砂型铸造砂铁比降低方法研究

杨 磊，马 瑞，李文辉，韩庆文

（共享铸钢有限公司，宁夏银川750021）

砂铁比是指铸造生产过程中，同一铸型所用型砂的总质量与铸件质量的比值。

目前大型铸件生产大多依赖树脂砂制造工艺，树脂砂工艺所需的树脂和固化剂，其价格昂贵，是铸造造型生产中很重要的一部分成本支出。因此，降低树脂和固化剂的使用量，是降低铸件生产成本的重要环节，首先要根据所需型砂强度，尽量控制低的树脂固化剂加入量，其次过程中严格控制砂铁比，达到降低成本的目的。

1 砂铁比的影响

1.1 对成本的影响

树脂固化剂价格昂贵，降低砂铁比，即降低型砂用量，同时降低树脂固化剂的使用量，从而降低生产成本，例如：砂铁比从6降到5，则每生产1t铸件可节省1t型砂，目前的树脂砂生产成本约为300元/t，按年产量10000t计算的话，每年可节约生产成本300万元。

1.2 对再生砂灼减量的影响

一般情况下，砂铁比越高，再生砂灼减量会增高，回用时型砂的发气量大，铸件易产生气孔缺陷，影响产品质量[1]。因此，降低砂铁比的同时会减少再生砂的灼减量，铸件不易产生气孔等缺陷，提升产品内在质量。

1.3 对再生砂温度的影响

砂铁比的大小直接影响旧砂和再生砂的平均温度，砂铁比越低，旧砂的平均温度越高。在气温较低的时候，对提高生产率、节约能耗有很大好处，但在气温较高的时候，为确保型砂质量，还需增加相应的砂温冷却装置降低砂温，以保证混砂温度在20～30℃的最佳状态[1]。

2 砂铁比的日常管理

砂铁比降低，除了依靠设计之外，日常的规范管理也是一个很重要的工作环节，首先要根据企业的砂铁比控制能力及设计能力，制定各类产品及单件产品的完成目标，例如：大缸类产品≤4，环类产品≤8.5等。其次就是要实现单件产品造型过程的型砂使用量及树脂固化剂使用量的日常统计，最终实现单件产品砂铁比的完成情况统计，并与工艺设计值进行对比，同时进行相应的量化推动，还需定期对完成较差的单件产品及分类产品进行专项统计分析，进一步改进设计及现场操作，实现降低砂铁比的目的。

3 砂铁比降低方法

3.1 工装设计

砂铁比工装设计应以保证产品造型过程可操作性、浇注过程安全性为前提，因此，工装设计时还需关注以下几点要求：

（1）确保产品铸型吃砂量（树脂砂厚度），根据生产铸件的大小确定合适的吃砂量，以大型铸钢件（一般指单件重10t以上的铸钢件）为例，铸型吃砂量≥150mm，浇道吃砂量≥200mm。

（2）工装应尽量与砂箱组装成整体，在造型前提前进行组配，减少流砂过程中员工的操作强度。

（3）工装应具有可回收及可重复利用的特性，由于产品结构不尽相同，需尽量设计采用可拆卸，可通用的工装，节约工装制作成本。

3.2 分类产品设计举例

根据实际生产的产品类型进行分类，并对各类产品工装设计举例如下，希望能对相关企业起到指导借鉴的作用，各企业可根据自己生产的产品类型进行分类，制定相应的设计标准，指导设计与现场生产，达到降低砂铁比的目的。

3.2.1 大缸类及阀壳类产品

大缸类产品形状较统一，一般为半圆弧状，具有壁厚大，重量大的特点；阀壳类产品形状不规则，管口数量及方向都各不相同，此两类产品，砂铁比降低措施一般组单侧工装：单侧工装主要由N形、L形用螺杆组装而成，再与砂箱内侧用螺杆连接，N形、L形，用普通碳钢钢板焊接而成，根据砂箱尺寸及吃砂量的不同，需设计不同尺寸的工装以满足使用需求，组装方式如图1所示。

3.2.2 回转体类及环类产品

图1 大缸类/阀壳类产品砂铁比降低工装组配图示

回转体类产品内腔工艺信息较多，内腔部分不易组装工装，仅能在外围部分，在满足吃砂量的前提下组装隔角箱带。环类产品是目前铸件里砂铁比最高的产品之一，该类产品有轮廓尺寸大、壁厚小、产品重量小等特点，如果全部使用树脂砂造型，砂铁比至少达到15，环类产品砂铁比，还是存在很大的下降空间，目前环类产品砂铁比设计分为两个部分：内腔部分放置圆形及多边形工装以及外围部分组装隔角箱带，组装方式如图2所示。

4 造型操作方法

（1）填干砂块：填干砂块是降低砂铁比过程中最常见的一种措施，通过回收利用落砂过程中的一些未溃散的砂块，造型过程中在吃砂量大的部位随机填充放置，替代树脂砂的体积，从而达到降低砂铁比的目的。

（2）标准工装填砂块：可根据生产铸件的吨位及砂箱的尺寸，制作不同规格的标准工装填砂块，尺寸不宜过大，以人可搬运为主，在铸型及砂芯中都可以使用，使用时需要注意：在一块区域内同时使用多个填砂块时要保证填砂块之间的吃砂量大于50mm，填砂块要尽可能的用加强筋等连接工装与砂箱主板、箱带、连接件及芯骨（吊胎骨架）进行连接，确保强度，防止铸型开裂问题。

图2 环类/回转体类产品砂铁比降低工装组配图示

（3）流干砂子：造型时可根据产品内部吃砂量大小及形状，组装所需要的各种形状工装，以填充干砂子，从而节省树脂用量，以降低砂铁比。

5 结论

砂铁比的降低，可大大降低生产成本和减少铸件气孔缺陷，但同时会带来砂温升高的问题，需做好砂温的控制措施，确保型砂的质量；砂铁比的降低，除了设计的规范化外，日常的砂铁比管理工作也至关重要，如何通过量化及制度方面的完善，来激励操作人员严格执行设计，是降低砂铁比的重要环节，需通过对设计值及各类产品的目标值的挂钩量化推动，并定期对完成较差的产品进行设计及操作的原因分析，做到不断完善改进，创新；砂铁比的降低，很大一部分取决于工装设计的规范化，通过日常经验的积累及设计的创新，找到适合自己的各类办法，总结、制定设计标准及规范，从设计上降低砂铁比；砂铁比的降低，除了依靠设计外，最终还要取决于现场的执行，在严格执行工装工艺的基础上，采取相应的填干砂块，标准工装填砂块，流干砂子等措施，进一步降低砂铁比。