消失模鑄件粘砂缺陷成因及預(yù)防措施

袁東洲 ，王林慧 ，袁 森 ，王國(guó)平

（1.晉城市金珂鑄業(yè)制造有限公司，山西 晉城 048012；2.山西晉城市春晨興匯實(shí)業(yè)公司，山西 晉城 048012；3.陜西省內(nèi)燃機(jī)配件二廠，陜西 咸陽(yáng) 712025；4.西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048）

消失模鑄造技術(shù)是上世紀(jì)80年代國(guó)際上開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新型鑄造技術(shù)，我國(guó)在90年代末被國(guó)家科技部列入“九五”國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃。與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造的鑄件，不僅表面光潔度、鑄件尺寸精度高，因在負(fù)壓狀態(tài)下成型鑄件內(nèi)部組織致密度提高，相對(duì)而言成本較低，同時(shí)改善了從業(yè)工人的勞動(dòng)條件，也有利于生產(chǎn)環(huán)境的改善等優(yōu)勢(shì)。所以，被國(guó)內(nèi)外譽(yù)為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”“鑄造工業(yè)的綠色革命”。我們要從一個(gè)鑄造大國(guó)變成為制造強(qiáng)國(guó)，就要大力發(fā)展更多近無(wú)余量生產(chǎn)，要大力發(fā)展精確成型技術(shù)；鑄造產(chǎn)業(yè)必須符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的大方向，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)；同時(shí)也要適應(yīng)各個(gè)加個(gè)性化的市場(chǎng)需求，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要有更大的自由度。消失模鑄造在以上諸多方面可以滿足市場(chǎng)和制造商的需求，發(fā)展?jié)摿薮螅灰M最大限度地發(fā)揮消失模鑄造的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。所以，我們說(shuō)消失模鑄造應(yīng)用與發(fā)展前景非常廣闊。

消失模鑄造技術(shù)特別適合對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔，模樣分型困難、造型困難的鑄件；特別是有些用普通砂型鑄造不好分型、難以起模，芯子很多且難以下芯定位的鑄件，采用消失模鑄造工藝就相應(yīng)簡(jiǎn)單的多，它的鑄件結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性非常強(qiáng)，鑄造生產(chǎn)如復(fù)雜的箱體類、缸體類、水泵葉輪、螺旋漿等結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、精度要求高的中高檔鑄件，才能體現(xiàn)出消失模鑄造工藝的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)效益。為此，圍繞鑄造生產(chǎn)高難度鑄件必須攻克的技術(shù)難題就是消除生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的諸多鑄造缺陷，進(jìn)一步提高成品率。

伴隨著我國(guó)消失模鑄造設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平的提高，以及我國(guó)消失模鑄造原輔材料質(zhì)量的改進(jìn)與提高，加上我們諸多從事消失模鑄造技術(shù)人員對(duì)于消失模鑄造原理和理論研究的不斷深入，我國(guó)的消失模鑄造出現(xiàn)前所未有好局面，尤其是許多中小企業(yè)在選擇鑄造生產(chǎn)方式的時(shí)候，優(yōu)先考慮了采用消失模鑄造。但是，必須清醒認(rèn)識(shí)中小企業(yè)普遍存在技術(shù)力量薄弱、管理水平亟待提高，檢測(cè)手段不健全和資金周轉(zhuǎn)等諸多問(wèn)題。許多中小型民營(yíng)企業(yè)家對(duì)消失模鑄造缺乏完全和透徹的了解和認(rèn)識(shí)，就我們所知很多廠家決策上消失模之前根本沒(méi)有詳實(shí)考察和論證過(guò)，自身也沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)消失模鑄造的專業(yè)知識(shí)，更別說(shuō)系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)消失模鑄造原理與理論。當(dāng)然主要是對(duì)消失模鑄造認(rèn)識(shí)上的不充分，對(duì)消失模鑄造生產(chǎn)中可能出現(xiàn)問(wèn)題的嚴(yán)重性估計(jì)不足，在知之甚少情況下，就急于上馬，結(jié)果是花了兩、三年時(shí)間產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)不了關(guān)，鑄造過(guò)程中的問(wèn)題很多，就我們所知許多新建消失模鑄造企業(yè)陷入被動(dòng)和面臨停產(chǎn)局面。鑄造業(yè)的利潤(rùn)說(shuō)白了就是掙廢品 “錢(qián)”，只有降低廢品率，利潤(rùn)才會(huì)有所提高。本文就消失模鑄造最常見(jiàn)的缺陷 “粘砂”談?wù)勎覀兊恼J(rèn)識(shí)與看法，愿與從事消失模鑄造的同事們共同探討和提高。

1 消失模鑄件形成粘砂缺陷的原因

消失模鑄造工藝一般先在加工好的塑料泡沫模樣表面涂刷一定厚度的耐火涂料，然后放入砂箱中，采用自硬樹(shù)脂砂在外面舂實(shí)造型，在負(fù)壓下澆注，使模樣氣化，液體金屬占據(jù)模樣位置，凝固冷卻后形成鑄件的鑄造方法。

