湿态覆膜砂壳型铸造曲轴粘砂的防止 王易千,龚华林 (上海圣德曼铸造有限公司,上海201805) 摘要:分析了湿态覆膜砂壳型铸造曲轴粘砂的原因,确定该粘砂缺陷主要为机械粘砂。通过将射砂压力从O.2-0.25 MPa 提高至0.3~0.4 MPa;控制成型性指数在93%~97%,调整流动性到l5~22 g以提高湿态覆膜砂的充型能力;调整制壳温 度为220~250℃;调整挡砂板与射砂板的间隙为8 12 mm使射砂过程更流畅;加强对覆膜砂原砂和树脂质量的控制等 措施后,解决了湿态覆膜砂壳型曲轴的粘砂问题。 关键词:湿态覆膜砂;壳型铸造;曲轴;粘砂 中图分类号:TG250.6 文献标识码:B 文章编号:1003—8345(2012)04—0054—05 DoI:10.3969/j.issn.1003—8345.2012.04.009 Prevention of Burning--on Defects of Crankshaft Cast with Wet Resin Coated Sand——Made Shell Mold WANG Yi—qian,GONG Hua—lin (Shanghai Santman Automotive Casting Co.Ltd.,Shanghai 20 1 805,China) Abstract:The reason causing burning— on detect of crankshaft east with wet resin coated sand——made shell mold was analyzed. It was confirmed that the burning—on was mainly of metal penetration type.By increasing sand shooting pressure from 0.2~ 0.25 MPa to 0.3—0.4 MPa,controlling the molding ability index of the wet resin coated—sand in the range ot 93%~97%, changing the flowability of the wet resin coated—sand from former/>12 g into15-22 g,adjusting the shell—making tempel’ature to 200 ̄250 oC,adjusting the gap between the sand shield and sand shooting plate into the range of 8-12 him to nlake the shooting process more smoothly,and strengthening quality control of the raw sand and resin use(]for coated sand,the burning—on defects of cranksha ̄was eliminated. Key words:wet resin coated sand;shell mold casting;crankshaft;burning—on 上世纪90年代初,为实现轿车铸件国产化, 笔者公司从德国大众汽车公司铸造厂引进了壳型 铸造工艺及曲轴壳型生产线,经过设备改进试验、 混制工艺试验、调湿试验和稳定性试验等多次重 大工艺改进后,从最初仅适宜生产单重l6 kg、年 产不足23万支、年产量不足4 000 t的大众STN 曲轴发展到目前在该线上年产单重18.9 kg的 L850—2.4 L和单重9.9 kg的EA21 1-1.4 L等各类 曲轴90多万支,年产量超过1.5万t。多年来,该线 生产的各类曲轴质量稳定,废品率一般在1%~ 2%。但2010年第二季度,该线生产的曲轴铸件表 面发生了批量粘砂缺陷,不仅生产成本、返工成本 收稿日期:2012—03—15 修定日期:2012—05—25 作者简介:王易千(1962.4一),男,汉族,上海市人,毕业于上海交通 大学机电分校,主要从事球墨铸铁材料及造型材料的研究工作。 合理安排浇注系统。薄壁灰铸铁件设计浇注系统 时,内浇道尽量不要设置在铸件壁厚处,以避免出 现热节,有益于防止缩孑L缺陷产生。 