砂型鑄造砂鐵比降低方法研究

楊 磊，馬 瑞，李文輝，韓慶文

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

砂鐵比是指鑄造生產(chǎn)過程中，同一鑄型所用型砂的總質(zhì)量與鑄件質(zhì)量的比值。

目前大型鑄件生產(chǎn)大多依賴樹脂砂制造工藝，樹脂砂工藝所需的樹脂和固化劑，其價(jià)格昂貴，是鑄造造型生產(chǎn)中很重要的一部分成本支出。因此，降低樹脂和固化劑的使用量，是降低鑄件生產(chǎn)成本的重要環(huán)節(jié)，首先要根據(jù)所需型砂強(qiáng)度，盡量控制低的樹脂固化劑加入量，其次過程中嚴(yán)格控制砂鐵比，達(dá)到降低成本的目的。

1 砂鐵比的影響

1.1 對成本的影響

樹脂固化劑價(jià)格昂貴，降低砂鐵比，即降低型砂用量，同時(shí)降低樹脂固化劑的使用量，從而降低生產(chǎn)成本，例如：砂鐵比從6降到5，則每生產(chǎn)1t鑄件可節(jié)省1t型砂，目前的樹脂砂生產(chǎn)成本約為300元/t，按年產(chǎn)量10000t計(jì)算的話，每年可節(jié)約生產(chǎn)成本300萬元。

1.2 對再生砂灼減量的影響

一般情況下，砂鐵比越高，再生砂灼減量會(huì)增高，回用時(shí)型砂的發(fā)氣量大，鑄件易產(chǎn)生氣孔缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量[1]。因此，降低砂鐵比的同時(shí)會(huì)減少再生砂的灼減量，鑄件不易產(chǎn)生氣孔等缺陷，提升產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量。

1.3 對再生砂溫度的影響

砂鐵比的大小直接影響舊砂和再生砂的平均溫度，砂鐵比越低，舊砂的平均溫度越高。在氣溫較低的時(shí)候，對提高生產(chǎn)率、節(jié)約能耗有很大好處，但在氣溫較高的時(shí)候，為確保型砂質(zhì)量，還需增加相應(yīng)的砂溫冷卻裝置降低砂溫，以保證混砂溫度在20～30℃的最佳狀態(tài)[1]。

2 砂鐵比的日常管理

砂鐵比降低，除了依靠設(shè)計(jì)之外，日常的規(guī)范管理也是一個(gè)很重要的工作環(huán)節(jié)，首先要根據(jù)企業(yè)的砂鐵比控制能力及設(shè)計(jì)能力，制定各類產(chǎn)品及單件產(chǎn)品的完成目標(biāo)，例如：大缸類產(chǎn)品≤4，環(huán)類產(chǎn)品≤8.5等。其次就是要實(shí)現(xiàn)單件產(chǎn)品造型過程的型砂使用量及樹脂固化劑使用量的日常統(tǒng)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)單件產(chǎn)品砂鐵比的完成情況統(tǒng)計(jì)，并與工藝設(shè)計(jì)值進(jìn)行對比，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的量化推動(dòng)，還需定期對完成較差的單件產(chǎn)品及分類產(chǎn)品進(jìn)行專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場操作，實(shí)現(xiàn)降低砂鐵比的目的。

3 砂鐵比降低方法

3.1 工裝設(shè)計(jì)

砂鐵比工裝設(shè)計(jì)應(yīng)以保證產(chǎn)品造型過程可操作性、澆注過程安全性為前提，因此，工裝設(shè)計(jì)時(shí)還需關(guān)注以下幾點(diǎn)要求：

（1）確保產(chǎn)品鑄型吃砂量（樹脂砂厚度），根據(jù)生產(chǎn)鑄件的大小確定合適的吃砂量，以大型鑄鋼件（一般指單件重10t以上的鑄鋼件）為例，鑄型吃砂量≥150mm，澆道吃砂量≥200mm。

（2）工裝應(yīng)盡量與砂箱組裝成整體，在造型前提前進(jìn)行組配，減少流砂過程中員工的操作強(qiáng)度。

（3）工裝應(yīng)具有可回收及可重復(fù)利用的特性，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡相同，需盡量設(shè)計(jì)采用可拆卸，可通用的工裝，節(jié)約工裝制作成本。

3.2 分類產(chǎn)品設(shè)計(jì)舉例

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品類型進(jìn)行分類，并對各類產(chǎn)品工裝設(shè)計(jì)舉例如下，希望能對相關(guān)企業(yè)起到指導(dǎo)借鑒的作用，各企業(yè)可根據(jù)自己生產(chǎn)的產(chǎn)品類型進(jìn)行分類，制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場生產(chǎn)，達(dá)到降低砂鐵比的目的。

