消失模铸件粘砂缺陷成因及预防措施

２０１１年第２期　铸造设备与工艺　２０１１年　４月　ＦＯＵＮＤＲＹ　Ｅ０ＵＩＰＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ｒＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　・消失模与Ｖ法铸造・　消失模铸件粘砂缺陷成因及预防措施　袁东洲　，王林慧　，袁森　，王国平　（１．晋城市金珂铸业制造有限公司，山西晋城０４８０１２；２．山西晋城市春晨兴汇实业公司，　山西晋城０４８０１２；３．陕西省内燃机配件二厂，陕西成阳７１２０２５；４．西安理工大学，陕西西安７１００４８）　摘要：消失模铸造生产的铸件“粘砂”缺陷是由于涂料、型砂颗粒、干砂振实造型及负压浇注和浇注温度失　控在浇注后金属液与型砂相互粘结在铸件表面形成的缺陷。文章详实地分析了消失模铸造粘砂缺陷形成的原　因．指出消除粘砂缺陷是一个系统工程．必须在涂料、造型用砂、装箱振实制型、负压浇注、浇注温度控制、工艺设　计和品质管理技术等各方面采取切实可行的措施且精心操作，获得表面无粘砂缺陷，外观质量符合技术条件的　优良铸件。是完全可以的。　关键词：消失模铸造；粘砂缺陷成因；预防措施　中图分类号：ＴＧ２４９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７４—６６９４（２０１　１）０２—００２６—０２　消失模铸造技术是上世纪８０年代国际上开发　铸件，才能体现出消失模铸造工艺的优越性和经济　应用的新型铸造技术，我国在９Ｏ年代末被国家科　效益。为此，围绕铸造生产高难度铸件必须攻克的　技部列入“九五”国家科技成果重点推广计划。与传　技术难题就是消除生产中可能产生的诸多铸造缺　统铸造技术相比，消失模铸造的铸件，不仅表面光　陷，进一步提高成品率。　洁度、铸件尺寸精度高，因在负压状态下成型铸件　伴随着我国消失模铸造设备国产化水平的提　内部组织致密度提高．相对而言成本较低，同时改　高。以及我国消失模铸造原辅材料质量的改进与　善了从业工人的劳动条件．也有利于生产环境的改　提高，加上我们诸多从事消失模铸造技术人员对　善等优势。所以，被国内外誉为“２ｌ世纪的铸造技　于消失模铸造原理和理论研究的不断深人，我国　术”“铸造工业的绿色革命”。我们要从一个铸造大　的消失模铸造出现前所未有好局面，尤其是许多　国变成为制造强国。就要大力发展更多近无余量生　中小企业在选择铸造生产方式的时候，优先考虑　产．要大力发展精确成型技术；铸造产业必须符合　了采用消失模铸造。但是，必须清醒认识中小企　国家环境保护与可持续发展的大方向，实现清洁生　业普遍存在技术力量薄弱、管理水平亟待提高．　产：同时也要适应各个加个性化的市场需求，产品　检测手段不健全和资金周转等诸多问题。许多中　结构的设计要有更大的自由度。消失模铸造在以上　小型民营企业家对消失模铸造缺乏完全和透彻的　诸多方面可以满足市场和制造商的需求，发展潜力　了解和认识，就我们所知很多厂家决策上消失模　巨大，只要尽最大限度地发挥消失模铸造的特点和　之前根本没有详实考察和论证过．自身也没有系　优势　所以．我们说消失模铸造应用与发展前景非　统学习过消失模铸造的专业知识。更别说系统学　常广阔。　习过消失模铸造原理与理论。当然主要是对消失　消失模铸造技术特别适合对具有复杂结构，尤　模铸造认识上的不充分，对消失模铸造生产中可　其是具有复杂内腔，模样分型困难、造型困难的铸　能出现问题的严重性估计不足，在知之甚少情况　件：特别是有些用普通砂型铸造不好分型、难以起　下，就急于上马，结果是花了两、三年时间产品　模。芯子很多且难以下芯定位的铸件，采用消失模　质量过不了关，铸造过程中的问题很多，就我们　铸造工艺就相应简单的多，它的铸件结构的适应性　所知许多新建消失模铸造企业陷入被动和面临停　非常强，铸造生产如复杂的箱体类、缸体类、水泵叶　产局面。铸造业的利润说白了就是挣废品“钱”，　轮、螺旋浆等结构较为复杂、精度要求高的中高档　只有降低废品率，利润才会有所提高。本文就消　失模铸造最常见的缺陷“粘砂”谈谈我们的认识　收稿日期：２０１１－０４—０７　作者简介：袁东洲（１９４７一），男，高级工程师，从事铸造工艺技术设计　与看法，愿与从事消失模铸造的同事们共同探讨　与铸造企业技术管理工作。　