來源：《鑄造設備與工藝》雜志
作者：袁東洲
[摘? 要]以消失模鑄造澆注系統(tǒng)用材演變過程為題，通過對比闡述鑄造用紙質(zhì)澆道管新材料的優(yōu)越性。紙質(zhì)澆道管是鑄造行業(yè)的一項改善鑄件質(zhì)量，提高金屬液利用率，減少環(huán)境污染的工藝措施。所具有重量輕，承插連接不漏砂，使用靈活方便；常溫下不易損壞，澆注后易剝離、好清除，固體廢棄物少；對鑄件沒有滲碳問題等優(yōu)點。紙質(zhì)澆道在消失模鑄造上的利用綠色環(huán)保，作為提高鑄件質(zhì)量的輔助材料，具有一定的推廣價值。
[主題詞] 消失模鑄造?? 紙質(zhì)澆道管
消失模鑄造自20世紀90年代初在我國進入工業(yè)化應用，現(xiàn)已成為鑄造工業(yè)的重要組成部分。最能體現(xiàn)消失模鑄造技術(shù)優(yōu)越性的當屬箱（殼）體類鑄件（變速箱箱體、差速器殼體、轉(zhuǎn)向器殼體、空壓機箱體、電機殼及消防栓殼體等）。箱（殼）體的傳統(tǒng)鑄造方法是粘土砂表干型或者樹脂砂三開箱工藝。該鑄造工藝對工人的技術(shù)水平要求高，下芯、合箱操作稍有不慎不僅易造成飛邊、毛刺和夾砂，清理時的工作量大；而且澆注時候容易出現(xiàn)跑火現(xiàn)象，鑄件個別部位易出現(xiàn)冷隔。采用樹脂砂鑄造，因使用樹脂粘結(jié)劑，這種化學粘結(jié)劑一直存在環(huán)保問題，樹脂粘結(jié)劑在生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各種復雜刺激性氣體和有機化合物往往具有聯(lián)合毒害作用，對于生產(chǎn)現(xiàn)場操作工人健康也有危害，長期在這種環(huán)境下工作的勞動者除了砂型鑄造車間的粉塵影響外，還可能產(chǎn)生心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。何況樹脂砂用量大，生產(chǎn)工藝較為復雜，舊砂重復利用設備投資很大，且生產(chǎn)成本居高不下。因而鑄造箱（殼）體的企業(yè)棄傳統(tǒng)砂鑄而選擇消失模鑄造不失為明智之舉。
1、研發(fā)鑄造用紙質(zhì)澆道的意義
參加鑄造博覽會，看到國外展商的鑄造用紙質(zhì)澆道深受啟發(fā)。國內(nèi)多家鑄造材料公司決策高層抱著“國外有的，我們也應該有”、“開發(fā)新產(chǎn)品，為國爭光”決心都躍躍欲試著手研制。寶雞華光鑄造材料科技有限公司技術(shù)研發(fā)中心和西安交通大學等單位專家教授經(jīng)過近4年的反復試制、改進、實踐，制造出完全符合技術(shù)要求的鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品已在全國多家鑄造企業(yè)成功應用，特別是在消失模鑄造車間驗證得到了一致贊譽，如圖1所示。
2、消失模鑄造澆注系統(tǒng)用材的變遷
消失模澆注系統(tǒng)的設計和傳統(tǒng)砂型鑄造工藝一樣，首先要確定內(nèi)澆道（最小截面尺寸），再按比例確定橫澆道和直澆道的尺寸大小。傳統(tǒng)砂鑄是取出木模后鑄型成為空腔。由于消失模鑄造鑄型內(nèi)泡塑模樣不用取出，這才有了“實型”一說。相對而言，在設計消失模澆注系統(tǒng)時和傳統(tǒng)砂鑄還是有差異的，快速澆注是EPC工藝的最大特點，除此要求充型平穩(wěn)，以保證整個充型過程順利有序，才會獲得完整鑄件。設計消失模澆注系統(tǒng)必須考慮充型速度與模樣的熱解速度以及熱解產(chǎn)物排除鑄型的速度一致，只有這樣才能避免充型時通常易出現(xiàn)的鑄型坍塌，嗆火（反噴）和鑄件內(nèi)部產(chǎn)生夾渣、氣孔、皺皮等缺陷[2]。
