2019年03月19日 星期二
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纸质浇道管用于树脂砂实型铸造机床铸件的实践

纸质浇道管用于树脂砂实型铸造机床铸件的实践

1  机床类铸件的特点及问题

大型机床床身、立柱、底座及箱体铸件材质通常为HT200~HT350,一般都具有较为复杂的内腔结构,壁厚通常在12~30 mm。传统的砂型铸造工艺(如树脂砂造型)需要由较多的芯子来形成铸件内腔,存在一些缺点:①由于这类铸件的批量不是太大,不同型号规格的需要不同木模,较多的芯子则需要较多的芯壳模具,这样就增加了模具的成本及制造周期,同样也增加了模具的管理难度;②由于靠多个芯子组合形成内腔,增加了铸件尺寸精度控制难度;③型芯之间的缝隙会进入铁液,形成飞边、毛翅,铸件的修磨清理工作量和难度加大。

为了克服上述传统砂型铸造生产的缺点,树脂砂泡沫实型铸造工艺在大型机床铸件生产上得到广泛应用,但泡沫实型铸造也具有一些不利特性,其中最为典型的三种:①铸件成形需要靠高温的铁液热解实型材料(如EPS等),需要消耗大量的热,因此需要较高的浇注温度;②热解实型材料会产生大量的气体及残留物,在铸件上形成气孔、夹渣缺陷的风险较大;③浇注过程散发大量的含苯、甲苯有害气体及黑烟,需解决环保治理问题。如果浇注系统也是用EPS等实型材料制成,由于铁液最先通过浇注系统,则危害更大。采用陶瓷管材料做浇注系统能有效克服上述缺点,但陶瓷管浇注系统也存在不足:①陶瓷管较硬、脆,难切割,同时也较重,稍微复杂的浇注系统则组装困难;②陶瓷管由矿物材料烧结而成,浇注过程受高温铁液的侵蚀冲刷,有脱落进入型腔形成夹杂缺陷的风险;③铸件落砂后的陶瓷管碎片会混入型砂回收再生系统,增加了型砂的回收再生难度及成本。

采用纸质材质代替陶瓷材料制作铸造用浇注系统有很多优点,是一个发展趋势。首先纸质的材料比较轻薄,易裁切,可组装较为复杂的浇注系统;其次,纸质的浇注系统经高温铁液燃烧碳化,残留少,形成夹杂夹渣的风险极小;同时也不存在像陶瓷浇道管残留物混入旧砂中造成难以清理及再生回用的问题。


2  纸质浇道管在树脂砂实型铸造中的应用

2.1  树脂砂实型铸造机床铸件工艺流程

本文采用纸质浇道管树脂砂实型铸造机床铸件的泡塑模样见图1,其轮廓尺寸1 846 mm×937 mm×68/35 mm 。

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 树脂砂实型铸造工艺流程如图2所示。

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2.2  纸质浇道管的使用

树脂砂实型铸造的浇注系统和传统砂型铸造的一样,是由浇口杯(浇口盆)、直浇道、横浇道、内浇道四部分组成,其作用也是将高温铁液快速且平稳地引入铸型。大中型机床铸件多采用阶梯注或中注,尽可能使铁液流不紊乱,充型平稳、快速。中大型机床铸件直浇道的数量可以设置两个或两个以上,有的大型特大型铸件甚至需放置4~6多个直浇道。直浇道上须放置浇口盆,起到储存一定铁液,浇注时不至于断流,铁液也能在正常压力下流入铸型,可有效防止浇注时从直浇道反喷、呛火现象。

直浇道采用纸质浇道管,两个或多个直浇道可使用同一个较大浇口盆。使用时应注意:纸质浇道管需要砂型为其提供支撑力,型砂的紧实度要合适,但也不能过度紧实损坏浇道管。铸造的充型过程是高温金属液浇注型腔,浇注管道既要承受金属液的重力冲刷,还得承受高温金属液给浇道管壁的张力;浇注系统处于高温集聚区,所有进入型腔的金属液都得从此经过。尤其是在大吨位铸件上使用必须要求“纸质浇道管”的外壁有一定的支撑力,这样才能保证在整个充型过程不被破坏(见图3)。

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纸质浇道管的直浇道和横浇道管能连接为整体,口径大小、长度由铸件的浇注系统工艺而定。纸质浇道管连接方式为承插接口,非常方便,浇道管的长短随意用手锯切割即可。纸质浇道管及管件组装简捷、灵活[1]。

2.3  连结(装配)方法

(1)承插(嵌入式)。将空心管下端插入承插口内,最好在插入前给外壁涂上少许粘结剂,使二者的连接更好成为一体[1]。

    (2)套入(止口式)。浇口杯底部、纸质浇道空心管其内径套入泡塑白模圆外径(可大0.5mm,泡塑白模可收缩),将空心管一端套入泡塑白模圆径一端(套入段不能涂刷涂料)。

    (3)粘接(截面胶粘)。在铸件浇注之前安装纸质浇道管时,为了防止扭曲最后放在玻璃板上操作,根据铸件 浇注系统所用铁液总量,包括流向、流量选择浇道管直径、变径、转弯、三通、四通及所用管和管件全部采用承插连接,保证纸质浇道管连接后牢固。这样就可有效防止造型时因操作不慎而导致产生夹砂缺陷。若纸质浇道空心管直浇道二段均为平面,但二端管外壁、内壁间的环面和直浇道截面必须用粘结胶粘牢,包扎玻璃丝布或者胶带纸缠绕紧固,即可(如图4所示)。 

