鑄鋼件水玻璃背砂工藝的研究

■ 李新春　徐盛春

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鑄鋼件水玻璃背砂工藝的研究

■ 李新春徐盛春

摘 要：針對背砂工藝存在問題進(jìn)行研究；對鑄件結(jié)構(gòu)、使用性能和鑄件在粗加工、精加工時反映出的缺陷狀況進(jìn)行分析，并進(jìn)行工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)中對“軸箱體”背砂的碾壓過程及造型、修型、砂型烘烤、下芯、合箱、落砂、切割澆冒口、鑄件整理及加工解剖情況進(jìn)行跟蹤。通過生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，鑄鋼件水玻璃背砂工藝可滿足新八軸機(jī)車“軸箱體”的生產(chǎn)需求，可在生產(chǎn)中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鑄鋼件；水玻璃；背砂工藝；造型；軸箱體

機(jī)車配套鑄件一般采用水玻璃砂或樹脂砂做面砂+潮模砂背砂的造型工藝。隨著機(jī)車質(zhì)量大跨越提升，采用潮模砂背砂工藝生產(chǎn)鑄件，在加工工序出現(xiàn)的鑄造缺陷越來越多，鑄件在粗加工及精加工工序頻繁出現(xiàn)因鑄造缺陷而返修及報(bào)廢的狀況，造成大量的人力及物力損失。由于潮模砂強(qiáng)度較低，在造型過程中容易出現(xiàn)塌箱、漏箱問題。因此，現(xiàn)行的背砂工藝已不適應(yīng)發(fā)展的要求。

1　背砂工藝存在的問題

（1）潮模砂干強(qiáng)度低、濕強(qiáng)度高、水分高。黏土含量高，容易使鑄件產(chǎn)生掉砂、氣孔及縮孔缺陷。

（2）潮模砂使用的全是舊砂，水玻璃膜及樹脂膜沒有完全破解。重新配砂時黏土與舊砂的粘結(jié)強(qiáng)度低，合箱時造成塌箱，澆注時型砂脫落掉入鋼水中造成鑄件夾砂。

前期新八軸機(jī)車“軸箱體”精加工面的缺陷面積較大、數(shù)量較多，軸孔上端面有若干氣孔、縮松、裂紋等缺陷（見圖1）。

圖1　軸孔上端面有若干氣孔、縮松、裂紋等缺陷

針對鑄件結(jié)構(gòu)、使用性能和鑄件在粗加工、精加工時反映出的缺陷狀況進(jìn)行分析，選用新八軸機(jī)車“軸箱體”進(jìn)行工藝試驗(yàn)。

2　工藝研究

（1）水玻璃砂濕強(qiáng)度低而干強(qiáng)度高，完全執(zhí)行水玻璃砂工藝，鑄件澆注后的落砂非常困難，造成一系列的不必要浪費(fèi)。采用水玻璃背砂工藝既要達(dá)到水玻璃砂的基本強(qiáng)度要求，又要清砂容易。

（2）調(diào)整水玻璃黏結(jié)劑及黏土的加入量，控制水分的加入量。黏土的加入量與型砂的含水量無關(guān)。

（3）背砂配制工藝。水玻璃加入量：2.6%～3.5%；黏土加入量：1.2%～2.5%；含水量：3.0%～4.5%。

3　工藝試驗(yàn)

（1）配砂工藝實(shí)際加入量。第一碾：舊砂750 kg；膨潤土12 kg；水玻璃32 kg。第二碾：舊砂750 kg；膨潤土12 kg；水玻璃20 kg。第三碾：舊砂750 kg；膨潤土6 kg；水玻璃26 kg。第四碾：舊砂750 kg；膨潤土6 kg；水玻璃26 kg。

（2）碾壓工藝確定。背砂的碾壓選用S112碾輪式混砂機(jī)，開混砂機(jī)后加入舊砂、膨潤土，干混1～2 min，加入水玻璃混碾4～5 min后出砂。

（3）型砂物理性能測定。第一碾：由于水玻璃加入量較大，制作試樣時無法成型，透氣性及濕壓強(qiáng)度無法試驗(yàn)，含水量4.8%。第二碾：透氣性316；含水量4.12%；濕壓強(qiáng)度50 kPa。第三碾：透氣性290， 含水量4.04%，濕壓強(qiáng)度55 kPa。第四碾：透氣性339，含水量3.52%，濕壓強(qiáng)度60 kPa。

