機床塔座軸孔粘砂問題處理

（寧夏共享裝備股份有限公司，寧夏 銀川 750021）

對于解決機床鑄件的粘砂問題，首先要檢查工藝方案，核算澆注系統(tǒng)，先把鑄造工藝存在的問題解決，然后再對現(xiàn)場存在的問題進行逐一分析。

1 產(chǎn)品粘砂位置與工藝介紹

1.1 粘砂位置介紹

塔座鑄件粘砂位置發(fā)生在軸孔部位，如圖1 所示。圖中軸孔位置有一φ45 的加工軸孔，從結(jié)構(gòu)上看，此處軸孔帶加工量后過于狹小，鑄造時形成軸孔的砂芯不容易緊實，強度不足，易引起粘砂缺陷。為防止粘砂問題，工藝上設(shè)計使用長釘作為芯鐵增加此處砂芯強度防止斷裂，同時輔助工具使操作者更易緊實降低由于緊實帶來的粘砂問題。

1.2 生產(chǎn)工藝介紹

圖2 為機床件塔座工藝圖，材質(zhì)為HT.鑄件輪廓尺寸500 mm×490 mm×440 mm；鑄件毛重220 kg，澆注重量247 kg；澆注溫度1 360 ℃，澆注時間16 s.采用封閉式澆注系統(tǒng)，一箱一件。

圖1 軸孔所示位置及三維加工量標識

圖2 塔座生產(chǎn)工藝

通過查看工藝，計算澆注系統(tǒng)的比例F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.95∶0.88，符合工藝設(shè)計規(guī)范。然后考慮澆注溫度與涂料波美度對于鑄件粘砂的影響，在此前提下，需要先考慮軸孔位置的緊實強度對于粘砂的影響。因為引起粘砂的原因一般可分為機械粘砂與化學粘砂，而化學粘砂多出現(xiàn)在鑄鋼件上與某些大的鑄鐵件上，對于塔座此類產(chǎn)品一般影響較小。考慮到降低機械粘砂帶來的影響，因為軸孔圓面為加工面，設(shè)計補貼加工量之后，軸孔整體顯得深陷而且狹小，為了控制變量研究降低粘砂的措施，因此盡可能保持在一定范圍的緊實強度。在工藝要求上對塔座軸孔的緊實是通過加入鐵釘來增加強度，用專用工具來緊實小芯頭。

2 控制變量解決粘砂

試驗開始階段，首先確認試驗的條件是否充足，通過詢問生產(chǎn)專員，確定本產(chǎn)品顧客需求量大，本實驗可以有很好的數(shù)據(jù)支撐，同時也可以提高整個交付的效率，本實驗存在很好的適用性；然后確定試驗的方案，在確保了一定水平的軸孔砂芯緊實強度后（檢查軸孔芯緊實硬度≥85 MPa），控制變量研究涂料和澆注溫度對于粘砂的影響。

控制變量法常采用的是控制因素的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后在綜合解決。

本文采用這種方法，控制砂芯在一定范圍的緊實硬度下，分別研究涂料波美度與澆注溫度對于塔座軸孔粘砂的影響。因為在基本排除了機械粘砂（緊實強度）影響后，鑄造過程影響粘砂的主要因素為涂料和熔煉的波動，俗話說三分造型，七分熔煉。對于鑄件而言是由外型與芯子構(gòu)成，造型完成后，處于一個原始狀態(tài)，為了防止樹脂砂在鐵水高溫作用下與鑄件粘連，致使鑄件不好清理，形成鐵包砂，涂料的作用就顯得至關(guān)重要，涂料相當于一層阻隔，防止鐵包砂的產(chǎn)生，而涂料的性能好壞是由波美度來表征，波美度顯示的是涂料的稀稠程度，涂料的波美度都存在一個范圍，有的是在較稀釋（波美度低）的狀態(tài)下作用最好，有的是在黏稠（波美度高）狀態(tài)下作用最好，我司經(jīng)過成本與效果篩查選用800C 鋯英粉涂料。

熔煉方面，除了控制C 當量的加入和顧客所需材料的合金外，最重要的一環(huán)就是澆注溫度了，高溫下液態(tài)金屬的收縮傾向會增大[1]，同時高溫會使液態(tài)金屬的滲透性增強，這也是粘砂的重要影響成分，所以選取合適的波美度與合適的澆溫，就可以解決絕大多數(shù)的粘砂問題，本文也是從這個方向切入，設(shè)計試驗方案。

