单铸试块在批量铸造管件消失模生产线上的应用

贾国芳，刘善江，苏西鹏

（芜湖新兴新材料产业园有限公司，安徽芜湖 241000）

1 附铸试块主要做法及存在问题

消失模铸造所用附铸试块是用EPS泡沫切割Y型试样（见图1），经上涂料、烘干并粘接在铸件泡沫模型上，随铸件铸造成型的。附铸试块连同铸件经落砂抛丸后，再从铸件组树中取下，送性能室进行加工检测，可以说附铸试块的制作流程完全就是消失模铸造工艺过程的缩影。附铸试块与铸件具有相同的成型、冷却工艺条件，通过其检测铸件性能指标能够反映本体实际情况，目前多数消失模管件厂都采用附铸试块检测性能。

实际生产中发现，在机械化、自动化程度较高的消失模生产线上，用附铸试块检测管件性能存在取样困难、性能检测延后、综合成本高等问题。

图1 用泡沫切割的附铸试块模样

1.1 附铸试块取样困难

消失模是一个长流程的铸造工艺，大批量生产球铁管件，一包铁水进行多箱浇注是非常普遍的。球墨铸铁在浇注凝固之前，存在随时间延长而球化衰退的现象，如果一包铁水最后浇注的管件性能合格，那么该包铁水浇注的所有管件性能全部合格。基于对球墨铸铁的认识，大批量生产管件条件下，性能检测更要有针对性，不能全部检测但更不能漏检，检测每包浇注的最后一箱管件性能才最有意义。球墨铸铁光谱检测的化学成分，并不能代表铸铁的性能。国家标准要求每4 t管件为一个组批，每批检测一组机械性能。在高效率的生产线上，要准确找到每包铁水浇注的最后一箱随型附铸试块是有很大难度的，需要对照浇注记录和跟踪卡，在清理现场一点一点核对查找，这个过程费时费力还容易出错。消失模生产效率高，铸件经出箱、抛丸、切割之后，到现场去查找每包浇注的最后一箱试块显然有很大难度。实际生产中经常出现取样混乱现象，即：试块性能检测合格而铸件不合格，或者是试块性能检测不合格而铸件本体是合格的，也就是所取的试块是错误的，试块和包次对应不上。针对这种情况曾经设想在管件落砂出箱工位取样，但因存在铸件温度高、场地狭小，加上时间紧张、需对照浇注原始记录逐箱核对等诸多不便，该方法最终未能实施和推行。

1.2 性能检测延后

生产中总希望在最短的时间内检测出管件性能，一旦发现不合格项，便于尽快对管件进行截留处置。铸件性能检测越快越好，但是附助试块必须在管件出箱抛丸后才能取样、制样，难以做到快速及时。机械化生产线上通常有几十个砂箱在周转，全天连续生产时砂箱周转一个循环也要5 h～6 h，间歇式生产条件下很大一部分管件甚至要推迟到第二天出箱，遇到设备检修取样延后的时间则更长，取样工需要带着几天的浇注记录去现场找样，可以想象，取样滞后和混乱在所难免。

1.3 采用附助试块综合成本高

为了大包铁水多箱集中浇注，消失模机械化自动生产线，两个造型工位和两个浇注工位是交叉驱动推箱的。要做到每包铁水浇注的最后一箱管件带有附铸试块，造型排箱布置难以实现。为了确保每包最后一箱有试块，实际生产中往往是每一箱模型都粘接上附铸试块。按照工艺规定每包浇注4箱只需用1个试块，这种情况下另外3箱浇注的试块是多余的，只能再回炉熔化。可见这种做法，无论泡沫材料、涂料、人工和铁水消耗都是很大的，存在严重的浪费，因而附铸试块综合成本高。

2 应用单铸试块的主要做法

采用单铸试块制样检测管（铸）件性能是符合国家标准的，GB/T1348-2009《球墨铸铁件》中这样表述：“试样应尽可能代表铸件，采用何种试样（单铸、附铸、本体试样）由供需方协商，一般情况下当铸件单重超过2 t，且壁厚超过200 mm时，采用附铸试块制样。单铸试块应采用与铸件铸型导热性能相当的铸型，进行单独铸造成型，试块的落砂温度一般不应超过500℃”.经查找资料，接近消失模铸型冷却条件的是树脂砂型，利用呋喃树脂砂制作管件砂芯的便利条件，先用呋喃树脂砂制作单铸试块的砂型进行试验，具体做法如下。

2.1 制作Y型试块的金属模具

按照标准GB/T1348-2009中提供的Y型试样尺寸，用消失模工艺浇注了Y型样毛坯，经打磨修整得到了单铸试块砂型铸造模样，用刚板焊制方形敞口箱框，考虑脱模方便，Y型试样模具四周设计了较大的拔模斜度，箱框设计为对开式的。采用金属模具和箱框耐用性好，使用寿命长。单铸试块手工砂型铸造，自制简易金属模具见图2.

2.2 用树脂砂制作Y型试块铸型

用呋喃树脂自硬砂制作Y型试块脱箱铸型，按照标准要求，铸型四周吃砂量不小于40 mm，以满足铸型冷却条件的要求。混砂、填砂紧实、起模修整、刷涂整个过程全部为手工操作。单铸树脂砂试块铸型见图2.

