單鑄試塊在批量鑄造管件消失模生產(chǎn)線上的應(yīng)用

賈國(guó)芳，劉善江，蘇西鵬

（蕪湖新興新材料產(chǎn)業(yè)園有限公司，安徽蕪湖 241000）

1 附鑄試塊主要做法及存在問題

消失模鑄造所用附鑄試塊是用EPS泡沫切割Y型試樣（見圖1），經(jīng)上涂料、烘干并粘接在鑄件泡沫模型上，隨鑄件鑄造成型的。附鑄試塊連同鑄件經(jīng)落砂拋丸后，再?gòu)蔫T件組樹中取下，送性能室進(jìn)行加工檢測(cè)，可以說附鑄試塊的制作流程完全就是消失模鑄造工藝過程的縮影。附鑄試塊與鑄件具有相同的成型、冷卻工藝條件，通過其檢測(cè)鑄件性能指標(biāo)能夠反映本體實(shí)際情況，目前多數(shù)消失模管件廠都采用附鑄試塊檢測(cè)性能。

實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高的消失模生產(chǎn)線上，用附鑄試塊檢測(cè)管件性能存在取樣困難、性能檢測(cè)延后、綜合成本高等問題。

圖1 用泡沫切割的附鑄試塊模樣

1.1 附鑄試塊取樣困難

消失模是一個(gè)長(zhǎng)流程的鑄造工藝，大批量生產(chǎn)球鐵管件，一包鐵水進(jìn)行多箱澆注是非常普遍的。球墨鑄鐵在澆注凝固之前，存在隨時(shí)間延長(zhǎng)而球化衰退的現(xiàn)象，如果一包鐵水最后澆注的管件性能合格，那么該包鐵水澆注的所有管件性能全部合格。基于對(duì)球墨鑄鐵的認(rèn)識(shí)，大批量生產(chǎn)管件條件下，性能檢測(cè)更要有針對(duì)性，不能全部檢測(cè)但更不能漏檢，檢測(cè)每包澆注的最后一箱管件性能才最有意義。球墨鑄鐵光譜檢測(cè)的化學(xué)成分，并不能代表鑄鐵的性能。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求每4 t管件為一個(gè)組批，每批檢測(cè)一組機(jī)械性能。在高效率的生產(chǎn)線上，要準(zhǔn)確找到每包鐵水澆注的最后一箱隨型附鑄試塊是有很大難度的，需要對(duì)照澆注記錄和跟蹤卡，在清理現(xiàn)場(chǎng)一點(diǎn)一點(diǎn)核對(duì)查找，這個(gè)過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力還容易出錯(cuò)。消失模生產(chǎn)效率高，鑄件經(jīng)出箱、拋丸、切割之后，到現(xiàn)場(chǎng)去查找每包澆注的最后一箱試塊顯然有很大難度。實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)取樣混亂現(xiàn)象，即：試塊性能檢測(cè)合格而鑄件不合格，或者是試塊性能檢測(cè)不合格而鑄件本體是合格的，也就是所取的試塊是錯(cuò)誤的，試塊和包次對(duì)應(yīng)不上。針對(duì)這種情況曾經(jīng)設(shè)想在管件落砂出箱工位取樣，但因存在鑄件溫度高、場(chǎng)地狹小，加上時(shí)間緊張、需對(duì)照澆注原始記錄逐箱核對(duì)等諸多不便，該方法最終未能實(shí)施和推行。

1.2 性能檢測(cè)延后

生產(chǎn)中總希望在最短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出管件性能，一旦發(fā)現(xiàn)不合格項(xiàng)，便于盡快對(duì)管件進(jìn)行截留處置。鑄件性能檢測(cè)越快越好，但是附助試塊必須在管件出箱拋丸后才能取樣、制樣，難以做到快速及時(shí)。機(jī)械化生產(chǎn)線上通常有幾十個(gè)砂箱在周轉(zhuǎn)，全天連續(xù)生產(chǎn)時(shí)砂箱周轉(zhuǎn)一個(gè)循環(huán)也要5 h～6 h，間歇式生產(chǎn)條件下很大一部分管件甚至要推遲到第二天出箱，遇到設(shè)備檢修取樣延后的時(shí)間則更長(zhǎng)，取樣工需要帶著幾天的澆注記錄去現(xiàn)場(chǎng)找樣，可以想象，取樣滯后和混亂在所難免。

1.3 采用附助試塊綜合成本高

為了大包鐵水多箱集中澆注，消失模機(jī)械化自動(dòng)生產(chǎn)線，兩個(gè)造型工位和兩個(gè)澆注工位是交叉驅(qū)動(dòng)推箱的。要做到每包鐵水澆注的最后一箱管件帶有附鑄試塊，造型排箱布置難以實(shí)現(xiàn)。為了確保每包最后一箱有試塊，實(shí)際生產(chǎn)中往往是每一箱模型都粘接上附鑄試塊。按照工藝規(guī)定每包澆注4箱只需用1個(gè)試塊，這種情況下另外3箱澆注的試塊是多余的，只能再回爐熔化?？梢娺@種做法，無論泡沫材料、涂料、人工和鐵水消耗都是很大的，存在嚴(yán)重的浪費(fèi)，因而附鑄試塊綜合成本高。

