冷铁设置与计算：内外冷铁设计与注意事项

冷铁是为增加铸件局部的冷却速度，在砂型、砂芯表面或型腔中安放的金属物或其他激冷物。冷铁是获得优质铸件的基本工艺措施之一，被广泛用于铸钢和其他合金铸件的铸造生产中。

1.冷铁的作用

利用冷铁的激冷效应，可使铸件的凝固过程局部乃至整体得到调节。冷铁的作用具体如下：

（1）消除铸件局部热节 在铸件局部厚大难以设置冒口的部位设置冷铁，可以防止铸件产生缩孔或缩松。

（2）控制铸件的顺序凝固或同时凝固 在铸件不均匀壁厚的热节处或在铸件均匀壁厚的某一端设置冷铁，可以使铸件形成顺序凝固或同时凝固。

（3）减少冒口数量 使用冷铁可以使铸件产生人为的凝固末端区和增长末端区，从而增加冒口的补缩距离，起到减少冒口数量的作用。

（4）减小冒口尺寸 在一定条件下要得到无缩孔的铸件，如果加大冷铁，则可以适当减小冒口尺寸；反之，如果减小冷铁，就必须增大冒口尺寸。

（5）防止铸件产生裂纹 在铸件壁与肋的交接处设置冷铁可消除热节，能有效地防止铸件裂纹。

（6）提高铸件的硬度和耐磨性 加快铸件某些特殊部位的冷却速度，以达到细化晶粒、提高铸件表面硬度和耐磨性的目的。例如，在机床导轨面和齿轮轮缘使用冷铁，可提高其硬度。

冷铁可分为外冷铁和内冷铁。

2.冷铁的设置

（1）外冷铁 造型时放置在模样表面上的冷铁称为外冷铁。外冷铁作为铸型的一部分，不与铸件熔合，可重复使用。外冷铁的形状一般是根据铸件需激冷部位的形状来设计或选用的。常见外冷铁的形状如图4-68所示。

图4-68 常见外冷铁的形状

a）圆形 b）方形 c）梯形 d）弧形

1）外冷铁尺寸的确定。在铸件转角处安放的外冷铁，可根据转角半径，使用相同半径的外冷铁。在局部凸台和法兰等热节部位，可采用板形外冷铁。

为增加铸钢件冒口补缩距离或控制铸件凝固顺序，外冷铁尺寸通常取d=（0.6～0.8）D或d（1～1.2）D。其中d为外冷铁厚度，D为外冷铁安放位置的铸件壁厚。为建立人为末端区在两冒口之间安放的外冷铁，其厚度可取铸件壁厚的两倍，宽度、长度要根据具体情况确定。一般灰铸铁件d=（0.3～0.35）D，高质量要求的灰铸铁件d=0.5D，球墨铸铁件d=（0.3～0.8）D，可锻铸铁件d=1.0D。

2）外冷铁材料。外冷铁材料要具有良好的导热性，足够高的熔点和大的热容量。常用材料有轧制钢材、铸钢和铸铁等。对于局部激冷，也可采用导热性好的石墨、镁砂，或混有铁砂、铁屑的造型混合料等作为激冷材料。

3）外冷铁安放要求。外冷铁必须平正，重复用外冷铁与铸件接触面要用砂轮磨光，外冷铁使用前要给与铸件接触的面刷涂料并烘干。外冷铁尽量安放在不易脱落的砂型或砂芯的上表面或侧面；多排冷铁要相互交错排列，间距适当，以免在相邻的冷铁缝隙处产生裂纹。在铸件厚度大于150mm处应尽量不放置外冷铁，以防铸件与冷铁熔接。

在难于用冒口补缩的大面积局部厚壁处安放外冷铁，为防止在冷铁间隙处产生裂纹，可采用图4-69所示的暗冷铁以减缓冷铁对铸件的激冷作用。一般暗冷铁厚度D=（1～1.4）d（热节直径），覆砂层厚度d₁=8～20mm。

