來源：《鑄造設(shè)備與工藝》雜志
作者：袁東洲
[摘? 要]以消失模鑄造澆注系統(tǒng)用材演變過程為題，通過對(duì)比闡述鑄造用紙質(zhì)澆道管新材料的優(yōu)越性。紙質(zhì)澆道管是鑄造行業(yè)的一項(xiàng)改善鑄件質(zhì)量，提高金屬液利用率，減少環(huán)境污染的工藝措施。所具有重量輕，承插連接不漏砂，使用靈活方便；常溫下不易損壞，澆注后易剝離、好清除，固體廢棄物少；對(duì)鑄件沒有滲碳問題等優(yōu)點(diǎn)。紙質(zhì)澆道在消失模鑄造上的利用綠色環(huán)保，作為提高鑄件質(zhì)量的輔助材料，具有一定的推廣價(jià)值。
[主題詞] 消失模鑄造?? 紙質(zhì)澆道管
消失模鑄造自20世紀(jì)90年代初在我國(guó)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，現(xiàn)已成為鑄造工業(yè)的重要組成部分。最能體現(xiàn)消失模鑄造技術(shù)優(yōu)越性的當(dāng)屬箱（殼）體類鑄件（變速箱箱體、差速器殼體、轉(zhuǎn)向器殼體、空壓機(jī)箱體、電機(jī)殼及消防栓殼體等）。箱（殼）體的傳統(tǒng)鑄造方法是粘土砂表干型或者樹脂砂三開箱工藝。該鑄造工藝對(duì)工人的技術(shù)水平要求高，下芯、合箱操作稍有不慎不僅易造成飛邊、毛刺和夾砂，清理時(shí)的工作量大；而且澆注時(shí)候容易出現(xiàn)跑火現(xiàn)象，鑄件個(gè)別部位易出現(xiàn)冷隔。采用樹脂砂鑄造，因使用樹脂粘結(jié)劑，這種化學(xué)粘結(jié)劑一直存在環(huán)保問題，樹脂粘結(jié)劑在生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各種復(fù)雜刺激性氣體和有機(jī)化合物往往具有聯(lián)合毒害作用，對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作工人健康也有危害，長(zhǎng)期在這種環(huán)境下工作的勞動(dòng)者除了砂型鑄造車間的粉塵影響外，還可能產(chǎn)生心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。何況樹脂砂用量大，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，舊砂重復(fù)利用設(shè)備投資很大，且生產(chǎn)成本居高不下。因而鑄造箱（殼）體的企業(yè)棄傳統(tǒng)砂鑄而選擇消失模鑄造不失為明智之舉。
1、研發(fā)鑄造用紙質(zhì)澆道的意義
參加鑄造博覽會(huì)，看到國(guó)外展商的鑄造用紙質(zhì)澆道深受啟發(fā)。國(guó)內(nèi)多家鑄造材料公司決策高層抱著“國(guó)外有的，我們也應(yīng)該有”、“開發(fā)新產(chǎn)品，為國(guó)爭(zhēng)光”決心都躍躍欲試著手研制。寶雞華光鑄造材料科技有限公司技術(shù)研發(fā)中心和西安交通大學(xué)等單位專家教授經(jīng)過近4年的反復(fù)試制、改進(jìn)、實(shí)踐，制造出完全符合技術(shù)要求的鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品已在全國(guó)多家鑄造企業(yè)成功應(yīng)用，特別是在消失模鑄造車間驗(yàn)證得到了一致贊譽(yù)，如圖1所示。
2、消失模鑄造澆注系統(tǒng)用材的變遷
消失模澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)砂型鑄造工藝一樣，首先要確定內(nèi)澆道（最小截面尺寸），再按比例確定橫澆道和直澆道的尺寸大小。傳統(tǒng)砂鑄是取出木模后鑄型成為空腔。由于消失模鑄造鑄型內(nèi)泡塑模樣不用取出，這才有了“實(shí)型”一說。相對(duì)而言，在設(shè)計(jì)消失模澆注系統(tǒng)時(shí)和傳統(tǒng)砂鑄還是有差異的，快速澆注是EPC工藝的最大特點(diǎn)，除此要求充型平穩(wěn)，以保證整個(gè)充型過程順利有序，才會(huì)獲得完整鑄件。設(shè)計(jì)消失模澆注系統(tǒng)必須考慮充型速度與模樣的熱解速度以及熱解產(chǎn)物排除鑄型的速度一致，只有這樣才能避免充型時(shí)通常易出現(xiàn)的鑄型坍塌，嗆火（反噴）和鑄件內(nèi)部產(chǎn)生夾渣、氣孔、皺皮等缺陷[2]。