参考文献 周亘,王峰,张全.对铸铁件气孔和气缩 L防止措施的认识l J】.现 代铸铁,2011,(z1):55~66. [3]陈国桢.铸件缺陷和对策手册fM].北京:机械_[业出版社,1996: 145. 14J中国机械工程学会铸造分会编.铸造工艺(第2版)[M].北京:机械 工业出版社,2003:29—31,192—202. 醣 【1]郭毅,杨涛,王志波,等消除过桥箱缩孔缩松缺陷的工艺措施叨. 现代铸铁,201 1,(03):77—8O. (编辑:王 峰,E—mail:xdztwf@wxfawfc.com;编审:周亘,E-mail:zhougenembx@163.corn) 54 I现代铸铁2012/4 I 大幅增加,生产效率也明显下降,让公司遭受巨大 的经济损失。 1 问题描述 曲轴壳型生产线使用经调湿处理的湿态覆膜 砂,制壳在转台式4工位壳型制壳机射砂后,经加 热工位固化成合格壳型。2010年4、5月份,因前 期公司内部覆膜砂生产线停产,所需覆膜砂采用 外购,壳型线生产的曲轴制壳时发生坍砂、型壳贯 穿裂纹、浇注后曲轴铸件表面粘砂等缺陷,铸件、 型壳废品率居高不下,铸件总废品率在7%~10%, 个别品种曲轴粘砂缺陷的废品率甚至高达30%。 2成因分析 2.1铸件粘砂的分类 粘砂缺陷通常分为机械粘砂、化学粘砂、爆炸 粘砂和热粘砂lIl。生产中,粘砂主要有由金属液渗 透所造成的机械粘砂及由于造型材料被熔融或金 属液与造型材料生成低熔点氧化物渣而引起的化 学粘砂。化学粘砂与机械粘砂的简易鉴别在于前 者粘砂层中往往不含有金属铁。 2.2粘砂缺陷种类的确定 曲轴铸件采用水平射砂制壳、立置底注式浇 注,铁液静压头一般为500~700 mm,浇注温度 1 370~1 460℃,铸件单重不大于20 kg的球墨 铸铁件,一般不会产生化学粘砂。用万用表测量 结果,铸件粘砂层的电阻在0~16欧姆之间,偶有 80~100欧姆左右的电阻出现。用扁铲凿下一小 块粘砂块,浸入盛有浓盐酸的试管中进行化学鉴 别,结果缓慢发生成串气泡,一夜之后液体颜色 由无色透明变为棕红色。反应终了时粘砂块消 失,试管底部留下少数单个砂粒,铁质部分已被 盐酸溶解成为氯化铁;但偶然也发现极少量絮状 物。这说明笔者公司此次曲轴铸件表面的粘砂缺 陷主要为机械粘砂(见图1),偶有复合型粘砂出 现 3解决粘砂的措施 3.1改善型壳质量 3.1.1提高射砂压力 壳型线在发生大批量粘砂问题时,现场发现 射砂压力在0.2~0.25 MPa,且有时还发生射砂管 路堵塞。由于射砂压力较低,致使型壳密度大幅下 降,型壳内腔表面明显粗糙。当调整射砂压力至 0.3~0.4 MPa后,所制型壳平均质量上升,型壳致 密,内腔表面光滑。 3.1-2提高覆膜砂的充填能力 由于曲轴壳型线型壳采用射砂方式制作,故 影响其致密性的因素除了射砂压力之外,覆膜砂 的流动性也是重要因素。 湿态覆膜砂的流动性是湿态覆膜砂的物理性 能指标之一,表示湿态覆膜砂的覆膜状态和充型 能力的好坏。其检测方式和检测湿型砂流动性的 侧孔质量法类似。即在圆柱形试样简的侧面开一 个 12 mm的小孔,试验前先用柱塞塞住。称取 185 g覆膜砂倒人试样筒中,放在制样机上,拔去 柱塞后用锤击式制样机冲击l0次,称取留在小孑L 内和从小孔中被挤出的覆膜砂量,即为该试样覆 膜砂的流动性。小孔中漏出的覆膜砂量越多,说明 覆膜砂的流动l生越好,覆膜砂的充型能力越强。 先期由于制壳机的老化,制壳过程中震动增 大,为了防止制壳过程中引起坍砂现象的发生,覆 膜砂的成型性指数已从工艺要求的桑塔纳曲轴≥ 90%、通用曲轴≥95%(一般控制在95%~97%)普 遍提高到了97%~98%。 成型性指数是湿态覆膜砂的物理性能指标, 表示湿态覆膜砂的成型能力。按德国大众汽车公 司标准,成型性指数在专门的设备上测试,即把已 冷却至室温的试验用覆膜砂300 g放入底部出口 关闭的特制设备的漏斗内,将漏斗底部阀门打开, 使覆膜砂落到下面的筛网上,筛子上残留的砂子 量与总量之比即为成型性指数阁。由于成型性指数 2012/4现代铸铁l 55 表示湿态覆膜砂的成型能力,而与覆膜砂的流动 性成反比。即成型性指数越高,覆膜砂成型能力越 强,所制型壳越不易坍砂,但覆膜砂的流动性越 差;成型性指数越低,制壳时发生坍砂的风险越 高,而覆膜砂的流动性越好。