消失模鑄件所謂粘砂：就是金屬液滲入型砂中，形成金屬與型砂的機(jī)械混合物。其中有兩種情況：一種是金屬液通過(guò)涂層開(kāi)裂處滲入型砂砂粒間的孔隙，凝固后將砂粒機(jī)械地粘連在鑄件表面，形成“鐵包砂”（即機(jī)械粘砂），此種粘砂缺陷一般還可以清除掉；鐵液滲入從工藝過(guò)程和機(jī)械粘砂的定義可以看出，涂層開(kāi)裂和填砂造型振實(shí)后緊實(shí)度不夠或鑄型某個(gè)部位型砂松散，如果型砂顆粒過(guò)大及真空度過(guò)高也是造成鑄件機(jī)械粘砂之關(guān)鍵。第二種情況是金屬液透過(guò)涂層滲入型砂中，形成非常難以清除的化學(xué)粘砂。

造成化學(xué)粘砂缺陷的原因同樣有兩個(gè)方面，其一是涂料成分的配制，涂料骨科的種類、耐火度及相互配比，對(duì)于涂料層厚度要求和抗粘砂效果的影響非常大。根據(jù)許多消失模鑄造廠家涂料的實(shí)際使用情況來(lái)看，涂料中的骨料一般選用片狀黑色石墨粉、高鋁礬土等，涂料層厚度一般在1.2mm～1.5mm左右，這樣就能取得非常滿意的效果。但是在涂料的實(shí)際配制過(guò)程中，由于操作人員的技術(shù)水平不一致，在相同的配比和混制工藝條件下，配制的涂料粘度和涂刷性能差異較大，使涂料耐高溫能力和抗?jié)B透效果不穩(wěn)定，容易造成粘砂，并干擾對(duì)鑄件粘砂真正原因的有效判斷；其二是涂層厚度，涂層厚度過(guò)大，不僅費(fèi)工費(fèi)料，而且在急劇干燥情況下很容易使涂層開(kāi)裂；涂層厚度不足太薄或局部未涂刷到的情況下，高溫鐵液在真空度比較大時(shí)會(huì)穿過(guò)太薄或局部未涂刷涂料處滲入型砂顆粒間隙，更容易造成化學(xué)粘砂。

2 預(yù)防消失模鑄件粘砂的技術(shù)工藝措施

1）涂料應(yīng)該有良好性能，能牢固黏附在泡沫塑料模樣上。涂層致密并且有足夠的強(qiáng)度，以保證在操作過(guò)程中不發(fā)生脫落現(xiàn)象；填砂造型振動(dòng)時(shí)不開(kāi)裂。同時(shí)要求涂料的線收縮應(yīng)小，特別是對(duì)涂料其中的黏結(jié)劑和懸浮劑組分合理調(diào)整，旨在涂料具備有良好的抗激冷激熱性。提高涂料強(qiáng)度，在必要時(shí)可考慮涂掛多層涂料，但是涂層應(yīng)盡可能的均勻；是在萬(wàn)不得已下才采取適當(dāng)增加涂層厚度之法，因?yàn)橥繉釉胶裨饺菀桩a(chǎn)生裂紋，裂紋就給粘砂創(chuàng)造了條件。依據(jù)所生產(chǎn)的鑄件提高涂料的耐火度是絕不可忽視的重要因素。嚴(yán)把涂料配制和涂刷質(zhì)量關(guān)，尤其是對(duì)涂料層厚度的監(jiān)控，要因件、因料、因時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格又靈活的作業(yè)，確保涂層滿足工藝要求。

2）造型時(shí)緊實(shí)力不可過(guò)大，預(yù)防造型時(shí)涂層受到破壞。添砂后振動(dòng)力過(guò)大或振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，涂層容易開(kāi)裂。干砂振動(dòng)造型的經(jīng)驗(yàn)是：頻率50Hz左右，振幅 0.5mm～1.5mm，振動(dòng)時(shí)間不大于60s，振動(dòng)加速度與振動(dòng)時(shí)間的乘積選擇在45mm±15mm之間比較合適。選用合理的振動(dòng)參數(shù)是控制造型緊實(shí)力的關(guān)鍵。同時(shí)還要采取輔助手段或方法防止局部砂型未振實(shí)，而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生“節(jié)瘤”缺陷。

3）造型用原砂的選擇必須合適，從生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得出：干砂造型用砂盡可能用同樣目數(shù)的砂，而且以圓形或近似圓形的比較理想。一般鑄鐵件和普通鑄鋼件用25/45目砂，鑄鋁可用45/90目砂。如果出現(xiàn)嚴(yán)重粘砂，可以適當(dāng)調(diào)整粒度或改用顆粒稍細(xì)的砂子。

