紙質(zhì)澆道在消失模鑄造中的應(yīng)用小結(jié)

袁東洲（1.全國消失模與V法鑄造技術(shù)委員會，湖北武漢430074；2.中國鑄造技術(shù)聯(lián)盟，河南洛陽471133）

紙質(zhì)澆道在消失模鑄造中的應(yīng)用小結(jié)

袁東洲1，2
（1.全國消失模與V法鑄造技術(shù)委員會，湖北武漢430074；2.中國鑄造技術(shù)聯(lián)盟，河南洛陽471133）

以消失模鑄造澆注系統(tǒng)用材演變過程為題，通過對比闡述鑄造用紙質(zhì)澆道管新材料的優(yōu)越性。紙質(zhì)澆道管是鑄造行業(yè)的一項改善鑄件質(zhì)量，提高金屬液利用率，減少環(huán)境污染的工藝措施。所具有重量輕，承插連接不漏砂，使用靈活方便；常溫下不易損壞，澆注后易剝離、好清除，固體廢棄物少；對鑄件沒有滲碳問題等優(yōu)點。紙質(zhì)澆道在消失模鑄造上的利用綠色環(huán)保，作為提高鑄件質(zhì)量的輔助材料，具有一定的推廣價值。

消失模鑄造自20世紀(jì)90年代初在我國進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，現(xiàn)已成為鑄造工業(yè)的重要組成部分。最能體現(xiàn)消失模鑄造技術(shù)優(yōu)越性的當(dāng)屬箱（殼）體類鑄件（變速箱箱體、差速器殼體、轉(zhuǎn)向器殼體、空壓機(jī)箱體、電機(jī)殼及消防栓殼體等）。箱（殼）體的傳統(tǒng)鑄造方法是黏土砂表干型或者樹脂砂三開箱工藝。該鑄造工藝對工人的技術(shù)水平要求高，下芯、合箱操作稍有不慎不僅易造成飛邊、毛刺和夾砂，清理時的工作量大；而且澆注時候容易出現(xiàn)跑火現(xiàn)象，鑄件個別部位易出現(xiàn)冷隔。采用樹脂砂鑄造，因使用樹脂黏結(jié)劑，這種化學(xué)黏結(jié)劑一直存在環(huán)保問題，樹脂黏結(jié)劑在生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各種復(fù)雜刺激性氣體和有機(jī)化合物往往具有聯(lián)合毒害作用，對于生產(chǎn)現(xiàn)場操作工人健康也有危害，長期在這種環(huán)境下工作的勞動者除了砂型鑄造車間的粉塵影響外，還可能產(chǎn)生心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。何況樹脂砂用量大，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，舊砂重復(fù)利用設(shè)備投資很大，且生產(chǎn)成本居高不下。因而鑄造箱（殼）體的企業(yè)棄傳統(tǒng)砂鑄而選擇消失模鑄造不失為明智之舉。

1 消失模鑄造澆注系統(tǒng)用材的變遷

消失模澆注系統(tǒng)的設(shè)計和傳統(tǒng)砂型鑄造工藝一樣，首先要確定內(nèi)澆道（最小截面尺寸），再按比例確定橫澆道和直澆道的尺寸大小。傳統(tǒng)砂鑄是取出木模后鑄型成為空腔。由于消失模鑄造鑄型內(nèi)泡塑模樣不用取出，這才有了“實型”一說。相對而言，在設(shè)計消失模澆注系統(tǒng)時和傳統(tǒng)砂鑄還是有差異的，快速澆注是E PC工藝的最大特點，除此要求充型平穩(wěn)，以保證整個充型過程順利有序，才會獲得完整鑄件。設(shè)計消失模澆注系統(tǒng)必須考慮充型速度與模樣的熱解速度以及熱解產(chǎn)物排除鑄型的速度一致，只有這樣才能避免充型時通常易出現(xiàn)的鑄型坍塌，嗆火（反噴）和鑄件內(nèi)部產(chǎn)生夾渣、氣孔、皺皮等缺陷[2]。

1.1 泡沫材料澆注系統(tǒng)

消失模鑄造應(yīng)用于生產(chǎn)初期澆注系統(tǒng)材料是直接用泡沫板切割制作，都是實心的；后來澆注系統(tǒng)做成空心開始只是直澆道，這樣可以減少直澆道的發(fā)氣量，能有效防止?jié)沧⒊跏冀饘僖悍磭?，保證金屬液從上而下迅速而平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型。在國內(nèi)還沒有研制出紙質(zhì)空心澆道之前，消失?？招臐驳婪譃閮煞N，工廠用泡沫制作的空心澆道和耐火材料（陶、瓷）空心澆道。陶瓷空心澆道因價格及供貨等方面原因，國內(nèi)消失模鑄造企業(yè)只在生產(chǎn)重要鑄件和技術(shù)要求很高的鑄件使用耐火材料空心澆道。據(jù)我們所知國外消失模鑄造廠家使用相當(dāng)普遍。

