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 咸阳 712025；4.西安理工大学，陕西 西安 710048）

消失模铸造技术是上世纪80年代国际上开发应用的新型铸造技术，我国在90年代末被国家科技部列入“九五”国家科技成果重点推广计划。与传统铸造技术相比，消失模铸造的铸件，不仅表面光洁度、铸件尺寸精度高，因在负压状态下成型铸件内部组织致密度提高，相对而言成本较低，同时改善了从业工人的劳动条件，也有利于生产环境的改善等优势。所以，被国内外誉为“21世纪的铸造技术”“铸造工业的绿色革命”。我们要从一个铸造大国变成为制造强国，就要大力发展更多近无余量生产，要大力发展精确成型技术；铸造产业必须符合国家环境保护与可持续发展的大方向，实现清洁生产；同时也要适应各个加个性化的市场需求，产品结构的设计要有更大的自由度。消失模铸造在以上诸多方面可以满足市场和制造商的需求，发展潜力巨大，只要尽最大限度地发挥消失模铸造的特点和优势。所以，我们说消失模铸造应用与发展前景非常广阔。

消失模铸造技术特别适合对具有复杂结构，尤其是具有复杂内腔，模样分型困难、造型困难的铸件；特别是有些用普通砂型铸造不好分型、难以起模，芯子很多且难以下芯定位的铸件，采用消失模铸造工艺就相应简单的多，它的铸件结构的适应性非常强，铸造生产如复杂的箱体类、缸体类、水泵叶轮、螺旋浆等结构较为复杂、精度要求高的中高档铸件，才能体现出消失模铸造工艺的优越性和经济效益。为此，围绕铸造生产高难度铸件必须攻克的技术难题就是消除生产中可能产生的诸多铸造缺陷，进一步提高成品率。

伴随着我国消失模铸造设备国产化水平的提高，以及我国消失模铸造原辅材料质量的改进与提高，加上我们诸多从事消失模铸造技术人员对于消失模铸造原理和理论研究的不断深入，我国的消失模铸造出现前所未有好局面，尤其是许多中小企业在选择铸造生产方式的时候，优先考虑了采用消失模铸造。但是，必须清醒认识中小企业普遍存在技术力量薄弱、管理水平亟待提高，检测手段不健全和资金周转等诸多问题。许多中小型民营企业家对消失模铸造缺乏完全和透彻的了解和认识，就我们所知很多厂家决策上消失模之前根本没有详实考察和论证过，自身也没有系统学习过消失模铸造的专业知识，更别说系统学习过消失模铸造原理与理论。当然主要是对消失模铸造认识上的不充分，对消失模铸造生产中可能出现问题的严重性估计不足，在知之甚少情况下，就急于上马，结果是花了两、三年时间产品质量过不了关，铸造过程中的问题很多，就我们所知许多新建消失模铸造企业陷入被动和面临停产局面。铸造业的利润说白了就是挣废品 “钱”，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”谈谈我们的认识与看法，愿与从事消失模铸造的同事们共同探讨和提高。

1 消失模铸件形成粘砂缺陷的原因

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，然后放入砂箱中，采用自硬树脂砂在外面舂实造型，在负压下浇注，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1.2mm～1.5mm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入型砂颗粒间隙，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；是在万不得已下才采取适当增加涂层厚度之法，因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，涂层容易开裂。干砂振动造型的经验是：频率50Hz左右，振幅 0.5mm～1.5mm，振动时间不大于60s，振动加速度与振动时间的乘积选择在45mm±15mm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40.0kPa～59.0kPa； 铸铁 26.7 kPa～53.3 kPa； 铝合金 0kPa～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30℃～50℃即可。铸铁件比较理想的浇注温度在1420℃～1470℃。

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，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。

［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.

［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］//第八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.