消失模砂箱不锈钢网功能失效探讨

郭跃广（龙工（福建）铸锻有限公司，福建龙岩364000）



消失模砂箱不锈钢网功能失效探讨

郭跃广
（龙工（福建）铸锻有限公司，福建龙岩364000）

摘要：在消失模铸造中随着砂箱造型、浇注、落砂周而复始使用频次的增加，不锈钢网周边热砂、热气流、热辐射、铁豆、粉尘、杂物等的长期侵袭，会出现网孔堵塞、网丝氧化、断丝破损等不锈钢网功能失效情况。孔堵导致气流不畅、负压不足；破损导致砂箱漏砂、铸型塌箱，严重影响正常浇注和产品质量。以上情况消失模厂家都可能碰到，文章就消失模砂箱不锈钢网功能失效进行了探讨。

关键词：消失模；砂箱；过滤网；功能失效

Keywrds：lost foam casting，sand box，filter，failure

消失模砂箱一般为钢板焊接而成的长方体或圆桶形，顶部敞开，底部和侧边做出夹层，形成抽气空腔[1]。外围的底部和侧边保证封闭并安装有相关联的行走步进机构、震实定位机构、抽气连接机构、起吊翻转机构等。内层（也称隔板）的底部和侧边板钻有φ8 mm～12 mm合理分布且数量较多的出气孔（用席型网时可以开出再大一些尺寸的出气孔），出气孔板上铺设可全覆盖孔洞的不锈钢网，不锈钢网上再用具有相对应孔洞的压板对齐锁紧，保证不锈钢网耐震动、不漏砂、可透气。不同的生产线其砂箱的尺寸和形状各有差异，但大多都离不开使用不锈钢网。图1为装了不锈钢网的砂箱。本文对不锈钢钢网功能失效进行了探讨。

1　不锈钢网的选择

1.1材料的选择

不锈钢网的材料有不锈钢201、304、304L、306、 306L等，具有耐热、耐酸、耐腐蚀、耐磨损等性能，消失模用钢网在耐热方面着重考虑。

图1　装了不锈钢网的砂箱

1.2普通方孔编织钢网的选择

普通方孔编织钢网（见图2），金属丝径总是小于孔径，当目数越多时，孔径越小，金属丝也越细，容易孔堵和破损。一般选型砂对应目数再加大3～4个筛号的目数，或孔径至少减少至一半。如30/40目型砂用70目或80目过滤网，孔径由40目的0.38mm减为70目的0.2 mm或80目的0.18 mm，其金属丝径要小于φ0.2 mm.为保护较细的钢网，可在外部加一层目数较少，金属丝较粗的钢网。

图2　普通方孔编织钢网

1.3席型网的选择

席型网经纬丝丝径不同，目数不同，合理的搭配丝径和目数可以达到方孔网无法达到的过滤密度，或者说在同样的过滤密度下，可以有较大的丝径。席型网具有双层交叉的金属纬丝紧紧夹住垂直的经丝（见图3），构成立体受力（微观分析），抗折弯、抗牵拉能力明显提高，强度增加，比较不容易破损。如：目数为22×120的席型网，金属丝径为φ0.315 mm×φ0.224 mm，由于强度好，内层板开的出气孔可大到φ30 mm.

图3　具有双层交叉的席型网

2　钢网使用状况及对钢网的影响

2.1浇注前型砂重力、震实力和真空吸力对钢网的影响

隔板出气孔上的不锈钢网，在加砂时，要承受加砂时的冲击力、摩擦力。加砂后，要分担承受砂箱内型砂重力，底部承受的重力最大，侧面随着高度的上升重力变小。作用力主要表现为金属丝受拉，出气孔开口面积越大时，所受拉力越大。在造型震实时，还要承受交变的震动力；真空时增加承受负压吸力。整个过程中，若型砂较为干净时，对钢网的破坏不会明显。但型砂中若存在铁豆等硬质杂物并正好落在钢网上时，钢网就可能被尖物扎入造成损坏。

