铸钢件水玻璃背砂工艺的研究

■ 李新春　徐盛春



铸钢件水玻璃背砂工艺的研究

■ 李新春徐盛春

摘 要：针对背砂工艺存在问题进行研究；对铸件结构、使用性能和铸件在粗加工、精加工时反映出的缺陷状况进行分析，并进行工艺试验。试验中对“轴箱体”背砂的碾压过程及造型、修型、砂型烘烤、下芯、合箱、落砂、切割浇冒口、铸件整理及加工解剖情况进行跟踪。通过生产试验验证，铸钢件水玻璃背砂工艺可满足新八轴机车“轴箱体”的生产需求，可在生产中应用。

关键词：铸钢件；水玻璃；背砂工艺；造型；轴箱体

机车配套铸件一般采用水玻璃砂或树脂砂做面砂+潮模砂背砂的造型工艺。随着机车质量大跨越提升，采用潮模砂背砂工艺生产铸件，在加工工序出现的铸造缺陷越来越多，铸件在粗加工及精加工工序频繁出现因铸造缺陷而返修及报废的状况，造成大量的人力及物力损失。由于潮模砂强度较低，在造型过程中容易出现塌箱、漏箱问题。因此，现行的背砂工艺已不适应发展的要求。

1　背砂工艺存在的问题

（1）潮模砂干强度低、湿强度高、水分高。黏土含量高，容易使铸件产生掉砂、气孔及缩孔缺陷。

（2）潮模砂使用的全是旧砂，水玻璃膜及树脂膜没有完全破解。重新配砂时黏土与旧砂的粘结强度低，合箱时造成塌箱，浇注时型砂脱落掉入钢水中造成铸件夹砂。

前期新八轴机车“轴箱体”精加工面的缺陷面积较大、数量较多，轴孔上端面有若干气孔、缩松、裂纹等缺陷（见图1）。

图1　轴孔上端面有若干气孔、缩松、裂纹等缺陷

针对铸件结构、使用性能和铸件在粗加工、精加工时反映出的缺陷状况进行分析，选用新八轴机车“轴箱体”进行工艺试验。

2　工艺研究

（1）水玻璃砂湿强度低而干强度高，完全执行水玻璃砂工艺，铸件浇注后的落砂非常困难，造成一系列的不必要浪费。采用水玻璃背砂工艺既要达到水玻璃砂的基本强度要求，又要清砂容易。

（2）调整水玻璃黏结剂及黏土的加入量，控制水分的加入量。黏土的加入量与型砂的含水量无关。

（3）背砂配制工艺。水玻璃加入量：2.6%～3.5%；黏土加入量：1.2%～2.5%；含水量：3.0%～4.5%。

3　工艺试验

（1）配砂工艺实际加入量。第一碾：旧砂750 kg；膨润土12 kg；水玻璃32 kg。第二碾：旧砂750 kg；膨润土12 kg；水玻璃20 kg。第三碾：旧砂750 kg；膨润土6 kg；水玻璃26 kg。第四碾：旧砂750 kg；膨润土6 kg；水玻璃26 kg。

（2）碾压工艺确定。背砂的碾压选用S112碾轮式混砂机，开混砂机后加入旧砂、膨润土，干混1～2 min，加入水玻璃混碾4～5 min后出砂。

（3）型砂物理性能测定。第一碾：由于水玻璃加入量较大，制作试样时无法成型，透气性及湿压强度无法试验，含水量4.8%。第二碾：透气性316；含水量4.12%；湿压强度50 kPa。第三碾：透气性290， 含水量4.04%，湿压强度55 kPa。第四碾：透气性339，含水量3.52%，湿压强度60 kPa。

（4）2015年3月进行工艺试验。对试验的“轴箱体”DJ15-0418#背砂的碾压过程及造型、修型、砂型烘烤、下芯、合箱、落砂、切割浇冒口、铸件整理及加工解剖情况进行全面跟踪。针对铸件落砂问题，通过跟踪观察落砂过程发现，背砂的溃散性非常好。将砂箱放在落砂机上，振动20 s后，背砂全部散落，且不结块。为对工艺进行验证，对试制的“轴箱体”DJ15-0418#进行切削解剖，解剖过程中发现在粗加工尺寸部位，轴孔上端面有一处4 mm×7 mm的气孔缺陷，继续加工，缺陷消失。试验结果显示，轴孔上端面存有铸造缺陷，但较前期生产的铸件质量有明显提高。

4　新八轴机车“轴箱体”试生产

2015年4月小批量生产新八轴机车“轴箱体”DJ150491#—DJ150523#，共33箱。生产过程与工艺试验相同。跟踪精加工成品28箱（每箱1件），其中16件精加工面未发现缺陷，12件轴孔上端面及弹簧座面处有气孔缺陷，但缺陷数量及面积较前期大为减少，铸件的一次成品率为59%，质量虽有较大幅度提高，但没有达到预期数值，轴孔上端面有1处4 mm×5 mm的气孔缺陷（见图2）。

2015年5月新八轴机车“轴箱体”再次试生产11箱。由于工艺试验与“轴箱体”试生产结果未达到预期目标。此次在背砂的混制过程中，水玻璃加入量控制在2.5%，并将背砂的水份控制在3.0%～3.8%。铸件整理后经精加工验证，11箱“轴箱体”一次通过检查和检验，加工面未发现任何铸造缺陷。

通过生产试验验证，铸钢件水玻璃背砂工艺可满足新八轴机车“轴箱体”的生产需求，大幅度提升了产品质量。水玻璃背砂工艺可在生产中应用。

图2　轴孔上端面有1处气孔缺陷

5　水玻璃背砂工艺的应用

（1）型砂的碾压设备。试验碾压背砂时，选用S112碾轮式混砂机碾压水玻璃砂，在日常生产时选用S115碾轮式混砂机，而S115碾轮式混砂机工作过程为封闭式，也没有水玻璃加入定量罐，背砂的碾压状况无法预知，型砂的取样化验无法进行。批量生产必须新增一台碾轮式混砂机，以配制水玻璃背砂。

（2）输送带改造。碾压后的背砂通过输送带送入背砂库，不是直接送到造型场地，需要对输送带进行改造，满足生产需要。

（3）砂型落砂。试验表明，水玻璃砂背砂终强度较低，但能满足工艺要求，浇筑后背砂溃散性较好，可满足生产要求。

6　结论

通过试验生产及精加工验证表明，水玻璃背砂工艺有较高的湿强度，铸型起模后用CO2烘烤，提高了铸件尺寸精度及外观质量，铸件掉砂情况较少，铸型排气道的设计不受背砂影响。由于铸型的面砂与背砂全部硬化，明显提高了砂型的干强度，有效防止了铸件变形。在翻转合箱过程中，不会发生塌箱及掉盖的情况，从铸造工艺角度上考虑可行。与水玻璃背砂工艺相配套的设备及技术国内外均已成熟，只需对造型及混砂设备进行改进，可显著提高铸件的内部质量，完全可用于生产实践。

7　参考文献

[1] 中国机械工程学会铸造分会. 铸造手册[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

[2] 日本铸造工学会. 铸造缺陷及其对策[M]. 北京：机械工业出版社，2008.

李新春：大同益达铸造有限责任公司，助理工程师，山西大同，037038

徐盛春：中车大同电力机车有限公司技术中心工艺开发部，高级工程师，山西 大同，037038

责任编辑 高红义

中图分类号：TG24

文献标识码：A

文章编号：1672-061X（2016）02-0034-02