和提高　・２６・　２０１１年第２期　袁东洲，王林慧，袁森，王国平：消失模铸件粘砂缺陷成因及预防措施　铸造设备与工艺　１消失模铸件形成粘砂缺陷的原因　是在万不得已下才采取适当增加涂层厚度之法，因　消失模铸造工艺一般先在加工好的塑料泡沫　模样表面涂刷一定厚度的耐火涂料，然后放人砂箱　中，采用自硬树脂砂在外面舂实造型，在负压下浇　为涂层越厚越容易产生裂纹，裂纹就给粘砂创造了　条件。依据所生产的铸件提高涂料的耐火度是绝不　可忽视的重要因素。严把涂料配制和涂刷质量关，　尤其是对涂料层厚度的监控，要因件、因料、因时进　行严格又灵活的作业，确保涂层满足工艺要求。　２）造型时紧实力不可过大，预防造型时涂层受　到破坏。添砂后振动力过大或振动时间过长。涂层　注，使模样气化，液体金属占据模样位置，凝固冷却　后形成铸件的铸造方法。　消失模铸件所谓粘砂：就是金属液渗入型砂　中，形成金属与型砂的机械混合物。其中有两种情　况：一种是金属液通过涂层开裂处渗入型砂砂粒间　的孔隙，凝固后将砂粒机械地粘连在铸件表面，形　成“铁包砂”（即机械粘砂），此种粘砂缺陷一般还可　以清除掉；铁液渗入从工艺过程和机械粘砂的定义　可以看出．涂层开裂和填砂造型振实后紧实度不够　或铸型某个部位型砂松散．如果型砂颗粒过大及真　空度过高也是造成铸件机械粘砂之关键。第二种情　况是金属液透过涂层渗入型砂中．形成非常难以清　除的化学粘砂。　造成化学粘砂缺陷的原因同样有两个方面，其　一是涂料成分的配制，涂料骨科的种类、耐火度及　相互配比，对于涂料层厚度要求和抗粘砂效果的影　响非常大。根据许多消失模铸造厂家涂料的实际使　用情况来看，涂料中的骨料一般选用片状黑色石墨　粉、高铝矾土等．涂料层厚度一般在ｌ＿２　ｍｍ～１．５　ｍｍ　左右，这样就能取得非常满意的效果。但是在涂料　的实际配制过程中，由于操作人员的技术水平不一　致，在相同的配比和混制工艺条件下，配制的涂料　粘度和涂刷性能差异较大。使涂料耐高温能力和抗　渗透效果不稳定，容易造成粘砂，并干扰对铸件粘　砂真正原因的有效判断：其二是涂层厚度，涂层厚　度过大，不仅费工费料，而且在急剧干燥情况下很　容易使涂层开裂；涂层厚度不足太薄或局部未涂刷　到的情况下，高温铁液在真空度比较大时会穿过太　薄或局部未涂刷涂料处渗人型砂颗粒间隙，更容易　造成化学粘砂。　２预防消失模铸件粘砂的技术工艺措施　１）涂料应该有良好性能，能牢固黏附在泡沫塑　料模样上。涂层致密并且有足够的强度．以保证在　操作过程中不发生脱落现象；填砂造型振动时不开　裂。同时要求涂料的线收缩应小，特别是对涂料其　中的黏结剂和悬浮剂组分合理调整，旨在涂料具备　有良好的抗激冷激热性。提高涂料强度，在必要时　可考虑涂挂多层涂料，但是涂层应尽可能的均匀：　容易开裂。干砂振动造型的经验是：频率５０　Ｈｚ左　右，振幅０．５　ｍｍ　１．５　ｍｍ，振动时间不大于６０　ｓ，振　动加速度与振动时间的乘积选择在４５　ｍｍ＋１５　ｍｍ　之间比较合适。选用合理的振动参数是控制造型紧　实力的关键。同时还要采取辅助手段或方法防止局　部砂型未振实，而导致铸件产生“节瘤”缺陷。　３）造型用原砂的选择必须合适，从生产经验得　出：干砂造型用砂尽可能用同样目数的砂．而且以　圆形或近似圆形的比较理想。一般铸铁件和普通铸　钢件用２５／４５目砂，铸铝可用４５／９０目砂。如果出现　严重粘砂，可以适当调整粒度或改用颗粒稍细的砂　子。　４）对局部难于振实的部位（如朝下的直角拐角　处、盲孔等），对于可能会造成粘砂或者难以清理的　部位，办法是局部采用自硬砂填充，还可以采用耐　火度稍高的非石英系的原砂（比如镁砂、橄榄石砂　等）代替硅砂。加强对添砂造型质量的监督与控制，　配备专职人员对工序质量进行管理。并加强对操作　工进行学习培训让其熟练掌握技能，实行全程跟踪　监督检查　５）选用的负压度应合适，原则是合金不同采用的　负压度也不尽相同。常规的负压度是：铸钢４０．０　ｋＰａ￣　５９．０　ｋＰａ；铸铁２６．７　ｋＰａ～５３．３　ｋＰａ；铝合金０　ｋＰａ～　２６．７　ｋＰａ。浇注时采用的负压度过高容易引起严重　粘砂。　