3.2.1 大缸類及閥殼類產(chǎn)品

大缸類產(chǎn)品形狀較統(tǒng)一，一般為半圓弧狀，具有壁厚大，重量大的特點(diǎn)；閥殼類產(chǎn)品形狀不規(guī)則，管口數(shù)量及方向都各不相同，此兩類產(chǎn)品，砂鐵比降低措施一般組單側(cè)工裝：單側(cè)工裝主要由N形、L形用螺桿組裝而成，再與砂箱內(nèi)側(cè)用螺桿連接，N形、L形，用普通碳鋼鋼板焊接而成，根據(jù)砂箱尺寸及吃砂量的不同，需設(shè)計(jì)不同尺寸的工裝以滿足使用需求，組裝方式如圖1所示。

3.2.2 回轉(zhuǎn)體類及環(huán)類產(chǎn)品

圖1 大缸類/閥殼類產(chǎn)品砂鐵比降低工裝組配圖示

回轉(zhuǎn)體類產(chǎn)品內(nèi)腔工藝信息較多，內(nèi)腔部分不易組裝工裝，僅能在外圍部分，在滿足吃砂量的前提下組裝隔角箱帶。環(huán)類產(chǎn)品是目前鑄件里砂鐵比最高的產(chǎn)品之一，該類產(chǎn)品有輪廓尺寸大、壁厚小、產(chǎn)品重量小等特點(diǎn)，如果全部使用樹脂砂造型，砂鐵比至少達(dá)到15，環(huán)類產(chǎn)品砂鐵比，還是存在很大的下降空間，目前環(huán)類產(chǎn)品砂鐵比設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：內(nèi)腔部分放置圓形及多邊形工裝以及外圍部分組裝隔角箱帶，組裝方式如圖2所示。

4 造型操作方法

（1）填干砂塊：填干砂塊是降低砂鐵比過程中最常見的一種措施，通過回收利用落砂過程中的一些未潰散的砂塊，造型過程中在吃砂量大的部位隨機(jī)填充放置，替代樹脂砂的體積，從而達(dá)到降低砂鐵比的目的。

（2）標(biāo)準(zhǔn)工裝填砂塊：可根據(jù)生產(chǎn)鑄件的噸位及砂箱的尺寸，制作不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)工裝填砂塊，尺寸不宜過大，以人可搬運(yùn)為主，在鑄型及砂芯中都可以使用，使用時(shí)需要注意：在一塊區(qū)域內(nèi)同時(shí)使用多個(gè)填砂塊時(shí)要保證填砂塊之間的吃砂量大于50mm，填砂塊要盡可能的用加強(qiáng)筋等連接工裝與砂箱主板、箱帶、連接件及芯骨（吊胎骨架）進(jìn)行連接，確保強(qiáng)度，防止鑄型開裂問題。

圖2 環(huán)類/回轉(zhuǎn)體類產(chǎn)品砂鐵比降低工裝組配圖示

（3）流干砂子：造型時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品內(nèi)部吃砂量大小及形狀，組裝所需要的各種形狀工裝，以填充干砂子，從而節(jié)省樹脂用量，以降低砂鐵比。

5 結(jié)論

砂鐵比的降低，可大大降低生產(chǎn)成本和減少鑄件氣孔缺陷，但同時(shí)會(huì)帶來砂溫升高的問題，需做好砂溫的控制措施，確保型砂的質(zhì)量；砂鐵比的降低，除了設(shè)計(jì)的規(guī)范化外，日常的砂鐵比管理工作也至關(guān)重要，如何通過量化及制度方面的完善，來激勵(lì)操作人員嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)，是降低砂鐵比的重要環(huán)節(jié)，需通過對設(shè)計(jì)值及各類產(chǎn)品的目標(biāo)值的掛鉤量化推動(dòng)，并定期對完成較差的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)及操作的原因分析，做到不斷完善改進(jìn)，創(chuàng)新；砂鐵比的降低，很大一部分取決于工裝設(shè)計(jì)的規(guī)范化，通過日常經(jīng)驗(yàn)的積累及設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，找到適合自己的各類辦法，總結(jié)、制定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，從設(shè)計(jì)上降低砂鐵比；砂鐵比的降低，除了依靠設(shè)計(jì)外，最終還要取決于現(xiàn)場的執(zhí)行，在嚴(yán)格執(zhí)行工裝工藝的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的填干砂塊，標(biāo)準(zhǔn)工裝填砂塊，流干砂子等措施，進(jìn)一步降低砂鐵比。