为了提高型壳的致密 性,在混制覆膜砂时采取了控制调湿剂的粘度、降 低调湿剂的加入量,使湿态覆膜砂的成型性指数 控制在93%~97%,同时将湿态覆膜砂的流动性要 求由原来的≥12 g调整为≥15~22 go 3.1.3调整挡砂板与射砂板的间隙 虽然湿态覆膜砂有很大的成型能力,但在射 砂孔上方空间如果没有阻流金属挡砂板,当覆膜 砂进入射头后还是会有少量的砂经射孔流到模板 上而造成型壳废品。一般覆膜砂的堆积角大约为 30。,湿态覆膜砂的堆积角更大同。生产大众桑塔纳 曲轴时,湿态覆膜砂的成型性指数为/>90%,而通 用曲轴的成型性指数为/>95%,两者成型性指数 不同,流动性也存在差异,堆积角也不同。生产桑 塔纳曲轴时,挡砂板与射板之间的间隙距离为8 111133,当新的曲轴产品不断开发时,挡砂板的间隙 问题一度被忽视。现根据不同曲轴产品将挡砂板 的间隙控制在8-12 Illm,使射砂过程更流畅,型壳 更致密。同时还应根据曲轴的大小、复杂程度、质 量、平衡块间距等因素调整射砂孔的大小、多少与 分布,提高制壳质量。 3.1.4调整制壳温度 壳型生产线引进初期,仅用于生产大众桑塔 纳曲轴,生产能力大大富裕。在制壳时,每副型壳 的制壳周期约120 S,模板温度控制在180~220 ℃。随着国内汽车工业的发展,各种品牌、型号的 汽车不断的出现,在该线上生产的曲轴品种不断 增多。由于各种曲轴外形结构不同,为了满足生产 需求和减少坍砂现象的产生,生产中逐渐将模板 温度提高至250~280℃,每副型壳的制壳周期缩 短为106 s。 提高模具温度,虽可有效缩短固化时间、提高 生产率,但模具温度太高后,射砂时,覆膜砂易粘 附于模具表面,造成型壳分型面表层及尖角处的 砂充填困难,在这些区域的覆膜砂未等填充紧实 已经开始烧结,导致尖角及表层区域不致密,表面 光洁度变差,甚至肉眼都能观察到明显的砂粒凸 起。另外,型壳分型面颜色也会由工艺要求的黄色 56现代铸铁2012/4 变成棕色或深棕色,造成分型处的表层强度损失。 由于壳型曲轴为垂直浇注,曲轴前端(小头) 在下,浇注时该部分受热时间最长,见图2。如果该 部分型壳颜色变棕色或深棕色,树脂烧损、粘结桥 破坏、树脂强度降低,在热量及铁液冲刷的双重作 用下,该部分发生粘砂的情况会最严重。考虑到各 种曲轴的质量、大小、结构相差较大,重新调整模 板的控制温度为220~250 o(=。 3.2加强对覆膜砂原砂、树脂质量的控制 覆膜砂的质量是各种原辅材料质量、加入量 和混制工艺的函数。原辅材料中原砂及树脂在公 司内部较易检验,而乌洛托品、硬脂酸钙等由于检 测设备和技术的不足,只能定期委外检验。 3_2.1 原砂SiO 、含泥量、平均细度对粘砂程度的 影响 湿态覆膜砂使用的原砂为北方砂,经检验 SiO 的质量分数一般在89%~92%,由于生产的曲 轴质量不超过20 kg,所以一般不会产生化学粘 砂。而相同产地的原砂含泥量每增加0.1%,生产 的覆膜砂强度将下降约5%,从而影响覆膜砂的耐 火度。原砂越细,覆膜砂流动眭越好;原砂粒形越 好、四筛分布合理,强度就越高。为此对使用的覆 膜砂原砂的平均细度、含泥量、SiO,含量对曲轴粘 砂的影响情况进行了对比,结果见表1,图3,图4。 表1覆膜砂原砂的平均细度、舍泥量、SiO 含量对曲轴 粘砂的影响 Tab.1 Influence of average fineness,clay content,SiO2 content of the raw sand used for resin coated sand on burning—on defect of crankshaft 平均细含泥量SiO。 度(%)(%)含量( )砂种 型壳质量 铸件牯砂情况 原状态 67 2 0.26 89~91北方砂内腔稍致密25%a现粘砂 试验状态63 5 0.34 93 5 南方砂内腔不敛密75%/tI现粘砂 、~, 肖 失模铸造中冲砂及其模料和涂料夹杂的预防 弓 玉,吴永刚 (石家庄工业泵厂有限公司,河北石家庄050100) 摘要:分析了消失模铸造中铸件冲砂及其模料和涂料夹杂缺陷产生的原因和特点,结合生产实践,提出了改进措施:采 用的铸件白模用材料制作浇注系统;整体组建模型簇;应用室温强度足够的消失模铸造涂料;确保浇注前浇口杯没 有浮砂、尘土和杂物;合理地选择浇注系统静压头、浇注温度、负压度、干砂粒度等工艺参数。通过这些措施,有效地预防 或减少了冲砂、模料和涂料夹杂缺陷的产生。 