來(lái)源：《鑄造技術(shù)》雜志
作者：袁東洲
（1,全國(guó)消失模與V法鑄造技術(shù)委員會(huì) 湖北 武漢 430074；2,中國(guó)鑄造技術(shù)聯(lián)盟 河南 洛陽(yáng) 471133)
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[摘? 要]以消失模鑄造澆注系統(tǒng)所用材料演變過程及影響為題，介紹了鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件新材料的優(yōu)越性。主要表現(xiàn)在：耐火度高，耐鐵水沖刷；重量輕；承插連接不漏砂，安裝使用靈活方便；常溫下有一定韌性不易損壞，澆注后堅(jiān)硬的固體廢棄物少，容易剝離，易清除；鑄件材質(zhì)沒有滲碳問題；降低了鑄件廢品率。紙質(zhì)澆道管及管件新工藝應(yīng)用于消失模鑄造是資源的再生利用，綠色環(huán)保，減少環(huán)境污染，同時(shí)提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量，具有推廣價(jià)值。
[關(guān)鍵詞] 消失模鑄造；紙質(zhì)澆道管；鑄造新工藝
Paper sprue advantages and its application in lost foam casting
Yuan Dongzhou 1, 2,
(1, lost and V method casting technology, the national committee of hubei wuhan 430074; 2, the China foundry technology alliance Henan luoyang 471133)
Abstract:picked materials used in epc casting system evolution and its influence, introduced the foundry paper sprue pipe and fitting the superiority of the new material.Mainly displays in: high refractoriness, molten iron scouring resistance;Light weight;Socket connection not sand leakage, convenient installation;Temperature has a certain toughness is not easy to damage, after pouring hard solid waste less, easy to peel, easy clean;Casting material cementation problem;Reduces the casting scrap rate.Paper sprue pipe and pipe fittings new technology is applied to lost foam casting is the resources recycling, green environmental protection, reduce environmental pollution, at the same time improve the quality of the casting internal, has promotion value.
key words:epc;Paper sprue tube;A new casting technology
消失模鑄造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 消失模澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
消失模澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和傳統(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。
由于消失模鑄造鑄型內(nèi)充滿泡塑模樣，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?？焖贊沧⑹窍９に嚨淖畲筇攸c(diǎn)，除此外還要求充型平穩(wěn)，以保證整個(gè)充型過程順利有序，才會(huì)獲得完整鑄件。因此，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)物排出鑄型的速度一致，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)用之初，澆注系統(tǒng)材料是直接用泡沫板切割制作，也是實(shí)心的。后來(lái)為了減少澆道的發(fā)氣量，澆注系統(tǒng)向空心發(fā)展，開始只是直澆道做成空心，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。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)要求很高的鑄件時(shí)才使用耐火材料空心澆道。據(jù)我們所知陶瓷空心澆道在國(guó)外消失模鑄造廠家使用相當(dāng)普遍。
2 鑄造用紙質(zhì)空心澆道介紹
參加鑄造博覽會(huì)，看到國(guó)外展商的鑄造用紙質(zhì)澆道，鑄造界深受啟發(fā)，國(guó)內(nèi)多家公司決策高層都躍躍欲試著手研制。據(jù)我們所知，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，制造出完全符合鑄造技術(shù)要求的紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品（如圖1所示），并進(jìn)入批量生產(chǎn)。
前不久我們有幸到寶雞華光鑄造材料科技有限公司考察，看到他們?cè)诙嗉诣T造工廠使用實(shí)例，證實(shí)華光鑄材的紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品可以和國(guó)外的同類產(chǎn)品相媲美。產(chǎn)品具備綠色、環(huán)保、節(jié)能的特性。這項(xiàng)產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
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，澆注系統(tǒng)承接部位連接牢固。
3 消失模鑄造用澆道的變遷
如前所述，消失模鑄造工業(yè)化應(yīng)用初期，澆注系統(tǒng)是泡塑板材用電熱絲制作，而且是實(shí)芯的，澆注時(shí)常常出現(xiàn)“反噴”現(xiàn)象，澆注工常常因安全而中斷正常澆注。而且澆注完開箱落砂后，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）。鑄件出現(xiàn)相當(dāng)多砂眼、夾渣缺陷，機(jī)械加工后加工面也有白點(diǎn)、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，此處是高溫集聚區(qū)，如果透氣性高，高溫金屬液更容易滲出，多則易形成鐵包砂的“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贊許。
但是，陶瓷澆道管及管件也有美中不足之處，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(wú)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(wú)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)澆道管已經(jīng)用于多家消失模鑄造車間，圖4是某廠工人們正在給大型裝載機(jī)箱體鑄型上安裝紙質(zhì)澆道管。
車間管理人員和操作工普遍反映，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)克服了陶瓷管在移動(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)澆道還可以制作橫澆道以及其他管件，這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)金屬液材質(zhì)帶來(lái)任何影響。
4? 紙質(zhì)澆道管的優(yōu)點(diǎn)
通過在消失模鑄造上的應(yīng)用，紙質(zhì)澆道管表現(xiàn)出非常好的優(yōu)點(diǎn)。
(1)重量輕（紙質(zhì)澆道管是同型號(hào)陶瓷管重量的1/10），韌性好，易切割（如圖5所示），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。
（2）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。
（3）高溫強(qiáng)度好，耐火度高，抗沖刷能力強(qiáng)，杜絕掉砂，預(yù)防產(chǎn)生夾渣缺陷。
（4）不與金屬液發(fā)生任何作用，保持了金屬液原有的性能，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。
（5）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，有效減少澆道金屬液熱損失，防止在澆注過程中過早結(jié)殼現(xiàn)象發(fā)生。
（6）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。
（7）解決了傳統(tǒng)陶瓷澆道管諸多缺點(diǎn)，節(jié)能、綠色、環(huán)保，是陶瓷澆道管的理想代替品。
5? 結(jié)語(yǔ)
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(lái)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)品是保證鑄件表面和內(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，具有廣闊的應(yīng)用前景。但本人認(rèn)為，該產(chǎn)品仍有需要改進(jìn)完善之處，如如何提高其“擋渣、蔽渣”功能等問題。希望該產(chǎn)品在鑄造行業(yè)尤其是消失模鑄造上的應(yīng)用實(shí)踐中不斷總結(jié)、不斷提升，并研制出更新一代的產(chǎn)品，滿足鑄造行業(yè)的需要。
[作者簡(jiǎn)介]?? 袁東洲（1947.01—），男，漢族，陜西渭南人，大學(xué)文化，高級(jí)工程師。全國(guó)消失模與V法鑄造技術(shù)委員會(huì)高級(jí)鑄造工程師；中國(guó)鑄造技術(shù)聯(lián)盟專家團(tuán)隊(duì)首席鑄造顧問。通聯(lián)方式： 電話 029—33234346(辦)? E-mail:ydzh15291016323@163.com
參? 考? 文? 獻(xiàn)
[1]張建中 陳發(fā)明 葉青, 等. 呋喃樹脂砂鑄造工藝職業(yè)危害特征流行病學(xué)研究 [J]. 中國(guó)職業(yè)醫(yī)學(xué), 2012,39(1):45-50.
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??? [3]張新平，鑄造用紙質(zhì)澆道管及其制造方法；中國(guó)，201507230033.33[P].2015-10-29.