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 ④ 粘结加耐火泥条。浇口杯与空心管不组成整体,将直浇道漏出砂箱顶面3~5 mm,给空心管内紧紧塞如泡沫块,以防杂物。合箱时周围放一圈耐火泥条,上面放浇口杯并在接缝处用耐火泥条合接(如封箱泥条),也可将浇口杯底面和直浇道空心管顶面用粘结剂粘牢,外圈刷上耐火泥浆密封。

⑤ 其它粘结。可根据浇口杯和直浇道的大小形状,空心直浇道,按上述方法变通应用即可。图5为已与泡塑白模粘结好后的浇注系统,等待进入下道工序施涂耐火涂料并烘干。

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3  使用纸质浇道管的优点及效果

3.1  纸质浇道管的优点

通过在消失模和实型铸造上的应用,纸质浇道管不像陶瓷管在金属液浇注初始会产生吸热反应或泡塑浇道气化降温。纸质浇道管因其保温性能好,减少了金属液向管壁的传热,这样保持金属液不降温就等于提高了金属液进入铸型的温度,金属液温度相对地稳定,促使金属液充型快速、平稳[2]。金属液就有了充分时间补缩,有利于均衡化凝固。

纸质浇道管的优点如下:

(1)重量轻,韧性好,易切割,安装方便,易与泡塑浇道连接。

(2)高温强度好,耐火度高,抗冲刷能力强,纸质浇道管采用承插连接,加之配合使用过滤网,使金属液浇注进入浇道后的渣和杂质经过过滤,有效预防和杜绝产生夹渣缺陷。 

(3)不与金属液发生任何作用,保持了金属液原有的性能,对铸件没有渗碳问题。使用纸质浇道管,浇口杯与直浇道的过热区、直浇道与横浇道连接处,没有泡沫或涂料层,不会引发冲砂、夹砂而出现砂子进入铸件形成的白斑(点)缺陷。纸质浇道管的耐火度高,减少和避免积碳、皱皮缺陷的形成。

(4)与泡塑浇道相比,采用纸质空心浇道管,浇注初始没有泡塑材料燃烧,降低浇注时因泡塑材料热解、气化反应剧烈造成(反喷)的发生率,有效减少浇道金属液热损失,防止在浇注过程中因反喷引发浇注时忽大忽小、断流等问题的发生[2]。

(5)使用纸质浇道浇注后坚硬固体废弃物很少,高温后易剥离。 


3.2  使用效果

据某铸造企业使用的情况,用纸质浇道管替代陶瓷管浇道,同样的一个模样,减少切割、捆绑时间,可以节约2/3的时间;由于纸质浇道管本身重量很轻,操作工的劳动强度大大减轻,原先需要2~3人才能完成的浇道拼接组装任务,现在是正常情况下1个人就可以完成,而且效果、效率均优于原来使用陶瓷浇道管[3]。纸质浇道管易切割,不像陶瓷浇道管还需要专用切割机。原先使用陶瓷浇道管切割时噪音大、粉尘大、劳动量大。相同规格的纸质浇道管是陶瓷浇道管质量的1/10左右,质地轻巧,搬运和使用省力,原先是男工的活现在女工就能胜任,劳动强度大大降低。使用纸质浇道管后,用手锯根据使用长短的要求即可随意切割,而且粉尘少,几乎没有噪音。生产车间环境得到很大的改善。

从生产现场可以看出,使用后由于承插连接,接口严密,杜绝在造型时型砂进入铸型的风险,因而夹砂缺陷的减少,铸造车间废品率显着降低,经济效益明显提高。


4  结束语

纸质浇道管的原材料是用废纸和特殊材料制成,免烧、重量轻、可降解,实现了资源再利用,减少环境污染,得到国家环保政策的支持。纸质浇道管有直管、弯管、等径三通、变径三通、变径直通等多种规格。浇口杯下端均可定制配合紧密无缝接口,采用止口形式;一般常用浇道管均以圆形为主[3]。

目前纸质浇道管价格较高,导致使用者犹豫不决,在铸造企业使用推广受到影响,因此提高质量和降低成本是纸质浇道管制造生产企业面临的新课题。相信随着工业化、自动化等技术的不断进步,纸质浇道管在铸造行业大范围的推广使用将成为现实。

纸质浇道管与用塑料泡沫板材做的(实心)直浇道、横浇道及曾经广泛使用的陶瓷浇道管相比,采用纸质浇道管具有很多优点,使得树脂砂实型铸造大型机床床身等铸件浇注系统化繁为简,生产全过程简化及铸造缺陷明显减少,较短生产周期铸造出优质铸件,为企业带来显着的经济效益。


参考文献:

[1]张新平.铸造用纸质浇道管及其制造方法;中国,201507230033.33[P].2015-10-29.

[2]袁东洲.纸质浇道及其在消失模铸造上应用之优点[J].铸造技术,2017(9):2295-2297.

[3]马斌悍,惠国栋,许 翔,等.纸质浇道管在铸造工艺中应用[J].铸造技术,2017(4):957-959.

 (编辑:张允华,zyh@foundryworld.com)


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