2.2浇注中气化裂解产物对钢网的影响

浇注时泡沫模样受热气化和裂解产生了大量的碳和少量的氢，含量虽少的修补膏和热熔胶以及涂层中的有机物也会气化，构成了成分复杂的混合物气体（还含粉尘颗粒物）。这些气体在砂箱负压状态下，是以热气流通过钢网，对钢网构成熏染。这些热气流不是均匀地从各个网孔流出，而是负压值大或阻力小的位置流量大。

长期的熏染造成孔堵的可能，特别含黏性的热熔胶气体（不限于此）通过钢网凝结于金属丝，把颗粒物也粘在一起，造成局部钢网孔堵（热熔胶用量多时，可能性大）。图4为二级磁选后细砂过筛时筛网粘了型砂，难以去除，手感有热熔胶的黏性。

图4　细砂过筛时被粘在网上

2.3翻箱落砂热辐射、烟气、杂物对钢网的影响

铁液浇注数小时后，铸件得到凝固和初步冷却，但铸件周边的型砂温度却在上升。翻箱落砂过程中，先翻出顶部的冷砂，再露出热铸件和流出热砂，随着热砂的继续流出，钢网也暴露出来。翻箱较早或铸件较厚大时，型砂和铸件都是红的，温度可达到600℃～700℃，对暴露的钢网造成极大的热辐射。伴随着有些杂物被烘烤或燃烧的烟气（如未去除干净的塑料膜等），又造成对钢网的熏染。

砂箱翻转超过90°时，原来的侧壁变成现在的底部，砂箱继续翻转时，砂箱开口朝下倾斜加大，铸件沿着砂层或直接从隔板上的钢网压板滑过，离开砂箱。在铸件滑过压板的瞬间，当铸件与钢网之间有杂物（如：铁豆、小铁块、铁丝、炉渣、浇杯碎片等），铸件的重力滑移通过杂物传递到钢网，钢网有可能承受不住被扎坏。

3　钢网功能失效对浇注的影响

钢网功能失效主要表现为网孔的堵塞和钢网的破损漏砂。

3.1网孔堵塞对浇注质量的影响

消失模砂箱不锈钢网的堵塞，是随着生产时间的累积，渐渐发生的，小程度的堵塞不会影响到浇注，也不会造成铸件质量问题。但堵塞程度超过一半以上或三分之二以上时（堵塞严重），初始负压值虽可以达到要求（钢网外），但浇注后大量气化物产生时，抽气不畅，负压值会急激下降（钢网内），下水速度减慢，甚至出现反喷和涨箱等情况（有压无流）。浇注的铸件则出现粘砂或铁包砂、渣气孔、碳渣等缺陷[3]。在所用砂箱中，总是先有部分的砂箱钢网堵塞较严重，影响了产品合格率，而又不易挑出。

3.2钢网破损对浇注质量的影响

钢网一旦破损，就会造成漏砂，在负压状态下，型砂从破损的网洞不断地被吸出，影响型砂紧实度。浇注时，一方面，铁水冲破无型砂支撑的涂料，渗透到型砂中，造成铁包砂；另一方面，在涂料破损的瞬间，型砂被倒吸入铸件，造成砂眼。图5是砂箱底网破损时一壳体铸件横浇道处“长角”铁包砂。图6是砂箱侧网破损时一壳体铸件法兰处“长瘤”铁包砂。钢网漏砂造成的铁包砂往往无法清除，只能报废。而且对钢网的破损如未发现并及时修复，下次浇注还会重复出现，甚至更严重。

图5　砂箱底网破损时一壳体铸件横浇道处“长角”铁包砂

图6　砂箱侧网破损时一壳体铸件法兰处“长瘤”铁包砂

3.3钢网漏砂造成浇注漏水，酿成事故

当砂箱钢网的破损网洞扩大和铸件与钢网的吃砂量较小时，这段的型砂基本被抽松（或快空了），铁水到达该处时，在强力负压下，直接冲过钢网，进入抽气室空腔。由于铁水的高温，迅速熔化隔板，又形成更大股铁流，继续烧毁砂箱、真空控制阀和真空总管道，酿成事故，浇注被迫停止。这破损的网洞就是大堤的蚁穴，不可小视。图7是铁水进入到真空控制阀管道的图片。