消失模鑄造澆注系統(tǒng)用泡沫實芯制作，澆注時常常出現(xiàn)“反噴”現(xiàn)象，澆注工也因安全而中斷正常澆注，導(dǎo)致鑄件冷隔，澆不足。澆注結(jié)束開箱落砂后，發(fā)現(xiàn)澆口杯與直澆道連接處（長約30mm～60mm）以及直澆道與橫澆道連接處時常有薄厚不同的粘砂（俗稱粗脖子）現(xiàn)象,如圖1所示。

鑄件送到機(jī)加車間出現(xiàn)相當(dāng)多砂眼、夾渣缺陷，機(jī)加工面清晰可見的白點也有黑點缺陷。諸多消失模車間因報廢特別嚴(yán)重時，公司決策層就產(chǎn)生讓消失模車間停產(chǎn)想法。針對這個問題，許多專家教授采取過很多措施，情況有所改善，但仍無法根除。究其原因：澆口杯與直澆道連接處處于砂箱上端，澆注開始后負(fù)壓值變低，對接處本身周圍的型砂緊實度較低；加上此處受涂料層的影響，由于消失模鑄造涂料過分強(qiáng)調(diào)透氣性，澆口杯與直澆道處是系高溫集聚區(qū)，如果此處涂料透氣性高，高溫金屬液更容易滲出，則易形成鐵包砂的“粗脖子”。此處所用涂料應(yīng)要求高強(qiáng)度、耐沖刷。在上述綜合因素的影響下，同樣也易使涂層破損導(dǎo)致型砂被吸入型腔，造成鑄件產(chǎn)生沙眼、夾渣等缺陷。消失模鑄造車間在這種情況下，就會考慮使用陶瓷空心澆注管。

圖1 澆道嚴(yán)重粘砂示意圖

1.2 陶瓷空心管直澆道

陶瓷空心管直澆道是用陶瓷管做直澆道，陶瓷空心直澆道管的內(nèi)徑是泡沫直澆道的外徑（泡沫外徑可略大0.5mm～1mm），將管的一端套入泡沫直澆道（套入段刮去涂料），在接頭臺階處刷涂料后用電吹風(fēng)烘干再用石棉布（或玻璃絲布）將接口處包扎，然后刷1～2遍涂料，并可整體烘干，使該處涂料強(qiáng)度得以保障，而后在填砂震實刮平（陶瓷空心管高出砂平面20mm～30mm），陶瓷空心管露出端在砂箱覆蓋塑料膜后，周邊放一圈封箱泥條然后上面放澆口杯稍用力壓實，在接縫處用壓扁封箱泥進(jìn)行粘連即可（如圖2所示）。

陶瓷澆道管尺寸精確，與泡沫橫澆道或內(nèi)澆道粘結(jié)，安裝方便，硬度高、耐高溫、抗沖刷能力強(qiáng)，減少了澆注時“反噴”發(fā)生率，杜絕掉砂，明顯消除鑄件黑點及夾渣缺陷，廢品率降低，生產(chǎn)效益提高，受到消失模鑄造車間的認(rèn)可。

但是，陶瓷澆道管及管件也有美中不足之處，抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性較差。最大弱點是抗沖擊強(qiáng)度低，不耐磕碰，容易破損，屬于易碎物品。此外，在使用中鑄造車間普遍反映，陶瓷澆道管容易與鐵液發(fā)生粘結(jié)，這樣就導(dǎo)致了無法重復(fù)使用。幾乎是一個鑄型用一個澆口杯和直澆道，日積月累的消耗無法避免，長期使用增加鑄造車間的成本。隨著對陶瓷管的改進(jìn)，陶瓷管在消失模鑄造上的應(yīng)用會有相當(dāng)大的使用空間，目前陶瓷澆道管仍然是消失模鑄造降低廢品率的一種有效手段。

圖2 陶瓷管的使用及與澆口杯的封閉連接

1.3 紙質(zhì)澆道管的研制與使用

紙質(zhì)澆道管在國內(nèi)是最近幾年才發(fā)展起來的用于消失模鑄造澆注系統(tǒng)材料。

國內(nèi)相關(guān)專家在參加國際鑄造博覽會，看到國外展商的鑄造用紙質(zhì)澆道深受啟發(fā)。國內(nèi)多家鑄造材料公司以及研究單位開始著手研制用于消失模鑄造澆注系統(tǒng)的紙管。寶雞華光鑄造材料科技有限公司技術(shù)研發(fā)中心和西安交通大學(xué)等單位專家教授經(jīng)過近4年的反復(fù)試制、改進(jìn)、實踐，制造出完全符合技術(shù)要求的鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品已在全國多家鑄造企業(yè)成功應(yīng)用，并得到了消失模鑄造廠家的贊譽(yù)，消失模鑄造用紙質(zhì)澆道管組合樣件如圖3所示。