消失模鑄造應(yīng)用于生產(chǎn)初期澆注系統(tǒng)材料是直接用泡沫板切割制作，都是實(shí)心的；后來澆注系統(tǒng)做成空心開始只是直澆道，這樣可以減少直澆道的發(fā)氣量，能有效防止?jié)沧⒊跏冀饘僖悍磭?，保證金屬液從上而下迅速而平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型。在國(guó)內(nèi)還沒有研制出紙質(zhì)空心澆道之前，消失?？招臐驳婪譃閮煞N，工廠用泡沫制作的空心澆道和耐火材料（陶、瓷）空心澆道。陶瓷空心澆道因價(jià)格及供貨等方面原因，國(guó)內(nèi)消失模鑄造企業(yè)只在生產(chǎn)重要鑄件和技術(shù)要求很高的鑄件使用耐火材料空心澆道。據(jù)我們所知國(guó)外消失模鑄造廠家使用相當(dāng)普遍。
消失模鑄造澆注系統(tǒng)用泡沫實(shí)芯制作，澆注時(shí)常常出現(xiàn)“反噴”現(xiàn)象，澆注工也因安全而中斷正常澆注，導(dǎo)致鑄件冷隔，澆不足。澆注結(jié)束開箱落砂后，發(fā)現(xiàn)澆口杯與直澆道連接處（長(zhǎng)約30～60mm）以及直澆道與橫澆道連接處時(shí)常有薄厚不同的粘砂（俗稱粗脖子）現(xiàn)象（如圖2所示）。
鑄件送到機(jī)加車間出現(xiàn)相當(dāng)多砂眼、夾渣缺陷，機(jī)加工面清晰可見的白點(diǎn)也有黑點(diǎn)缺陷。諸多消失模車間因報(bào)廢特別嚴(yán)重時(shí)，公司決策層就產(chǎn)生讓消失模車間停產(chǎn)想法。針對(duì)這個(gè)問題，他們請(qǐng)教從事消失模鑄造的專家教授的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，會(huì)有所改善，但是仍然偶而會(huì)出現(xiàn)砂眼、夾渣，這個(gè)問題要想根絕還是有一定難度。究其原因：澆口杯與直澆道連接處處于砂箱上端，澆注開始后負(fù)壓值變低，對(duì)接處本身周圍的型砂緊實(shí)度較低；加上此處受涂料層的影響，消失模鑄造涂料一味強(qiáng)調(diào)透氣性，在生產(chǎn)實(shí)踐中我們認(rèn)為澆口杯與直澆道用涂料，此處是系高溫集聚區(qū)，如果透氣性高，高溫金屬液更容易滲出，多則就易形成鐵包砂的“粗脖子”。此處所用涂料應(yīng)要求高強(qiáng)度、耐沖刷。在上述綜合因素的影響下，同樣也易使涂層破損導(dǎo)致型砂被吸入型腔，造成鑄件產(chǎn)生沙眼、夾渣等缺陷。消失模鑄造車間在這種情況下，就會(huì)考慮使用陶瓷空心澆注管。
陶瓷空心直澆道管的內(nèi)徑是泡沫直澆道的外徑（泡沫外徑可略大0.5～1mm），將管的一端套入泡沫直澆道（套入段刮去涂料），在接頭臺(tái)階處刷涂料后用電吹風(fēng)烘干再用石棉布（或玻璃絲布）將接口處包扎，然后刷1～2遍涂料，并可整體烘干，使該處涂料強(qiáng)度得以保障，而后在填砂震實(shí)刮平（陶瓷空心管高出砂平面20～30mm），陶瓷空心管露出端在砂箱覆蓋塑料膜后，周邊放一圈封箱泥條然后上面放澆口杯稍用力壓實(shí)在，在接縫處用壓扁封箱泥進(jìn)行粘連即可（如圖3所示）。
陶瓷澆道管尺寸精確，與泡沫橫澆道或內(nèi)澆道粘結(jié)，安裝方便，硬度高、耐高溫、抗沖刷能力強(qiáng)，減少了澆注時(shí)“反噴”發(fā)生率，杜絕掉砂，明顯消除鑄件黑點(diǎn)及夾渣缺陷，廢品率降低，生產(chǎn)效益提高，受到消失模鑄造車間的認(rèn)可。
但是，陶瓷澆道管及管件也有美中不足之處，抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性較差。最大弱點(diǎn)是抗沖擊強(qiáng)度低，不耐磕碰，容易破損，屬于易碎物品。此外，在使用中鑄造車間普遍反映，陶瓷澆道管容易與鐵液發(fā)生粘結(jié)，這樣就導(dǎo)致了無法重復(fù)使用。幾乎是一個(gè)鑄型用一個(gè)澆口杯和直澆道，日積月累的消耗無法避免，長(zhǎng)期使用增加鑄造車間的成本。就我們所知陶瓷管以后還會(huì)有相當(dāng)大的使用空間，這種產(chǎn)品的價(jià)位鑄造車間為了降低廢品率一般還能接受。國(guó)產(chǎn)紙質(zhì)澆道管試制成功面世后，研制公司的技術(shù)研發(fā)中心派工程師到消失模鑄造車間現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝使用（如圖4所示），
