淺談消失模鑄造夾砂缺陷解決的一些體會

劉永其，鄭國威，曹立為

（金華萬里揚機械制造有限公司，浙江 金華 321000）

我公司自2008年開始采用消失模鑄造工藝生產各類變速箱殼蓋類鑄件，積累了一定的經驗，下面淺談公司在近幾年來在解決鑄件夾砂缺陷所采取的工藝措施和注意事項，以便和大家共同探討。

1 澆口杯質量的影響

公司自采用消失模鑄造工藝起，一直使用浙江一帶耐火材料廠的澆口杯，其耐火度一直保持在1550℃以上。其中2010年12月—2011年1月期間，采購的澆口杯質量不穩定，耐火度和強度明顯不夠，表現在澆注的過程中，大部分澆口杯開裂，有的澆口杯甚至在澆注開始時就開裂，鐵水溢出來，如圖1所示，結果造成這兩個月鑄件夾砂報廢率直線上升，由平時的1%上升到3.5%。

圖1 澆注開裂的澆口杯

在整個夾砂缺陷原因分析、尋找、驗證過程中，我們也曾做過這樣的試驗，將澆注過程中澆口杯開裂所對應的鑄件進行跟蹤驗證，機加工后得出的數據結果見表1。

表1 澆口杯澆注開裂試驗數據

為此在2011年2月份公司要求澆口杯供應廠家更換了耐火度和強度好的澆口杯，更換后澆注過程無開裂現象，當月廢品報表顯示夾砂率降為1%（圖 2）。

圖2 澆口杯更換前后夾砂率變化曲線

由試驗和更換澆口杯前后幾個月的廢品報表可知，澆口杯在澆注過程中開裂使鑄件夾砂缺陷比例增大，原因為砂子通過開裂的縫隙被流動的鐵水帶入了鑄型，從而造成夾砂。

2 澆注系統涂層強度和耐火度的影響

公司在解決夾砂的過程中，逐漸認識到，解決夾砂的關鍵在于提高澆注系統涂層強度和耐火度。澆注系統涂層強度和耐火度主要靠通過選擇耐火度高的骨料，配料時增加無機黏結劑含量和刷涂時增加涂層厚度來實現。實際生產中，往往骨料的耐火度和無機黏結劑的含量都是基本上確定后就不再怎么變動的，所以主要通過增加涂層厚度來提高涂層強度和耐火度。以普通的540主箱為例，（如圖3a），涂料以鋁礬土（Al2O3的質量分數為74%）為骨料的自制涂料，澆注系統涂層厚度控制在1.5mm左右。對于重量較大的鑄件，如9150主箱（單重在87 kg左右）（如圖3b）澆注系統涂層厚度控制在2mm以上。

圖3 主箱圖

2010年4月—5月，我公司生產的9150主箱因夾砂報廢的鑄件達15%，經過認真分析和驗證，最后確定出主要原因為澆注系統涂層太薄，為此，將該類產品在刷涂3遍涂料的基礎上，再將澆注系統補刷1遍，共計4遍涂料，涂層厚度在2mm以上。以這樣的方式生產后，夾砂缺陷降到1.4%。

串聯類副箱一直是公司鑄件夾砂報廢的大戶，在吸取解決9150主箱夾砂的經驗基礎上，在2011年4月我們將串聯副箱澆注系統刷涂4遍，如圖4，涂層厚度在2.5mm以上。經過這一改進，串聯副箱的夾砂問題得到突破性的解決，夾砂率由原來的6%降到2.3%。分析：對9150主箱和串聯副箱澆注系統涂層進行加厚后，提高了涂層的耐火度和強度，更能抵抗鐵水對涂層的沖刷，防止砂子進入鑄型內。

圖4 串聯副箱澆注系統圖（內澆道設在模片底部）

3 內澆道開設位置的影響

內澆道開設的位置對解決夾砂也有重要影響。以串聯副箱為例，2010年11月前內澆道都是放置在鑄件中部如圖5，鑄件夾砂報廢率比較大，夾砂率達8%。2010年11月我們將內澆道開設的位置放在鑄件下部（如圖4），經過批量生產驗證后，夾砂報廢率下降明顯，降為5.9%。

圖5 內澆道設在模片中部

分析：內澆道設在模片中部，鐵水充型時速度較快，鐵水對內澆道的沖刷和壓力較大，在涂層強度不夠時，涂層極易被破壞，從而砂子進入鑄型中，內澆道設在底部時，鐵水充型較平穩，對內澆道的沖刷和壓力較小，故后者夾砂少。

階梯式澆注系統比只有一個內澆道的澆注系統容易夾砂，以9150主箱為例，采取階梯式澆注系統，有三個內澆道，某段時期內，我們將其上部內澆道在埋箱時割掉如圖6b），澆注后鑄件夾砂下降明顯，但由于這樣鑄件易冷隔，故不采取割掉，還是采取將澆注系統涂層加厚來解決夾砂。

圖6 內澆道種類

4 其他注意事項

除了上述三方面重要因素外，在日常生產操作中還應該注意許多細節。

1）粘模時內澆道和白模結合處涂膠量不要過量，過量的膠水會使涂掛性能一般的涂料不易涂掛，導致該部位涂層厚度偏薄，澆注時鐵水沖破涂層將砂子帶入鐵水中，造成鑄件夾砂。因此，在涂熱膠時應將溢出的多余膠用刀片刮除。

2）埋箱后覆蓋澆口杯的薄膜上砂子要抹干凈，往往平時由于操作工操作馬虎或者責任心不夠，致使覆蓋澆口杯的薄膜上有砂子，最后由于這一疏忽導致鑄件夾砂。

3）刷涂好涂料的模片在整個搬運過程中難免會有磕碰致使模片某些部位涂層破壞，模片露白，這時一定要將露白的部位用較厚稠涂料補刷好，并重新烘干，尤其是處于加工部位的露白，如不補刷好，澆注后鑄件就夾有一層砂子在上面而造成鑄件報廢，曾因這個原因，產生了部分廢品。

5 總結

在解決各類灰鑄鐵箱體類鑄件夾砂缺陷時，采用質量好的澆口杯，通過選擇耐火度高的骨料，配料時增加無機黏結劑含量和刷涂時增加涂層厚度，合理設置澆注系統，內澆道開設位置盡量在鑄件下方，日常生產操作中注意細節，就可以較好地解決鑄件夾砂。需注意不同結構、大小的產品，往往不是只通過單方面改進就能解決夾砂的，通常是同時對影響夾砂的各個工藝條件進行優化才可以有效的解決夾砂。

［1］黃乃瑜，葉升平.消失模鑄造原理及質量控制［M］.武漢：華中科技大學出版，2004.

［2］章舟，王春景.消失模鑄造生產實用手冊［M］.北京：化學工業出版社，2010.