６）依据铸件的模数及重量等选用合适的浇注　温度，笔者的经验是浇注温度不宜过高，温度越高　金属液穿透力越强，越容易粘砂；一般消失模铸造　浇注温度比同样条件下砂型铸造浇注温度高３Ｏ℃　￣５０　ｏＣ即可。铸铁件比较理想的浇注温度在１　４２０　ｏＣ　～１　４７０℃。　７）铸造工程师在模样结构审核时．必须认真分　析模样结构是否合理，对于影响涂料涂刷和防碍型　砂紧实的不合理结构要彻底消除，以方便工人作　业，以利死角部位型砂的紧实。在设计浇注系统时，　（下转第３０页）　・２７・　铸造设备与工艺　Ｂ＝Ａ＋２＋ｔａｎ０　・．。２０１１年第２期　面，模样周长的增加也增大了模样热解产物的排出　通道，因此，提高了ＡＺ９１镁合金的流动性。同样的　横截面积均为矩形。　・．．Ｓａ＝Ａ￣，　＝２（Ａ　），Ｒａ－．－　＝　Ａ而８；　ＳＢ＝Ｂ８，　２（　），　庐　＝丽Ｂ８；　道理，模样宽度保持不变，模样的厚度增大．模样的　模数变大，ＡＺ９１镁合金的流动性增强。　３结论　Ｒ　．．—一＝　一Ｒ日　Ｂ　Ａ　．Ａ　Ａ＋２ｔａｎ０＋６　＝——●一Ｂ　Ａ＋６　＝　、在消失模铸造中，模样的形状对ＡＺ９１镁合金　ａＢ・（１＋　）；　的流动性有影响。随着模样开口角度增大，镁合金　的流动性越好。　参考文献　［１］袁中岳，张忠明，黄俊．消失模铸造液流前沿扩展过程对充型能　力的影响［Ｊ］．铸造技术，２０００（５）：４７—４８．　鲁＝ａＢ－（１＋　）＜鲁・鲁＝・　‘．．ＲＡ　从上面数学关系式的推导得出开Ｅｌ角度大的　模数大于没有角度变化的模样，同理可以证明开口　角度为负值的模样模数会小于没有角度变化的模　样模数。对这类情况的理解也可以是认为模样厚度　没变，宽度变大的影响。宽度增大一方面增大模样　的模数，提高了模样单位表面积的热含量；另一方　［２］丁文江．镁合金科学与技术［Ｍ］．北京：科学出版社，２００７．：２３５—　２３６．　［３］陶杰，刘子利，崔益华．有色金属消失模铸造原理与技术［Ｍ］．北　京：化学工业出版社，２００６：１７—１８．　（上接第２７页）　是消失模铸造企业除了因为它是个系统工程。不管　哪一个环节任何一道工序出了问题，都会带来“满　盘皆输”的结果；铸件质量来自于设计合理的浇注　系统，当工艺设计基本到位后铸件质量的好坏就要　取决于管理，所以就有了“七分管理，三分技术”的　要合理选取压力头高度：控制泡沫塑料模样表面光　洁度，对于改善铸件粘砂缺陷也会起到很好的作　用。白件模样表面越粗糙越容易粘砂。表面凹凸不　平就给粘砂提供了条件。如果大平面而且大面积粘　砂，就得着手从最基础的预发珠粒密度考虑。包括　白件模样黏结组合时，尽可能少的使用黏结剂．尤　其是不要把黏结剂（包括热熔胶在内）涂刷到铸件　表面上。　８）加大品质意识的教育力度和品质管理的强　说法；设计再好的工艺若细节上落实执行的不好，　带来结果是天差地远。消除消失模铸件缺陷．一是　要学会对废品进行科学的分析，二是靠一丝不苟地　执行工艺，循规蹈矩、善始善终；管理者不但要掌握　消失模铸造的基本知识和操作要领，而且要尽快使　自己从外行变成内行，再是提高管理者的质量管理　意识和水平；管理者对操作工不仅是监督与监管更　主要是给予正确指导和相互的配合理解。两者相辅　相成，定会功半事倍，绩效昭著。　参考文献　［１］董秀琦，朱丽娟．消失模铸造实用技术［Ｍ］．北京：机械工业出版　社．２００５．　度，对于出现粘砂缺陷的铸件，及时分析和总结产　生粘砂的原因，并召集相关责任人对照缺陷进行现　场分析、找准原因拿出消除办法。采用激励机制按　照缺陷严重程度及数量进行量化，给予相关责任人　一定的经济处罚。　３结束语　某公司消失模铸造工厂采取并认真落实以上　措施后，２０１０年的下半年与上半年相比，因粘砂缺　陷的废品率下降了６．５４％．取得了令人满意的效果　和良好的经济效益。实践证明以上技术措施是切实　可行，而且是行之有效的。　与其他企业相比铸造企业管理难度较大。特别　［２］王林慧，张少伟，袁东洲．消失模铸造常见缺陷的分析及控制　［Ｇ］／／￣Ａ．届全国铸铁及熔炼学术会议论文集．洛阳：２０１０．　［３］马幼平，许云华，贾刘卡负压实型铸造及铸件质量［Ｍ］．北京：　冶金工业出版社．２００２．　［４］中国机械工程学会铸造分会．铸造手册第６卷（第３版）［Ｍ］．北　京：机械工业出版社．２００３．　・３０・