2.2.1 从最后一箱的浇口杯中取铁水浇注试块

每包浇注完毕，把Y型试块砂型放到最后浇注砂箱面上，用经过预热的取样勺从浇口杯内取铁水浇注到试块铸型内。已浇注的单铸试块及铸型见图3.可见这种取样方法具有准确性，收集试样方便不会出现差错。

图2 单铸试块手工砂型铸造模样、箱框

图3 已浇注的单铸试块

2.2.2 取样送检

浇注后的试块铸型随同砂箱移动到铸型冷却线，单铸试块温度低于500℃，从铸型取下，排队按次序放置到试块架上，此时只需用粉笔在试块上写明当班的包次号即可，性能室的制样工取走试块，进行制样和性能检测。这种做法取样方便、直接、高效，克服了以往采用附铸试块需要到打磨清理现场找试块的弊端。

2.3 改进工艺，采用覆膜砂制作Y型试块壳型

用普通呋喃树脂砂手工制作Y型试块铸型，存在吃砂量大砂耗高、制作效率低、试块表面质量差等问题。为了进一步提高铸铁试块表面质量并降低树脂砂消耗，结合现有的热芯盒制芯机（见图4），设计制作单铸试块覆膜砂壳型模具，所制壳型的砂层厚度为10 mm，壳型的重量只有呋喃树脂砂型的1/4（见图5）.单铸试块的壳型采用热芯盒成型机完成射砂、加热硬化、脱模等全部作业，壳型生产效率高，表面光洁致密。相比呋喃树脂砂手工制作单铸试块铸型，用覆膜砂壳型浇注单铸试块表面质量明显提高，制作成本显著降低。

3 采用单铸试块的优点和效益分析

为节省材料消耗，所设计的单铸试块的覆膜砂型壁薄而轻，难以满足试块的冷却条件，为防止试块冷却太快，覆膜砂壳型外部填充干砂进行有效保温，同时也防止了壳型开裂漏铁的隐患（见图6）.几个月来的实践证明，采用单铸试块操作灵活方便，检测准确可靠，节能降耗显著。

图4 覆膜砂壳型射芯机及模具

图5 Y型单铸试块覆膜砂壳型

图6 覆膜砂型外填背砂浇注

3.1 从最后一箱浇口杯中取样，检测管件性能代表性强

单铸试块是从浇注最后一箱浇口杯中取样的，反映的是该包铁水所对应铸件的最低性能。球墨铸铁不同于其他金属材料，其存在球化有效期，随着时间的延长将出现球化衰退和性能衰减。从最后浇注的浇口杯中取样，能够严格监控一包铁水所浇注全部铸件性能指标。只要试块性能合格，其所对应包次的铸件性能合格；如果试块性能不合格，还可以分别追踪检测不同箱次铸件本体金相和性能，以筛选不合格铸件。

3.2 取样方便，性能检测及时高效

每包只需浇注一个单铸试块，不需要每箱做出附铸试块，单铸试块相比之前附铸试块，浇注数量上减少了3/4.试块数量少并且在箱外浇注为取样提供了极大的方便，取样避开了后续的铸件出箱、转运、抛丸等工序，取样过程受限制环节少避免了混乱，性能检测更为方便、快捷和准确。

3.3 采用单铸试块具有节能降耗优势

制作附铸试块分为切割泡沫、浸挂涂料、烘干、组箱粘接等工序，采用单铸试块主要是制作砂型，制作单铸试块的数量仅是附铸试块的量的1/4，相当于人工成本减少3/4.

采用单铸试块真正做到了每包铁水只需浇注一个Y型试块，同以往的做法相比，每包铁水可以少浇注3/4数量的试块，每月节省4.7 t铁水，计算如下：消失模单班生产，产量1 200 t/月，平均每天浇注24包铁水，80箱铸型，日浇注单铸试块24个，平均每月（按28天）浇注单铸试块672个（24×28=672）.以往每月实际浇注附铸试块2 240个（28×80=2 240），采用单铸试块后每月减少试块数量1 568 个（2 240-672=1 568）.试块单重 3 kg，仅试块一项可减少耗铁量 4.7 t/月（1 568×3=4 700 kg）.平均每月4.7 t回炉铁熔炼电耗：4.7×700=3 290 kW·h，式中700为熔化吨固体料平均电耗kW·h.

4 采用单铸试块存在的问题与注意事项

采用单铸试块检测性能，这种做法一开始也遇到不少问题，比如试块表面粘砂、试块硬度大锯切试块困难、浇注的试块缺肉不丰满等。经过提高铸型紧实度，加强表面刷涂，注意浇注后保温等措施，特别是采用覆膜砂制作单铸试块壳型，有效克服了上述不足。与附铸试样相比，同样一包铁水采用单铸试块检测的性能指标，抗拉强度高5%左右，延伸率低2%左右，硬度高3%左右，分析原因是砂铸试块和取样方式对铁水带来的过冷倾向大于附铸试块造成的。虽然有这样偏差，但是只要掌握了这个规律，并不影响对性能的检测和判定。

5 结论

实践证明，在高效率的消失模生产线上，采用单铸试块检测管件性能，取样方便、送检及时，能准确地从最后浇注的铁水中取样，性能检测的针对性更强。采用此方法以来，再没有出现试样数据与管件本体对应不一致的混乱现象。按照平均生产1 200 t/月管件，单铸试块可减少耗铁量4.7 t/月，每月仅节省电耗达3 290 kW·h，人工成本降低1倍以上。高效率的消失模线生产球铁铸件，采用单铸试块的做法值得推广。