图4-69 暗冷铁

1—铸件 2—覆砂层 3—冷铁

（2）内冷铁 放置在型腔内，能与铸件熔合为一体的起激冷作用的金属物称为内冷铁。内冷铁通常在外冷铁激冷效果不够时才采用，多用于厚大而对质量要求不高的不承受高温高压的铸件。

1）内冷铁材料。内冷铁要和铸件熔为一体，因此要求内冷铁的材料应与铸件材质相同或相近。铸钢件和铸铁件宜采用低碳钢作内冷铁，铝合金铸件采用铝作内冷铁，铜合金铸件采用铜作内冷铁。一般内冷铁呈圆柱形，中小型铸件可用金属丝、铁钉、较厚的螺旋铁屑等作内冷铁。(https://www.xing528.com)

2）内冷铁尺寸的确定。确定内冷铁尺寸、数量的原则是：保证内冷铁有足够的激冷作用以控制铸件的凝固，并且能够和铸件熔合为一体而不削弱铸件强度。内冷铁过大会造成激冷过度而不能熔合于铸件，内冷铁过小则激冷作用不够。

内冷铁直径一般为6～30mm。在铸件壁交接处的内冷铁直径为热节圆直径的1/4～1/3；高质量要求的铸件壁厚处的内冷铁重量一般是铸件激冷部位重量的5%～7%，质量要求不高的铸件内冷铁重量为铸件激冷部位重量的8%～10%；在铸件上机械加工孔的轴心放置内冷铁的直径d=（0.4～0.5）D，D为加工后孔的直径。

3）内冷铁安放要求。内冷铁表面必须干净，使用前应经喷砂、抛丸或酸洗处理，必要时可镀锡或镀锌以防止冷铁氧化。干型中用的内冷铁应在砂型烘干后再放入，以免在烘干过程中氧化生锈。水玻璃砂型和湿砂型中的内冷铁安放后应在3～4h内浇注，以防内冷铁表面集水产生气孔。内冷铁的上方应开设出气孔。需要机械加工的铸件，内冷铁在机械加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。

3.冷铁的计算

（1）外冷铁的计算 冷铁的尺寸主要是指它的厚度。冷铁厚度过小，激冷作用差，有时甚至与铸件熔合在一起；冷铁厚度过大，激冷作用太强，反而会使铸件产生裂纹。因此，冷铁的厚度要适中。

在铸件转角处，当转角半径R＞15mm时，宜采用成型冷铁；当R＜15mm时，可采用圆钢冷铁。

在铸件壁的凸台上，冷铁厚度为凸台厚度的0.7～1倍。一般的铸件壁上，冷铁的厚度为壁厚的0.5～0.7倍。

（2）内冷铁的计算

1）加工孔中内冷铁尺寸的确定。图4-70所示凸台铸件，小凸台中可使用内冷铁，以保证铸件的质量。内冷铁的直径用式（4-11）计算。

图4-70 内冷铁在加工孔中的应用

d₁ =（0.4～0.5）d₂ （4-11）

式中 d₁——内冷铁直径（mm）；

d₂——加工孔直径（mm）。

2）铸件局部小热节中内冷铁尺寸的确定。当铸件局部热节点的节圆直径小于150mm时，常用螺旋内冷铁来激冷。螺旋内冷铁的重量，按照占铸件被激冷热节点重量的1.5%～4%选取。因此，根据铸件被激冷节点的热节圆直径及节圆重量，就能迅速地计算出需要采用的螺旋内冷铁的重量和尺寸。

螺旋内冷铁的参数可从表4-16中查得。

表4-16 螺旋内冷铁的参考值

（续）

但是，使用内冷铁要慎重，否则会适得其反。同时，某些高温、高压铸件，如汽轮机气缸等是不允许采用内冷铁的。在生产实际中，应根据铸件的结构特点，或采用外冷铁，或采用补贴，或两者兼用，以便控制铸件的凝固顺序。

内冷铁的应用情况可参见图4-71。

图4-71 螺旋内冷铁应用示意图