消失模鑄造應用于生產(chǎn)初期澆注系統(tǒng)材料是直接用泡沫板切割制作，都是實心的；后來澆注系統(tǒng)做成空心開始只是直澆道，這樣可以減少直澆道的發(fā)氣量，能有效防止?jié)沧⒊跏冀饘僖悍磭姡ＷC金屬液從上而下迅速而平穩(wěn)地進入鑄型。在國內(nèi)還沒有研制出紙質(zhì)空心澆道之前，消失?？招臐驳婪譃閮煞N，工廠用泡沫制作的空心澆道和耐火材料（陶、瓷）空心澆道。陶瓷空心澆道因價格及供貨等方面原因，國內(nèi)消失模鑄造企業(yè)只在生產(chǎn)重要鑄件和技術(shù)要求很高的鑄件使用耐火材料空心澆道。據(jù)我們所知國外消失模鑄造廠家使用相當普遍。
消失模鑄造澆注系統(tǒng)用泡沫實芯制作，澆注時常常出現(xiàn)“反噴”現(xiàn)象，澆注工也因安全而中斷正常澆注，導致鑄件冷隔，澆不足。澆注結(jié)束開箱落砂后，發(fā)現(xiàn)澆口杯與直澆道連接處（長約30～60mm）以及直澆道與橫澆道連接處時常有薄厚不同的粘砂（俗稱粗脖子）現(xiàn)象（如圖2所示）。
鑄件送到機加車間出現(xiàn)相當多砂眼、夾渣缺陷，機加工面清晰可見的白點也有黑點缺陷。諸多消失模車間因報廢特別嚴重時，公司決策層就產(chǎn)生讓消失模車間停產(chǎn)想法。針對這個問題，他們請教從事消失模鑄造的專家教授的現(xiàn)場指導，會有所改善，但是仍然偶而會出現(xiàn)砂眼、夾渣，這個問題要想根絕還是有一定難度。究其原因：澆口杯與直澆道連接處處于砂箱上端，澆注開始后負壓值變低，對接處本身周圍的型砂緊實度較低；加上此處受涂料層的影響，消失模鑄造涂料一味強調(diào)透氣性，在生產(chǎn)實踐中我們認為澆口杯與直澆道用涂料，此處是系高溫集聚區(qū)，如果透氣性高，高溫金屬液更容易滲出，多則就易形成鐵包砂的“粗脖子”。此處所用涂料應要求高強度、耐沖刷。在上述綜合因素的影響下，同樣也易使涂層破損導致型砂被吸入型腔，造成鑄件產(chǎn)生沙眼、夾渣等缺陷。消失模鑄造車間在這種情況下，就會考慮使用陶瓷空心澆注管。
陶瓷空心直澆道管的內(nèi)徑是泡沫直澆道的外徑（泡沫外徑可略大0.5～1mm），將管的一端套入泡沫直澆道（套入段刮去涂料），在接頭臺階處刷涂料后用電吹風烘干再用石棉布（或玻璃絲布）將接口處包扎，然后刷1～2遍涂料，并可整體烘干，使該處涂料強度得以保障，而后在填砂震實刮平（陶瓷空心管高出砂平面20～30mm），陶瓷空心管露出端在砂箱覆蓋塑料膜后，周邊放一圈封箱泥條然后上面放澆口杯稍用力壓實在，在接縫處用壓扁封箱泥進行粘連即可（如圖3所示）。
陶瓷澆道管尺寸精確，與泡沫橫澆道或內(nèi)澆道粘結(jié)，安裝方便，硬度高、耐高溫、抗沖刷能力強，減少了澆注時“反噴”發(fā)生率，杜絕掉砂，明顯消除鑄件黑點及夾渣缺陷，廢品率降低，生產(chǎn)效益提高，受到消失模鑄造車間的認可。
但是，陶瓷澆道管及管件也有美中不足之處，抗拉強度較低，塑性和韌性較差。最大弱點是抗沖擊強度低，不耐磕碰，容易破損，屬于易碎物品。此外，在使用中鑄造車間普遍反映，陶瓷澆道管容易與鐵液發(fā)生粘結(jié)，這樣就導致了無法重復使用。幾乎是一個鑄型用一個澆口杯和直澆道，日積月累的消耗無法避免，長期使用增加鑄造車間的成本。就我們所知陶瓷管以后還會有相當大的使用空間，這種產(chǎn)品的價位鑄造車間為了降低廢品率一般還能接受。國產(chǎn)紙質(zhì)澆道管試制成功面世后，研制公司的技術(shù)研發(fā)中心派工程師到消失模鑄造車間現(xiàn)場指導安裝使用（如圖4所示），
