駕駛室前支架覆膜砂鑄造工藝特點介紹及展望

程振川

摘要：介紹了傳統熔模鑄造和覆膜砂鑄造的工藝特點，對重型汽車駕駛室前支架產品進行覆膜砂鑄造工藝開發，并圍繞兩種鑄造工藝，在鑄造成本、生產工藝、效率和鑄件質量方面進行比較和研究，并分析了覆膜砂鑄造的現狀和發展前景。結果表明：相較于傳統熔模鑄造，覆膜砂鑄造在以上幾個方面均有明顯優勢，同時覆膜砂鑄造在環保、成本方面仍有較大轉變空間。

關鍵詞：熔模；覆膜砂；成本；工藝；效率；質量

隨著傳統熔模鑄造在工藝、成本、質量、效率等各方面的落后，自上世紀末開始，覆膜砂鑄造逐步興起，隨著人們對鑄件質量的要求越來越高和對成本的要求，覆膜砂鑄造受到越來越多的關注和重視，并占領了鑄造行業較大的比例。熔模鑄造從投產到產出鑄件毛坯件需要生產周期為34個工作日，而覆膜砂鑄造則為1個工作日，有效縮短了鑄造工期。傳統熔模鑄造工序較繁瑣，需要較多人力，并且受掛砂、脫殼、焙燒等工序產能所限，易出現生產瓶頸，影響整體鑄造產能，而覆膜砂鑄造工序簡單，單工位、工序生產效率高。本文以駕駛室前支架產品為例，通過對兩種鑄造方式在以上幾個方面用數據進行比較，分析覆膜砂鑄造的優勢所在，并對今后覆膜砂鑄造的前景進行展望。

1 傳統熔模鑄造與覆膜砂鑄造的比較

1.1 鑄造成本比較

以生產重型汽車駕駛室裝配用前支架鑄鋼產品為例，熔模鑄造成本為每噸5200元左右，而覆膜砂鑄造成本為每噸在4000元以下，成本優勢明顯。而且，傳統熔模鑄造制殼所需的原材料較復雜，包括：蠟料、高分子粘結劑、硬化劑、耐火砂粉、焙燒用天然氣、工業用電、壓縮空氣等，而覆膜砂鑄造制殼所需原材料僅為覆膜砂、工業用電和壓縮空氣，方便生產準備和投產。

1.2 鑄造質量比較

鑄造質量直接影響到鑄造成本和生產效率，在愈發注重品牌和質量的今天，提高鑄造質量成為鑄造行業發展的重要內容，通過兩年多對前支架產品熔模和覆膜砂鑄造質量的監控和統計顯示，熔模鑄造廢品率平均在10%左右，覆膜砂鑄造廢品率則能夠控制在4%以下，通過圖一能夠直觀地反映兩種鑄造方式的廢品產生組成。另外，熔模鑄造質量極易受生產環境如溫度、濕度影響，尤其在我國北方因四季溫濕度變化較大，鑄造過程工藝參數浮動也相應較大，給鑄造質量的控制增加了難度，而覆膜砂鑄造不受生產環境影響，方便鑄造參數的設定和實施。

1.3 生產比較

傳統熔模鑄造的工序包括：制模、焊接、掛砂、脫殼、焙燒、澆注、清理，清理前需要的生產設備包括：模具、電阻爐、掛砂流水線、脫殼設備、焙燒窯、中頻電爐。而覆膜砂鑄造工序為：制殼、澆注、清理，需要的設備為：殼芯機、中頻電爐，極大簡化了鑄造工序和設備，提高了生產效率，降低了人工成本，并節約了生產空間。