圖3 消失模鑄造用紙質(zhì)澆道管組合樣件

圖4為研制公司的技術(shù)研發(fā)中心派工程師到消失模鑄造車間現(xiàn)場給大型裝載機(jī)箱體鑄型上安裝紙質(zhì)澆道管。

圖4 紙質(zhì)澆道管安裝在箱體鑄型

紙質(zhì)澆道管和管件重量輕、易搬動、切割方便、好安裝。用紙質(zhì)澆道管及管件，比用陶瓷管時工序簡化，不用套在泡沫澆道上；同時解決了陶瓷管因重量在移動時容易松動、移位甚至與泡沫連接處易折斷問題。紙質(zhì)澆道可以制作橫澆道以及其它管件，與陶瓷管相比就是一大進(jìn)步。后道清理工序因為不再出現(xiàn)像陶瓷管與鐵液粘連問題，工作量要減輕很大。生產(chǎn)實踐證明紙質(zhì)澆道管及管件不會對熔煉的金屬液材質(zhì)帶來任何影響。

2 消失模鑄造應(yīng)用紙質(zhì)澆道管的優(yōu)勢

2.1 制造優(yōu)勢

鑄造用紙質(zhì)澆道選用的原輔材料有紙漿纖維、耐高溫材料和粘接材料、增強(qiáng)劑、防潮劑等，在特定的壓力下，通過設(shè)計的專用模具成型，經(jīng)干燥、整形等工序制作成各種規(guī)格空心管狀制品。在鑄型澆注前安裝澆道，可根椐鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計的鐵水流量、流向需要進(jìn)行選擇澆道管直徑、變徑、轉(zhuǎn)彎、三通、四通，澆道所用管及管件全部采用插接的方法，長度易切割方便靈活（如圖5所示），澆注系統(tǒng)承接部位連接牢固。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

紙質(zhì)澆道管通過在消失模鑄造上的應(yīng)用顯示出非常好優(yōu)勢：重量輕（紙質(zhì)澆道管是同型號陶瓷管重量的1/10），強(qiáng)度高，易切割，澆道所用管及管件全部采用承插連接，安裝方便易與泡沫澆道連接；降低澆注系統(tǒng)金屬殘留量，減少金屬液流入鑄型時產(chǎn)生紊亂的幾率；高溫強(qiáng)度好，杜絕掉砂，預(yù)防產(chǎn)生夾渣缺陷；耐火度高，抗沖刷能力強(qiáng)，特別是不對金屬液產(chǎn)生任何影響，保持了金屬液原有的材質(zhì)性能，對鑄件沒有滲碳的問題；消除鑄件黑點，減少和避免積碳、皺皮缺陷的形成；降低消失模澆道澆注時因氣化反應(yīng)劇烈造成（反噴）的發(fā)生率；有效減少金屬液熱損失，防止在澆注過程中過早結(jié)殼現(xiàn)象發(fā)生；澆注后堅硬固體廢棄物少，高溫后易碎、易剝離、減輕清理鑄件的勞動量；解決了使用傳統(tǒng)陶瓷澆道管諸多缺點，既節(jié)能又綠色環(huán)保。

圖5 紙質(zhì)澆道管正在安裝中

3 結(jié)語與展望

現(xiàn)代裝備制造工業(yè)的發(fā)展，將促使鑄造用新技術(shù)與新材料的發(fā)展。裝備制造工業(yè)對鑄件技術(shù)要求也越來越高，并向著輕量化、薄壁、復(fù)雜、大型整體的方向發(fā)展。尤其較為復(fù)雜的大型整體薄壁鑄件，采用優(yōu)良的澆道產(chǎn)品是保證鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量及鑄件尺寸精確等技術(shù)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。研制鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品順應(yīng)裝備制造工業(yè)發(fā)展大趨勢，在鑄造行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢非常顯著。紙質(zhì)澆道管，鑄造行業(yè)的專家學(xué)者對其前景特別看好；存在的“擋渣、蔽渣”功能等問題，仍需要進(jìn)一步改善，促使這樣新產(chǎn)品更加完美和成熟。紙質(zhì)澆道管在消失模鑄造上的應(yīng)用推廣，為在其它鑄造方法上的實用起到示范效應(yīng)；生產(chǎn)實踐過程會為研制單位提供更多的提升思路，在不斷總結(jié)和研制新產(chǎn)品基礎(chǔ)上，讓這一新材料在鑄造行業(yè)更具有推廣價值。

［1］張建中，陳發(fā)明，葉青，彭言群.呋喃樹脂砂鑄造工藝職業(yè)危害特征流行病學(xué)研究［J］.2012，39（1）：45-50.

［2］黃乃瑜，葉升平，樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004：175-176.

消失模鑄造；紙質(zhì)澆道管

TG23

A

1674-6694（2017）03-0027-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.009

2017-04-20

袁東洲（1947-），男，高級工程師。全國鑄造學(xué)會消失模與V法鑄造技術(shù)委員會高級鑄造工程師。