液。

Fundmig公司使用MAGMASOFT®致力于优化其补缩系统的设计:冒口的尺寸和位置优化后能更高效的补缩铸件；同时铸造工程师也注意铸造后冒口的凝固。为此，他们使用了发热圆柱形冒口套，其大幅地减少了冒口中的热量损失。它们通过减小所需的冒口尺寸和冒口重量来提高铸件出品率。因此在降低了废品率后，该公司实现了68%的平均得料率。

铸造厂受益于稳健的工艺、良好的铸件出品率和无缺陷的产品，那还有其他可以改进的地方吗？

一位铸造工程师读到一份来自爱荷华大学的Thomas J.Williams Richard A.Hardin 和 Christoph Beckermann的研究报告,研究了发热冒口套的热物理性能。

他们发现大多数商业化的冒口套的结构设计得太薄，无法最大限度的提高出品率。然而通过优化冒口形状后可以提高8%的出品率。同时作者观察到，通过优化冒口，提高了铸件的致密性，其质量提升的效果远远大于铸件出品率的增加。这项研究的结果鼓励Fundmig的铸造工程师重新考虑他们的工艺设计。他们的工艺还有可能改进吗?

他们想过用相同外径的圆锥形冒口来代替圆柱形的冒口(如图1所示)，从而提高铸件出品率和质量。对于相同的外径，锥形冒口的发热量更高，散发出更多的热量，从而使冒口工作更高效。

结果表明，采用小锥形冒口可以提高铸件的出品率。但是这样做的问题是锥形冒口套成本比较高，铸造工程师必须要计算这种改进的投资是否值得。公司已经对现有工艺感到满意了，那么Fundimig投资更贵的锥型冒口还会有收益吗？

正如Williams等人所指出，可靠的模拟需要冒口套材料数据，但很难获取到这些材料数据。作为MAGMASOFT®用户，Fundimig的铸造工程师可以查看来自不同供应商的大量冒口数据库，从而可以使用不同的冒口套数据模拟其铸造工艺。即在第一次生产前就可以进行模拟分析，这样做不仅节约了时间，也无需进行大量的实验。专家利用了这一优势将两种冒口 (图1) 用MAGMASOFT®进行了详细比较。通过这种方式，他们检查了现有的工艺，还有多少空间可以改进，以及不同的冒口改进是否可以进一步节省总体的成本。专家们预计，锥形冒口减少了一半的金属液使用量；即便冒口的金属液量减少，但对铸件的补缩会更有效；并认为这样可以节省金属液并提高出品率。

首先，他们用原来的冒口和可能的新冒口模拟了一个球墨铸铁方块铸件，并评估它的孔隙率。如图2的结果所示，标准圆柱形冒口不能完全防止方块铸件中的缩孔， 而锥形冒口则可以。 MAGMASOFT®的热节结果(图3)计算出圆锥形冒口方案的热节位于圆柱形冒口方案的热节上方10毫米(如图3所示)处。它离冒口颈的距离更远，因此铸件中出现缩孔缺陷的可能性较小。此外，模拟结果表明，锥形冒口内金属液的凝固时间延长了约4分钟，这是因为在大致相同的时间内，锥形冒口内的热节较大，铸件的补缩充足且时间足够长。为了确认模拟结果，同时为即将做出的决策做准备，铸造工程师实际生产了方块铸件样品。在随后的检验中，在圆柱冒口的方块铸件样品中检测出了缩孔缺陷(图2右)。

正如预期的那样，采用锥形冒口，铸件的补缩更好，消耗金属液更少，这不仅能节省金属液而且也能提高出品率。模拟结果也说服了Fundmig公司。因此，该公司决定将主力产品（即液压动力转向系统盖、连杆和轮毂）的圆柱形冒口替换为锥形冒口。MAGMASOFT®帮助铸造专家用新型冒口来设计各种球墨铸铁铸件的铸造工艺。所有采用锥形冒口的设计，热节位置均高于原设计的10毫米，其铸件中的凝固结果无差异(图4)。专家检验了所有产品的样本，发现:锥形冒口不影响质量。更新后的设计，铸件质量无可挑剔(图5示例)。

以前Fundmig公司生产液压动力转向盖铸件出品率为59.91%。那么应用锥形冒口的效果如何呢?新的锥形发热冒口的热节位置更偏上，铸件质量没有出现任何变化，出品率提高了3.19个百分点。这意味着，对于3万个铸件，Fundmig几乎每年可以节约8.5吨金属液。对于连杆铸件Fundimig将铸件工艺的出品率从68.36%提高到70.44%，因此每个成品铸件节省了0.93公斤金属液，相当于每年生产13200个零件大约省12.2吨金属液。在轮毂的生产中，Fundimig平均出品率提高了3.5个百分点，达到77%。Fundimig公司每年生产1.1万个相关轮毂铸件，从而减少了消耗金属液用量达到35吨。

30多年来，Fundimig 一直为全球客户生产灰铁和球铁铸件。该公司两个铸造厂每月的总产能为3500吨；铸件分属不同行业，其主要集中在商用车、农业机械和一般工程机械行业；在汽车行业，Fundimig尤其以“Truckmig”品牌而出名。