4）對(duì)局部難于振實(shí)的部位（如朝下的直角拐角處、盲孔等），對(duì)于可能會(huì)造成粘砂或者難以清理的部位，辦法是局部采用自硬砂填充，還可以采用耐火度稍高的非石英系的原砂（比如鎂砂、橄欖石砂等）代替硅砂。加強(qiáng)對(duì)添砂造型質(zhì)量的監(jiān)督與控制，配備專職人員對(duì)工序質(zhì)量進(jìn)行管理，并加強(qiáng)對(duì)操作工進(jìn)行學(xué)習(xí)培訓(xùn)讓其熟練掌握技能，實(shí)行全程跟蹤監(jiān)督檢查。

5）選用的負(fù)壓度應(yīng)合適，原則是合金不同采用的負(fù)壓度也不盡相同。常規(guī)的負(fù)壓度是：鑄鋼40.0kPa～59.0kPa； 鑄鐵 26.7 kPa～53.3 kPa； 鋁合金 0kPa～26.7 kPa。澆注時(shí)采用的負(fù)壓度過(guò)高容易引起嚴(yán)重粘砂。

6）依據(jù)鑄件的模數(shù)及重量等選用合適的澆注溫度，筆者的經(jīng)驗(yàn)是澆注溫度不宜過(guò)高，溫度越高金屬液穿透力越強(qiáng)，越容易粘砂；一般消失模鑄造澆注溫度比同樣條件下砂型鑄造澆注溫度高30℃～50℃即可。鑄鐵件比較理想的澆注溫度在1420℃～1470℃。

7）鑄造工程師在模樣結(jié)構(gòu)審核時(shí)，必須認(rèn)真分析模樣結(jié)構(gòu)是否合理，對(duì)于影響涂料涂刷和防礙型砂緊實(shí)的不合理結(jié)構(gòu)要徹底消除，以方便工人作業(yè)，以利死角部位型砂的緊實(shí)。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，要合理選取壓力頭高度；控制泡沫塑料模樣表面光潔度，對(duì)于改善鑄件粘砂缺陷也會(huì)起到很好的作用。白件模樣表面越粗糙越容易粘砂，表面凹凸不平就給粘砂提供了條件。如果大平面而且大面積粘砂，就得著手從最基礎(chǔ)的預(yù)發(fā)珠粒密度考慮。包括白件模樣黏結(jié)組合時(shí)，盡可能少的使用黏結(jié)劑，尤其是不要把黏結(jié)劑（包括熱熔膠在內(nèi)）涂刷到鑄件表面上。

8）加大品質(zhì)意識(shí)的教育力度和品質(zhì)管理的強(qiáng)度，對(duì)于出現(xiàn)粘砂缺陷的鑄件，及時(shí)分析和總結(jié)產(chǎn)生粘砂的原因，并召集相關(guān)責(zé)任人對(duì)照缺陷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析、找準(zhǔn)原因拿出消除辦法。采用激勵(lì)機(jī)制按照缺陷嚴(yán)重程度及數(shù)量進(jìn)行量化，給予相關(guān)責(zé)任人一定的經(jīng)濟(jì)處罰。

3 結(jié)束語(yǔ)

某公司消失模鑄造工廠采取并認(rèn)真落實(shí)以上措施后，2010年的下半年與上半年相比，因粘砂缺陷的廢品率下降了6.54%，取得了令人滿意的效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明以上技術(shù)措施是切實(shí)可行，而且是行之有效的。

與其他企業(yè)相比鑄造企業(yè)管理難度較大，特別是消失模鑄造企業(yè)除了因?yàn)樗莻€(gè)系統(tǒng)工程，不管哪一個(gè)環(huán)節(jié)任何一道工序出了問(wèn)題，都會(huì)帶來(lái)“滿盤(pán)皆輸”的結(jié)果；鑄件質(zhì)量來(lái)自于設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)，當(dāng)工藝設(shè)計(jì)基本到位后鑄件質(zhì)量的好壞就要取決于管理，所以就有了“七分管理，三分技術(shù)”的說(shuō)法；設(shè)計(jì)再好的工藝若細(xì)節(jié)上落實(shí)執(zhí)行的不好，帶來(lái)結(jié)果是天差地遠(yuǎn)。消除消失模鑄件缺陷，一是要學(xué)會(huì)對(duì)廢品進(jìn)行科學(xué)的分析，二是靠一絲不茍地執(zhí)行工藝，循規(guī)蹈矩、善始善終；管理者不但要掌握消失模鑄造的基本知識(shí)和操作要領(lǐng)，而且要盡快使自己從外行變成內(nèi)行，再是提高管理者的質(zhì)量管理意識(shí)和水平；管理者對(duì)操作工不僅是監(jiān)督與監(jiān)管更主要是給予正確指導(dǎo)和相互的配合理解，兩者相輔相成，定會(huì)功半事倍，績(jī)效昭著。

［1］董秀琦，朱麗娟.消失模鑄造實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］王林慧，張少偉，袁東洲.消失模鑄造常見(jiàn)缺陷的分析及控制［G］//第八屆全國(guó)鑄鐵及熔煉學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.洛陽(yáng)：2010.

［3］馬幼平，許云華，賈劉卡.負(fù)壓實(shí)型鑄造及鑄件質(zhì)量［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)第6卷（第3版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.