2 應(yīng)用單鑄試塊的主要做法

采用單鑄試塊制樣檢測(cè)管（鑄）件性能是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的，GB/T1348-2009《球墨鑄鐵件》中這樣表述：“試樣應(yīng)盡可能代表鑄件，采用何種試樣（單鑄、附鑄、本體試樣）由供需方協(xié)商，一般情況下當(dāng)鑄件單重超過2 t，且壁厚超過200 mm時(shí)，采用附鑄試塊制樣。單鑄試塊應(yīng)采用與鑄件鑄型導(dǎo)熱性能相當(dāng)?shù)蔫T型，進(jìn)行單獨(dú)鑄造成型，試塊的落砂溫度一般不應(yīng)超過500℃”.經(jīng)查找資料，接近消失模鑄型冷卻條件的是樹脂砂型，利用呋喃樹脂砂制作管件砂芯的便利條件，先用呋喃樹脂砂制作單鑄試塊的砂型進(jìn)行試驗(yàn)，具體做法如下。

2.1 制作Y型試塊的金屬模具

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T1348-2009中提供的Y型試樣尺寸，用消失模工藝澆注了Y型樣毛坯，經(jīng)打磨修整得到了單鑄試塊砂型鑄造模樣，用剛板焊制方形敞口箱框，考慮脫模方便，Y型試樣模具四周設(shè)計(jì)了較大的拔模斜度，箱框設(shè)計(jì)為對(duì)開式的。采用金屬模具和箱框耐用性好，使用壽命長(zhǎng)。單鑄試塊手工砂型鑄造，自制簡(jiǎn)易金屬模具見圖2.

2.2 用樹脂砂制作Y型試塊鑄型

用呋喃樹脂自硬砂制作Y型試塊脫箱鑄型，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，鑄型四周吃砂量不小于40 mm，以滿足鑄型冷卻條件的要求?；焐啊⑻钌熬o實(shí)、起模修整、刷涂整個(gè)過程全部為手工操作。單鑄樹脂砂試塊鑄型見圖2.

2.2.1 從最后一箱的澆口杯中取鐵水澆注試塊

每包澆注完畢，把Y型試塊砂型放到最后澆注砂箱面上，用經(jīng)過預(yù)熱的取樣勺從澆口杯內(nèi)取鐵水澆注到試塊鑄型內(nèi)。已澆注的單鑄試塊及鑄型見圖3.可見這種取樣方法具有準(zhǔn)確性，收集試樣方便不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

圖2 單鑄試塊手工砂型鑄造模樣、箱框

圖3 已澆注的單鑄試塊

2.2.2 取樣送檢

澆注后的試塊鑄型隨同砂箱移動(dòng)到鑄型冷卻線，單鑄試塊溫度低于500℃，從鑄型取下，排隊(duì)按次序放置到試塊架上，此時(shí)只需用粉筆在試塊上寫明當(dāng)班的包次號(hào)即可，性能室的制樣工取走試塊，進(jìn)行制樣和性能檢測(cè)。這種做法取樣方便、直接、高效，克服了以往采用附鑄試塊需要到打磨清理現(xiàn)場(chǎng)找試塊的弊端。

2.3 改進(jìn)工藝，采用覆膜砂制作Y型試塊殼型

用普通呋喃樹脂砂手工制作Y型試塊鑄型，存在吃砂量大砂耗高、制作效率低、試塊表面質(zhì)量差等問題。為了進(jìn)一步提高鑄鐵試塊表面質(zhì)量并降低樹脂砂消耗，結(jié)合現(xiàn)有的熱芯盒制芯機(jī)（見圖4），設(shè)計(jì)制作單鑄試塊覆膜砂殼型模具，所制殼型的砂層厚度為10 mm，殼型的重量只有呋喃樹脂砂型的1/4（見圖5）.單鑄試塊的殼型采用熱芯盒成型機(jī)完成射砂、加熱硬化、脫模等全部作業(yè)，殼型生產(chǎn)效率高，表面光潔致密。相比呋喃樹脂砂手工制作單鑄試塊鑄型，用覆膜砂殼型澆注單鑄試塊表面質(zhì)量明顯提高，制作成本顯著降低。

3 采用單鑄試塊的優(yōu)點(diǎn)和效益分析

為節(jié)省材料消耗，所設(shè)計(jì)的單鑄試塊的覆膜砂型壁薄而輕，難以滿足試塊的冷卻條件，為防止試塊冷卻太快，覆膜砂殼型外部填充干砂進(jìn)行有效保溫，同時(shí)也防止了殼型開裂漏鐵的隱患（見圖6）.幾個(gè)月來的實(shí)踐證明，采用單鑄試塊操作靈活方便，檢測(cè)準(zhǔn)確可靠，節(jié)能降耗顯著。