（4）2015年3月進(jìn)行工藝試驗(yàn)。對試驗(yàn)的“軸箱體”DJ15-0418#背砂的碾壓過程及造型、修型、砂型烘烤、下芯、合箱、落砂、切割澆冒口、鑄件整理及加工解剖情況進(jìn)行全面跟蹤。針對鑄件落砂問題，通過跟蹤觀察落砂過程發(fā)現(xiàn)，背砂的潰散性非常好。將砂箱放在落砂機(jī)上，振動20 s后，背砂全部散落，且不結(jié)塊。為對工藝進(jìn)行驗(yàn)證，對試制的“軸箱體”DJ15-0418#進(jìn)行切削解剖，解剖過程中發(fā)現(xiàn)在粗加工尺寸部位，軸孔上端面有一處4 mm×7 mm的氣孔缺陷，繼續(xù)加工，缺陷消失。試驗(yàn)結(jié)果顯示，軸孔上端面存有鑄造缺陷，但較前期生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量有明顯提高。

4　新八軸機(jī)車“軸箱體”試生產(chǎn)

2015年4月小批量生產(chǎn)新八軸機(jī)車“軸箱體”DJ150491#—DJ150523#，共33箱。生產(chǎn)過程與工藝試驗(yàn)相同。跟蹤精加工成品28箱（每箱1件），其中16件精加工面未發(fā)現(xiàn)缺陷，12件軸孔上端面及彈簧座面處有氣孔缺陷，但缺陷數(shù)量及面積較前期大為減少，鑄件的一次成品率為59%，質(zhì)量雖有較大幅度提高，但沒有達(dá)到預(yù)期數(shù)值，軸孔上端面有1處4 mm×5 mm的氣孔缺陷（見圖2）。

2015年5月新八軸機(jī)車“軸箱體”再次試生產(chǎn)11箱。由于工藝試驗(yàn)與“軸箱體”試生產(chǎn)結(jié)果未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。此次在背砂的混制過程中，水玻璃加入量控制在2.5%，并將背砂的水份控制在3.0%～3.8%。鑄件整理后經(jīng)精加工驗(yàn)證，11箱“軸箱體”一次通過檢查和檢驗(yàn)，加工面未發(fā)現(xiàn)任何鑄造缺陷。

通過生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，鑄鋼件水玻璃背砂工藝可滿足新八軸機(jī)車“軸箱體”的生產(chǎn)需求，大幅度提升了產(chǎn)品質(zhì)量。水玻璃背砂工藝可在生產(chǎn)中應(yīng)用。

圖2　軸孔上端面有1處氣孔缺陷

5　水玻璃背砂工藝的應(yīng)用

（1）型砂的碾壓設(shè)備。試驗(yàn)?zāi)雺罕成皶r，選用S112碾輪式混砂機(jī)碾壓水玻璃砂，在日常生產(chǎn)時選用S115碾輪式混砂機(jī)，而S115碾輪式混砂機(jī)工作過程為封閉式，也沒有水玻璃加入定量罐，背砂的碾壓狀況無法預(yù)知，型砂的取樣化驗(yàn)無法進(jìn)行。批量生產(chǎn)必須新增一臺碾輪式混砂機(jī)，以配制水玻璃背砂。

（2）輸送帶改造。碾壓后的背砂通過輸送帶送入背砂庫，不是直接送到造型場地，需要對輸送帶進(jìn)行改造，滿足生產(chǎn)需要。

（3）砂型落砂。試驗(yàn)表明，水玻璃砂背砂終強(qiáng)度較低，但能滿足工藝要求，澆筑后背砂潰散性較好，可滿足生產(chǎn)要求。

6　結(jié)論

通過試驗(yàn)生產(chǎn)及精加工驗(yàn)證表明，水玻璃背砂工藝有較高的濕強(qiáng)度，鑄型起模后用CO2烘烤，提高了鑄件尺寸精度及外觀質(zhì)量，鑄件掉砂情況較少，鑄型排氣道的設(shè)計(jì)不受背砂影響。由于鑄型的面砂與背砂全部硬化，明顯提高了砂型的干強(qiáng)度，有效防止了鑄件變形。在翻轉(zhuǎn)合箱過程中，不會發(fā)生塌箱及掉蓋的情況，從鑄造工藝角度上考慮可行。與水玻璃背砂工藝相配套的設(shè)備及技術(shù)國內(nèi)外均已成熟，只需對造型及混砂設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，可顯著提高鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，完全可用于生產(chǎn)實(shí)踐。

7　參考文獻(xiàn)

[1] 中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會. 鑄造手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 日本鑄造工學(xué)會. 鑄造缺陷及其對策[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

李新春：大同益達(dá)鑄造有限責(zé)任公司，助理工程師，山西大同，037038

徐盛春：中車大同電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心工藝開發(fā)部，高級工程師，山西 大同，037038

責(zé)任編輯 高紅義

中圖分類號：TG24

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-061X（2016）02-0034-02