2.1 控制澆溫，調(diào)整波美度

研究工藝把澆注溫度控制在1 360 ℃～1 370 ℃之間，查閱文獻[2]得知澆注溫度過高會使砂芯漲大，特別是具有雜亂砂芯的灰鐵鑄件，過高的澆注溫度會使型砂燒結(jié)而致使砂粒間間隙增大，從而增大金屬滲入深度；澆注溫度過低易出現(xiàn)夾渣與硫化錳氣孔缺陷，一般的灰鐵件澆注溫度在1 350 ℃左右，然后考慮降低夾渣缺陷的產(chǎn)生，把澆溫控制在1 360 ℃～1 370 ℃區(qū)間內(nèi)，然后考慮調(diào)整波美度，觀察對于粘砂的影響。

試驗所用涂料為800C 鋯英粉醇基涂料，其波美度一般在70～75，對醇基涂料而言，其作用是滲透砂型與砂芯進行防粘砂，一般是涂料越黏稠（波美度越高）刷涂之后的效果也會越好，因此把波美度調(diào)整到73～75，70～73 之間刷涂兩遍觀察涂料對于芯子的滲透層深度。通過對比得知800C 涂料在波美度較低情況下滲透性最好，特別是保持在70～71時，然后通過觀察后序狀態(tài)下鑄件的粘砂情況，波美度為73～75 的鑄件軸孔還是粘砂嚴重，70～71 之間的鑄件得到改善但還有部分粘砂，涂料的最終作用是滲入砂芯[3]、砂型形成一定的滲透層，進行填隙作用，又可以減緩砂型的激熱膨脹，而波美度是涂料的一種具體表現(xiàn)形式，波美度的大小影響涂料的黏稠度，涂料最好的使用性能也是通過波美度體現(xiàn)，例如富士科涂料性能最好是在波美度為60～65之間，并且是越黏稠刷涂效果越好即波美度為65最好，而800C 涂料波美度為70～75 之間，且為滲透性涂料在波美度低的情況下效果好即波美度為70～71 時。澆溫為1 360 ℃～1 370 ℃，波美度為73～75、71～73 對比如圖3 所示。

澆注溫度為1 360 ℃～1 370 ℃時，分別研究軸孔刷涂波美度為73～75 與71～73 的鑄件粘砂對比，波美度為73～75 的鑄件軸孔還是粘砂嚴重，70～71之間的鑄件得到改善但還有部分粘砂。

2.2 控制波美度，調(diào)整澆溫

為了研究澆注溫度對于鑄件的粘砂的影響分兩個區(qū)間控制波美度，一個波美度為70～71，一個波美度為73～75，澆注溫度也分成兩個批次澆注，一批按照1 350 ℃～1 360 ℃，一批按照1 360 ℃～1 370 ℃.第一撥試驗波美度為70～71，澆溫按照1350℃～1360℃生產(chǎn)一批，1 360 ℃～1 370 ℃生產(chǎn)一批觀察結(jié)果；第二撥試驗波美度為73～75 澆溫按照1 350 ℃～1 360 ℃生產(chǎn)一批，1 360 ℃～1 370 ℃生產(chǎn)一批觀察結(jié)果。通過觀察兩撥試驗的鑄件成效發(fā)現(xiàn)，澆注溫度在1 360℃～1 370 ℃時，波美度為73～75 的鑄件粘砂非常嚴重，給清理人員造成了非常大的麻煩；波美度在70～71 的鑄件雖然略好，但還是不好清理。

圖3 涂料不同波美度得到的鑄件情況

如圖4 所示，涂料波美度控制在73～75 時，澆注溫度為1 350 ℃～1 360 ℃與1 360 ℃～1 370 ℃生產(chǎn)的鑄件，由圖可知澆溫為1 360 ℃～1 370 ℃的鑄件軸孔粘砂嚴重，不利于清理，澆溫為1 350 ℃～1 360 ℃的鑄件局部粘死，即使沒有整個軸孔粘砂，但也不好清理；如圖5 所示，波美度在70～71 的鑄件，軸孔位置整個暢通，沒有任何粘砂，后面連續(xù)驗證30 件都沒有問題。

由圖5 可知波美度在70～71 時澆注溫度為1360℃～1370℃的鑄件軸孔還有輕微粘砂缺陷，很大程度上解決了粘砂的問題，還有可解決的空間存在；澆注溫度為1 350 ℃～1 360 ℃的鑄件軸孔通透，只需拋丸一次即可，徹底解決粘砂問題。粘砂措施就此制定：控制澆溫在1 350 ℃～1 360 ℃，波美度控制在70～71.

3 結(jié)論

圖4 波美度為73～75 鑄件

圖5 波美度為70～71 鑄件

通過控制變量的方法尋找解決鑄件粘砂的問題，在工藝要求前提下對塔座軸孔的緊實采用加入鐵釘來增加強度，用專用工具來緊實小芯頭，保證不會出現(xiàn)機械粘砂的前提下，通過試驗最終確定澆注溫度控制在1 350 ℃～1 360 ℃，800C 鋯英粉涂料波美度控制在70～71 情況下，塔座軸孔的粘砂得到徹底有效的解決。