关键词:消失模铸造;缺陷;预防措施 中图分类号:TG250.6 文献标识码:A 文章编号:1003—8345(2012)04—0058—04 DOI:10.3969/j.issn.1003—8345.2012.04.0010 Prevention of Sand Washing,Pattern Material Inclusion and Coating Inclusion in Lost Form Castings GONG Yu.WU Yong—gang (Shijiazhuang Industrial Pump Factory Co.Ltd.,Shijiazhuang 050100,China) Abstract:The reasons causing sand washing,lost foam pattern materials inclusion and coating inclusion of lost foam castings and the defects characteristics were analyzed,and,combined with the produetion practice,the improvement measures were proposed as fi)llows:adopting special lost foam materials to make the gating system pattern;assembling the patterns cluster as a whole;using coating which has suficifent room temperature strength for the loss foam pattern;ensuring no scattered sand,no dust and no other impurities in the pouring basin before pouring;properly choosing the process parameters such as the static pressure head of the gating system,pouring temperature,vacuum degree,and granularity of dry sand etc.By above measures, the sand washing,pattern materials inclusion and coating inclusion defects have been effectively prevented or reduced. Key words:lost foam casting process;defect;prevention nleasurcs 由于广泛的工艺适应性和铸件近无加工余 量、尺寸精确等诸多优点,消失模铸造技术受到 了许多铸造企业的青睐l】1。但是,消失模铸造生产 中常会发生由于浇注时造型干砂及其它杂质随 铁液进入铸件型腔而引起的夹渣类缺陷,造成铸 防措施。 1 缺陷特点 此类夹杂缺陷是在浇注过程中,造型干砂、 涂料及其它夹杂物随着铁液进入铸件型腔而形 件不合格甚至成为废品,从而影响生产进度及产 品质量。笔者将介绍上述铸造缺陷的特点及其预 成的,为非金属夹渣缺陷;通常发生在铸件外轮 廓或顶面的表皮部位、台阶的顶面和夹角处,呈 点状或不规则团块状。此类缺陷在铸件未加工时 并不明显,但加工后,加工面上即呈现单个或成 片分布的白色或黑灰色的夹渣物斑点。笔者公司 收稿日期:2012-04—23 修定日期:2012—06—25 作者简介:弓玉(1982一),内蒙古人,助理工程师,主要从事铸造 技术研究及生产实施、高铬铸铁类材料及工艺性能研究工作。 在生产中发现,当使用的造型干砂为宝珠砂时, 参考文献 【3]洪热生.热芯盒射芯机使用覆膜砂的办法I J】.铸造技术,1991,(4): 36—37. [1]于震宗.湿砂型铸铁件的粘砂缺陷l JI觑代铸铁,2004,(3):59—62. [2 永锡,王易千.壳型铸造用覆膜砂若干技术问题探讨fJJ现代铸 铁,2007,(1):58—64. (编辑:王编审:周 峰,E—mail:xdztwf@wxfawfc.com;_亘,E-mail:zhougenembx@1 63.COn1) 58 l现代铸铁2012/4