图7　铁水进入真空控制阀管道

4　钢网堵塞的检查

4.1从浇注的负压降进行检查

在新砂箱或新钢网使用时，选定一长期生产的产品，观察浇注时的负压值下降情况，做好记录。或对负压表的动态进行录像，以留备用。当有多余砂箱时，留两个或多个不用，箱口用塑料布盖好防尘，留着对比用。

在平常浇注过程中，注意观察压降情况，特别在钢网使用半年以上或浇注出现反喷时，更要观察是否出现负压值急剧下降，并对比原来的记录分析。必要时，动用留用的新网砂箱浇注，可更直观对比。

4.2肉眼观察检查

拆下钢网，吹去粉尘，可明显看出，压板压住的钢网，无气化物通过，所以洁净如初；而出气孔对应的钢网，颜色为深褐或带有锈色。对着光线观察，对比两者的透光度，可大概得出堵塞情况。

4.3过水试验检查

用4＇或6＇的皮管，接至水龙头，将钢网垂直提起，皮管口（切平）对着并贴紧要检查的钢网面。对洁净如初的钢网，水柱会顺利通过钢网继续往前射出，而对有堵塞的钢网，射出的水柱无力，而对完全堵塞的钢网，则水无法射出，而是从皮管口与钢网的内侧射出。

用过水试验检查钢网堵塞程度，方法简便，直观准确。

5　钢网破损的检查

5.1肉眼观察检查

钢网的破损，防不胜防，这次检查完好无缺，说不定下一次浇注循环后，就出现一个破洞了。所以，每个砂箱在加底砂前，必须对钢网进行全面检查，发现钢网破损或压板松动时，就要做出标识，不加底砂，进行修复后才可使用。

5.2亡羊补牢法

当砂箱尺寸较大，检查工位光线不足，检查人又不便跳入砂箱内进行检查时（安全考虑），从箱口往下检查，存在检查死角，难免出现漏网之鱼。就会出现由于钢网的破损产生如图5、图6的铸件铁包砂情况，如何亡羊补牢呢？

要利用已经发生问题的信息进行排查，防止连续再发生。方法是：（1）对砂箱进行编号，按01、02、03、…；（2）对铸件进行编号，如5C0026，5表示15年，C表示3月份，0026表示铸件流水号；（3）在浇注的记录表上，有浇注日期、班次、铸件号、砂箱号、负压值、浇注温度、异常情况、浇注人员等信息；（4）浇注后，记录表交车间统计员，统计员将浇注日期、班次、铸件号、砂箱号录入电脑，其余信息量大可不必录入；（5）铸件开箱后，发现有图5、图6的情况，就是铸件对应的砂箱钢网有破损，记下铸件号；（6）输入铸件号，电脑自动查找记录表铸件号，对应的砂箱号等主要信息就都出来了；（7）工段根据提供的砂箱号，针对该砂箱钢网进行认真检查和修复，达到亡羊补牢的效果；（8）根据浇注日期、班次和砂箱号（有序排列），就可以很快地在浇注的记录表上找到铸件号，即找到了本件其它记录的全部信息。

5.3安装流砂传感器

在负压总管内安装流砂传感器。正常情况下，负压总管内只有气体流，当砂箱漏砂时，气体混合着型砂，质量变大，撞击传感器发出信号；或设置一小容器装接了部分流砂，靠重力传感报警，就可以对相关砂箱进行检查，而不需等浇注出铸件才知道。设备厂家可根据这一设想进行设计，使钢网漏砂得到预警和控制。

6　预防和控制

6.1做好对砂箱的建档管理

由于砂箱钢网具有严重功能失效状况，而且每个砂箱状况不尽相同。流水线上，除开箱后几个工位不装砂外，其余时间都填满型砂，不方便检查。并且单从外观难看出或难评价该砂箱的优良或以前使用情况，只有对每个砂箱建立档案，记录下制作日期、换钢网日期、维修日期、浇注反喷频率、产生废品分布等，才能对砂箱更具体的了解，才能分析出哪个砂箱是带病作业，需要维护。铸造产品的质量，影响因素较多，只有对相关因素，尽量做全面的收集，才能准确判断。