熔模鑄造工序：蠟件制作→蠟件清理→蠟組焊接→掛砂→脫殼→焙燒→型殼澆注→清理

覆膜砂鑄造工序：覆膜砂型殼制殼→型殼澆注→清理

1.4 鑄造工藝比較

因熔模鑄造蠟件組焊和掛砂需要，在對鑄件澆注系統設計時，需要考慮蠟組的強度，以保證組焊、掛砂工序的成品率，因而澆注系統往往不夠合理和優化，因此影響了鑄件整體出品率，而覆膜砂鑄造的澆注系統設計時不需考慮后期工序的影響，因而出品率較熔模鑄造有明顯提高，駕駛室前支架熔模鑄造出品率為68%，覆膜砂鑄造出品率為72%。而以重型汽車裝配用各類前支架、下支架等鑄鋼產品為例，熔模鑄造工藝產品出品率在70%左右，而將同種產品開發為覆膜砂鑄造工藝時，出品率達到74%，為提高產能和降低鑄造成本創造了有利條件。

2 覆膜砂鑄造特點

2.1 覆膜砂原材料選用

覆膜砂一般由骨料、粘結劑、固化劑、潤滑劑和特殊添加劑組成。骨料一般為天然洗硅砂，要求耐火度高，揮發物少，顆粒圓整，自身強度高；粘結劑目前普遍使用酚醛類樹脂；[1]固化劑[2]普遍采用烏洛托品即六亞甲基四胺；潤滑劑一般采用硬脂酸鈣；添加劑主要有耐高溫添加劑、易潰散添加劑、增強增韌添加劑等。

2.2 覆膜砂制芯（型）設備和工藝

目前，覆膜砂制芯（型）設備主要為熱芯盒射芯機（殼芯機），根據覆膜砂產品的結構、大小、厚度等特點，熱芯盒模具加熱溫度范圍為180℃―300℃不等，加熱時間一般在60270s之間，射砂壓力要求0.4MPa―0.7 MPa，具體參數根據型殼結構復雜程度、尺寸和厚度等特點進行調整。

3 對覆膜砂鑄造的展望

目前，我國覆膜砂年產量已達到50萬噸以上，通過覆膜砂鑄造生產鐵型鑄件10萬噸左右，具有專業生產廠家近百家，覆膜砂鑄造已形成較大規模。但是，覆膜砂鑄造存在的問題依然較多，覆膜砂制造廠家數量多，但是制造設備不一、檢測及質量控制手段差距較大，同時因為覆膜砂鑄造的工藝特點，造成覆膜砂質量波動較大、覆膜砂制造和鑄造過程的污染問題、酚醛樹脂價格較高、廢砂處理等問題較為突出。因此，覆膜砂鑄造今后的發展方向應為：減少覆膜砂的環境污染，開發低發氣、少污染的酚醛樹脂，同時，積極尋求比酚醛樹脂更為物美價廉的替代品，降低制造成本和環境污染；進一步提高覆膜砂的流變性和樹脂等粘結劑的覆膜和固化特性；加強覆膜砂的回收再利用，減少原材料消耗，符合國家環保要求。

4 結論

通過對駕駛室前支架產品覆膜砂制殼工藝的開發和驗證，與傳統熔模鑄造工藝相比較，覆膜砂鑄造工藝在鑄造成本、成品率、鑄造生產、工藝特性方面都較熔模鑄造有明顯優勢和提高，可以推廣至其他大多數鑄鋼產品。在未來一定時期內，覆膜砂鑄造工藝必定成為我國鑄鐵、部分鑄鋼產品的主要鑄造方式，值得進一步推廣和提高。

參考文獻：

[1]《特種鑄造生產實用手冊》[J].鑄造技術，2017，38（03）：676.

[2]潘東杰，夏小江，湯瑤，朱國.鐵型覆砂鑄造技術在泵閥鑄件生產上的應用[J].鑄造技術，2015，36（03）：701705.

[3]黃列群，潘東杰，何芝梅，薛存球，馬益誠，沈永華，林方夫，高強.鐵型覆砂鑄造及其發展[J].現代鑄鐵，2006（03）：1214+16+18+20.