這是他們正在給大型裝載機(jī)箱體鑄型上安裝紙質(zhì)澆道管。我們?cè)儐柫私廛囬g管理人員和操作工他們普遍反映，紙質(zhì)澆道管和管件重量輕、易搬動(dòng)、切割方便、好安裝。用紙質(zhì)澆道管及管件，比用陶瓷管時(shí)工序簡(jiǎn)化，不用套在泡沫澆道上；同時(shí)解決了陶瓷管因重量在移動(dòng)時(shí)容易松動(dòng)、移位甚至與泡沫連接處易折斷問題。紙質(zhì)澆道可以制作橫澆道以及其它管件，與陶瓷管相比就是一大進(jìn)步。后道清理工序因?yàn)椴辉俪霈F(xiàn)像陶瓷管與鐵液粘連問題，工作量要減輕很大。鑄造車間的工程師認(rèn)為：紙質(zhì)澆道管及管件不會(huì)對(duì)熔煉的金屬液材質(zhì)帶來任何影響，這是讓他們贊許這樣紙質(zhì)澆道新材料基礎(chǔ)。
3、消失模鑄造應(yīng)用紙質(zhì)澆道管的優(yōu)勢(shì)
鑄造用紙質(zhì)澆道選用的原輔材料有紙漿纖維、耐高溫材料和粘接材料、增強(qiáng)劑、防潮劑等，在特定的壓力下，通過設(shè)計(jì)的專用模具成型，經(jīng)干燥、整形等工序制作成各種規(guī)格空心管狀制品。在鑄型澆注前安裝澆道，可根椐鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鐵水流量、流向需要進(jìn)行選擇澆道管直徑、變徑、轉(zhuǎn)彎、三通、四通，澆道所用管及管件全部采用插接的方法，長(zhǎng)度易切割方便靈活（如圖5所示），澆注系統(tǒng)承接部位連接牢固。
紙質(zhì)澆道管通過在消失模鑄造上的應(yīng)用顯示出非常好優(yōu)勢(shì)/優(yōu)點(diǎn)：重量輕（紙質(zhì)澆道管是同型號(hào)陶瓷管重量的1/10），強(qiáng)度高，易切割，澆道所用管及管件全部采用承插連接，安裝方便易與泡沫澆道連接；降低澆注系統(tǒng)金屬殘留量，減少金屬液流入鑄型時(shí)產(chǎn)生紊亂的幾率；高溫強(qiáng)度好，杜絕掉砂，預(yù)防產(chǎn)生夾渣缺陷；耐火度高，抗沖刷能力強(qiáng)，特別是不對(duì)金屬液產(chǎn)生任何影響，保持了金屬液原有的材質(zhì)性能，對(duì)鑄件沒有滲碳的問題；消除鑄件黑點(diǎn)，減少和避免積碳、皺皮缺陷的形成；降低消失模澆道澆注時(shí)因氣化反應(yīng)劇烈造成（反噴）的發(fā)生率；有效減少金屬液熱損失，防止在澆注過程中過早結(jié)殼現(xiàn)象發(fā)生；澆注后堅(jiān)硬固體廢棄物少，高溫后易碎、易剝離、減輕清理鑄件的勞動(dòng)量；解決了使用傳統(tǒng)陶瓷澆道管諸多缺點(diǎn)，既節(jié)能又綠色環(huán)保，是陶瓷澆道管的理想代替品。
4、結(jié)語(yǔ)與展望
現(xiàn)代裝備制造工業(yè)的發(fā)展，將促使鑄造用新技術(shù)與新材料的發(fā)展。裝備制造工業(yè)對(duì)鑄件技術(shù)要求也越來越高，并向著輕量化、薄壁、復(fù)雜、大型整體的方向發(fā)展。尤其較為復(fù)雜的大型整體薄壁鑄件，采用優(yōu)良的澆道產(chǎn)品可以保證鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量及鑄件尺寸精確等技術(shù)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。研制鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品順應(yīng)裝備制造工業(yè)發(fā)展大趨勢(shì)，在鑄造行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常顯著。紙質(zhì)澆道管，鑄造行業(yè)的專家學(xué)者對(duì)其前景特別看好；存在的“擋渣、蔽渣”功能等問題，仍需要進(jìn)一步改善，促使這樣新產(chǎn)品更加完美和成熟。在消失模鑄造上的應(yīng)用推廣，為在其它鑄造方法上的實(shí)用起到示范效應(yīng)；生產(chǎn)實(shí)踐過程會(huì)為研制單位提供更多的提升思路，在不斷總結(jié)和研制新產(chǎn)品基礎(chǔ)上，讓這一新材料在鑄造行業(yè)更具有推廣價(jià)值。
參? 考? 文? 獻(xiàn)
[1]張建中 陳發(fā)明 葉青 彭言群“呋喃樹脂砂鑄造工藝職業(yè)危害特征流行病學(xué)研究”[J].2012,39(1):45-50
[2]黃乃瑜 葉升平 樊自田《消失模鑄造原理及質(zhì)量控制》[M].武漢: 華中科技大學(xué)出版社[2004.2] 第五章 5.5.3:175-176