這是他們正在給大型裝載機箱體鑄型上安裝紙質(zhì)澆道管。我們詢問了解車間管理人員和操作工他們普遍反映，紙質(zhì)澆道管和管件重量輕、易搬動、切割方便、好安裝。用紙質(zhì)澆道管及管件，比用陶瓷管時工序簡化，不用套在泡沫澆道上；同時解決了陶瓷管因重量在移動時容易松動、移位甚至與泡沫連接處易折斷問題。紙質(zhì)澆道可以制作橫澆道以及其它管件，與陶瓷管相比就是一大進步。后道清理工序因為不再出現(xiàn)像陶瓷管與鐵液粘連問題，工作量要減輕很大。鑄造車間的工程師認為：紙質(zhì)澆道管及管件不會對熔煉的金屬液材質(zhì)帶來任何影響，這是讓他們贊許這樣紙質(zhì)澆道新材料基礎(chǔ)。
3、消失模鑄造應用紙質(zhì)澆道管的優(yōu)勢
鑄造用紙質(zhì)澆道選用的原輔材料有紙漿纖維、耐高溫材料和粘接材料、增強劑、防潮劑等，在特定的壓力下，通過設計的專用模具成型，經(jīng)干燥、整形等工序制作成各種規(guī)格空心管狀制品。在鑄型澆注前安裝澆道，可根椐鑄件澆注系統(tǒng)設計的鐵水流量、流向需要進行選擇澆道管直徑、變徑、轉(zhuǎn)彎、三通、四通，澆道所用管及管件全部采用插接的方法，長度易切割方便靈活（如圖5所示），澆注系統(tǒng)承接部位連接牢固。
紙質(zhì)澆道管通過在消失模鑄造上的應用顯示出非常好優(yōu)勢/優(yōu)點：重量輕（紙質(zhì)澆道管是同型號陶瓷管重量的1/10），強度高，易切割，澆道所用管及管件全部采用承插連接，安裝方便易與泡沫澆道連接；降低澆注系統(tǒng)金屬殘留量，減少金屬液流入鑄型時產(chǎn)生紊亂的幾率；高溫強度好，杜絕掉砂，預防產(chǎn)生夾渣缺陷；耐火度高，抗沖刷能力強，特別是不對金屬液產(chǎn)生任何影響，保持了金屬液原有的材質(zhì)性能，對鑄件沒有滲碳的問題；消除鑄件黑點，減少和避免積碳、皺皮缺陷的形成；降低消失模澆道澆注時因氣化反應劇烈造成（反噴）的發(fā)生率；有效減少金屬液熱損失，防止在澆注過程中過早結(jié)殼現(xiàn)象發(fā)生；澆注后堅硬固體廢棄物少，高溫后易碎、易剝離、減輕清理鑄件的勞動量；解決了使用傳統(tǒng)陶瓷澆道管諸多缺點，既節(jié)能又綠色環(huán)保，是陶瓷澆道管的理想代替品。
4、結(jié)語與展望
現(xiàn)代裝備制造工業(yè)的發(fā)展，將促使鑄造用新技術(shù)與新材料的發(fā)展。裝備制造工業(yè)對鑄件技術(shù)要求也越來越高，并向著輕量化、薄壁、復雜、大型整體的方向發(fā)展。尤其較為復雜的大型整體薄壁鑄件，采用優(yōu)良的澆道產(chǎn)品可以保證鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量及鑄件尺寸精確等技術(shù)達標的關(guān)鍵。研制鑄造用紙質(zhì)澆道管及管件系列產(chǎn)品順應裝備制造工業(yè)發(fā)展大趨勢，在鑄造行業(yè)應用優(yōu)勢非常顯著。紙質(zhì)澆道管，鑄造行業(yè)的專家學者對其前景特別看好；存在的“擋渣、蔽渣”功能等問題，仍需要進一步改善，促使這樣新產(chǎn)品更加完美和成熟。在消失模鑄造上的應用推廣，為在其它鑄造方法上的實用起到示范效應；生產(chǎn)實踐過程會為研制單位提供更多的提升思路，在不斷總結(jié)和研制新產(chǎn)品基礎(chǔ)上，讓這一新材料在鑄造行業(yè)更具有推廣價值。
參? 考? 文? 獻
[1]張建中 陳發(fā)明 葉青 彭言群“呋喃樹脂砂鑄造工藝職業(yè)危害特征流行病學研究”[J].2012,39(1):45-50
[2]黃乃瑜 葉升平 樊自田《消失模鑄造原理及質(zhì)量控制》[M].武漢: 華中科技大學出版社[2004.2] 第五章 5.5.3:175-176