6.2及时对功能失效钢网更换

对钢网孔堵严重或经常破损的砂箱，应该吊离流水线，进行钢网更换。平常要有预备数个周转的砂箱，以不至于影响生产。一种换法是整片换新，这与新安装没有多少区别。另一种方法是挪移钢网一个出气孔位置，一般出气孔都是整齐排列，使压板压住的洁净如初的钢网移到出气孔位置，与换新的效果差不多，可降低生产成本。对挪移法，要注意对旧钢网的检查，还要注意紧固压板螺栓孔旧钢网孔的遮挡处理。

6.3保持型砂的清洁，延长钢网的使用

钢网接触的介质，一是型砂，二是气化物，保持型砂的清洁，对延长钢网的使用至关重要。（1）浇注后，对浇注的跑铁要预先清除，对封箱的覆膜要清理干净，避免在开箱时塑料膜燃烧结块；（2）要进行一级磁选和二级磁选，消除铁块、铁豆进入型砂；（3）对大于型砂粒度的杂物过筛清除；（4）对碎化的细粒度型砂进行筛分；（5）结合型砂冷却沸腾床进行除尘；（6）减少热熔胶、修补膏的使用；（7）减少铁钉、铁丝的使用；（8）绝对不准将铸件夹出工序产生的铁块、拉筋、铸件带出的型砂、剥落的涂料、浇口杯纤维碎片、粉末等已统一收集的垃圾物倒入空砂箱（见图8），而试图让砂处理线进行磁选等处理（图捡铁方便），而对砂箱钢网造成极大的污染和伤害。

图8　铁块、纤维碎片、粉末等垃圾物

7　结语

1）消失模砂箱不绣钢网功能失效主要表现为网孔的堵塞和钢网的破损。孔堵导致气流不畅、负压不足、浇注减慢，出现反喷和涨箱等情况，铸件则出铁包砂、渣气孔、碳渣等缺陷。钢网破损导致砂箱漏砂、铸型塌箱、浇注跑水、损害设备，严重影响正常浇注和产品质量。

2）要充分了解不锈钢网的结构，网孔网丝的关系，席型网的特点，了解钢网的使用环境和所受的影响。掌握钢网功能失效的原因，分析判断钢网功能失效的程度，加强对砂箱和型砂的管理。用现场观察和长期记录做好对砂箱钢网功能失效的预防和控制，把钢网失效造成对生产质量的影响降低至最低。

参考文献：

［1］ 黄乃瑜，叶升平，樊自田.消失模铸造原理及质量控制［M］.武汉：华中科技大学出版社，2004.4．

［2］ 黄刚，叶升平.消失模砂箱及浸涂设备的设计与实践［G］//2012中国第十二届消失模V法实型铸造技术年会论文集.武汉：中国机械工程学会铸造分会消失模与V法铸造委员会，48-55.

［3］ 张少伟，袁东洲，连炜.消失模铸造常见缺陷分析及控制［G］//2014中国第二十届消失模V法实型铸造技术年会论文集.石家庄：中国铸造协会消失模V法实型铸造分会，101-109．

中图分类号：TG231.6

文献标识码：A

文章编号：1674-6694（2016）01-0014-04

doi：10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.01.005

收稿日期：2015-10-29

作者简介：郭跃广（1958-），男，福建龙岩人，高级工程师，学士，研究方向：消失模铸造工艺设计及实践。

Failure Disscussion of Stainless Steel Mesh in Lost Foam Casting Flask

GUO Yue-guang
（Longgong Casting and Forging CO.，LTD.，Longyan Fujian 364000，China）

Abstract：The faiure of stainless steel mesh in lost foam casting flask，such as mesh blocking，mesh wire oxidation and break，was caused by long time corrosion of hot sand，hot air，hot radiation，cold shot，dust and so on around the stainless steel mesh with the increasing using times of flask.Mesh blocking leads to impassable air flow and insufficient negative pressure.Broken wire leads to sand leakage，sand crushing，then the product quality.This paper disscusses the failure existed in any lost foam casting factory.