圖4 覆膜砂殼型射芯機(jī)及模具

圖5 Y型單鑄試塊覆膜砂殼型

圖6 覆膜砂型外填背砂澆注

3.1 從最后一箱澆口杯中取樣，檢測(cè)管件性能代表性強(qiáng)

單鑄試塊是從澆注最后一箱澆口杯中取樣的，反映的是該包鐵水所對(duì)應(yīng)鑄件的最低性能。球墨鑄鐵不同于其他金屬材料，其存在球化有效期，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)將出現(xiàn)球化衰退和性能衰減。從最后澆注的澆口杯中取樣，能夠嚴(yán)格監(jiān)控一包鐵水所澆注全部鑄件性能指標(biāo)。只要試塊性能合格，其所對(duì)應(yīng)包次的鑄件性能合格；如果試塊性能不合格，還可以分別追蹤檢測(cè)不同箱次鑄件本體金相和性能，以篩選不合格鑄件。

3.2 取樣方便，性能檢測(cè)及時(shí)高效

每包只需澆注一個(gè)單鑄試塊，不需要每箱做出附鑄試塊，單鑄試塊相比之前附鑄試塊，澆注數(shù)量上減少了3/4.試塊數(shù)量少并且在箱外澆注為取樣提供了極大的方便，取樣避開了后續(xù)的鑄件出箱、轉(zhuǎn)運(yùn)、拋丸等工序，取樣過程受限制環(huán)節(jié)少避免了混亂，性能檢測(cè)更為方便、快捷和準(zhǔn)確。

3.3 采用單鑄試塊具有節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)

制作附鑄試塊分為切割泡沫、浸掛涂料、烘干、組箱粘接等工序，采用單鑄試塊主要是制作砂型，制作單鑄試塊的數(shù)量?jī)H是附鑄試塊的量的1/4，相當(dāng)于人工成本減少3/4.

采用單鑄試塊真正做到了每包鐵水只需澆注一個(gè)Y型試塊，同以往的做法相比，每包鐵水可以少澆注3/4數(shù)量的試塊，每月節(jié)省4.7 t鐵水，計(jì)算如下：消失模單班生產(chǎn)，產(chǎn)量1 200 t/月，平均每天澆注24包鐵水，80箱鑄型，日澆注單鑄試塊24個(gè)，平均每月（按28天）澆注單鑄試塊672個(gè)（24×28=672）.以往每月實(shí)際澆注附鑄試塊2 240個(gè)（28×80=2 240），采用單鑄試塊后每月減少試塊數(shù)量1 568 個(gè)（2 240-672=1 568）.試塊單重 3 kg，僅試塊一項(xiàng)可減少耗鐵量 4.7 t/月（1 568×3=4 700 kg）.平均每月4.7 t回爐鐵熔煉電耗：4.7×700=3 290 kW·h，式中700為熔化噸固體料平均電耗kW·h.

4 采用單鑄試塊存在的問題與注意事項(xiàng)

采用單鑄試塊檢測(cè)性能，這種做法一開始也遇到不少問題，比如試塊表面粘砂、試塊硬度大鋸切試塊困難、澆注的試塊缺肉不豐滿等。經(jīng)過提高鑄型緊實(shí)度，加強(qiáng)表面刷涂，注意澆注后保溫等措施，特別是采用覆膜砂制作單鑄試塊殼型，有效克服了上述不足。與附鑄試樣相比，同樣一包鐵水采用單鑄試塊檢測(cè)的性能指標(biāo)，抗拉強(qiáng)度高5%左右，延伸率低2%左右，硬度高3%左右，分析原因是砂鑄試塊和取樣方式對(duì)鐵水帶來的過冷傾向大于附鑄試塊造成的。雖然有這樣偏差，但是只要掌握了這個(gè)規(guī)律，并不影響對(duì)性能的檢測(cè)和判定。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，在高效率的消失模生產(chǎn)線上，采用單鑄試塊檢測(cè)管件性能，取樣方便、送檢及時(shí)，能準(zhǔn)確地從最后澆注的鐵水中取樣，性能檢測(cè)的針對(duì)性更強(qiáng)。采用此方法以來，再?zèng)]有出現(xiàn)試樣數(shù)據(jù)與管件本體對(duì)應(yīng)不一致的混亂現(xiàn)象。按照平均生產(chǎn)1 200 t/月管件，單鑄試塊可減少耗鐵量4.7 t/月，每月僅節(jié)省電耗達(dá)3 290 kW·h，人工成本降低1倍以上。高效率的消失模線生產(chǎn)球鐵鑄件，采用單鑄試塊的做法值得推廣。