挖岩绞刀齿的消失模铸造

张复文（河北省定兴县兴河机械制造有限公司，河北定县072650）



·消失模与V法铸造·

挖岩绞刀齿的消失模铸造

张复文
（河北省定兴县兴河机械制造有限公司，河北定县072650）

摘要：绞吸式挖泥船上的挖岩绞刀齿，使用工况复杂，对其机械性能要求苛刻。本文试用消失模工艺生产，烧空加振动浇注以消除增碳，设计两种不同浇注系统生产挖岩绞刀齿，分别为4件一组，8件一组。结果表明4件一组容易快速烧空，有利于批量生产。经多次调整化学成分，试制产品的机械性能和砂铸相同。

关键词：绞吸式挖泥船；烧空；茶壶包

近几年，随着我国海军的远航及在世界各地投放能力的提升，极大地推动了国内海洋事业的繁荣，同时推动了在填海造地、港口扩建、河道的清淤工程中的疏浚行业大力发展。其中绞吸式挖泥船是疏浚行业的高效水下挖掘机。挖泥船下面的绞吸盘转动带着刀齿倾斜切向泥沙，工作状态以切割，削切为主。与其他斗齿以一定角度斜插入泥土的工作状态不同，主要承受削磨，扭动力矩的作用。另外，水下的海底，河道工况复杂，有岩石、淤泥和其他杂物。绞刀齿的磨损快，而绞刀齿更换时，要把整个绞吸盘提出水面，费工费时。频繁的更换大大影响挖泥船的作业效率，所以对绞刀齿的性能提出更高的要求。

绞刀齿要达到合理强韧性最佳配合，对化学成分、铸造工艺、热处理工艺等生产条件要求苛刻。目前国内大多生产绞刀齿厂家以精铸，覆膜砂铸造为主。

在铸造行业要求绿色环保、自动、高效的发展环境下，我公司开发了消失模工艺生产绞刀齿。消失模铸造与砂铸相比，大大减少人工劳动强度，但工序增加，如：制白模、白模组合、混制涂料、上涂料、涂料烘干以及各工序间的白模周转等。繁琐的细节操作，加上工序的复杂，容易产生操作失误，还有无法消除的EPS泡沫残留，这些都是铸造缺陷产生的因素之一，也是不少用户反映部分消失模产品的机械性能不如砂铸的根本原因。

1　绞刀齿力学性能要求与材料的选择

根据现场试验参数，并参考国外同类产品标准，制定了对应于不同工况条件下的力学性能范围，如表1所示。

表1　产品对机械性能的要求

表2　选用材料35Cr2NiMo的化学成分（质量分数，%）

其化学成分采用低合金钢（如表2），其中的RE，Ti，V做变质处理，包内冲入。用Si-Ca和Al联合脱氧处理。Al加入量为0.15%，炉内、包内各放50%，S，P要求比国标铸造低合金钢较低，以降低对机械性能有害的影响。

经过几次化学成分调整，浇注铸件试验，在产品尖部切割试块，经力学性能检测达到设计要求。试生产一组挖岩绞刀齿65件，进行现场生产验证。

2　工艺设计

绞刀齿的工艺设计为：浇冒合一，禁止箱内组合，提高挡渣措施，空壳振动浇注。

消失模工艺生产低碳钢，增碳一直是个难题。不论EPS或STMMA在型腔内燃烧或高温裂解为含C+小分子，都易于被钢液吸收，不同部位，不同厚度，不同结构，不同温度下增碳都不一样，特别是群铸小件更难控制。

绞刀齿10 kg左右，由厚大热节和薄的壳体组成，结构比较复杂，无法用浇注系统工艺消除增碳缺陷，唯有采取烧空浇注。

烧空工艺分箱内烧空和箱外烧空，箱外烧空是借鉴了精铸原理，对不容易燃烧净又残渣较多的EPS白模效果好，但涂料层厚，需要增加一台燃烧炉，每吨成本增加700元左右，对于大小铸件都适宜，比精铸灵活便捷。

鉴于成本和公司环境条件，绞刀齿生产工艺以箱内烧空更合适。白模用共聚料（STMMA），分子含碳量比EPS低1/3，易燃烧，残渣少。按浇冒系统不同，设计两种不同的烧空工艺进行对比试验。

1）第一种烧空工艺如图1所示。白模组合，每组4件，立放，直浇道60 mm×60 mm×300 mm，下端部周围分布4个内浇道（60 mm×60 mm～45 mm× 50 mm）×70 mm，位置在热节处靠上，上面耳部与直浇道上部连接，以利于形成内腔气体通道。直浇道上面加一段方喇叭口做浇口杯（70 mm×70 mm～140 mm×140 mm）×100 mm.

该工艺的缺点是浇注系统内无法挡渣，一次浇注铸件数量少。优点是容易快速烧空。

图1　第一种浇注工艺

2）第二种烧空工艺如图2所示。白模组合，每组8件，立放，直浇道φ60mm×400mm，横浇道60mm× 60mm×700mm，两边各4件。内浇道（50mm×50 mm～45 mm×45 mm）×50 mm，位置在热节靠上。每件在耳部上面安20 mm×25 mm×300 mm出气孔，以利于烧空时产生气路通道。

图2　第二种浇注工艺

这种工艺的缺点是燃烧时吹入的氧气比较分散，燃烧速度慢，烧空时间长。细而长的8根出气孔，在上涂料和装箱过程中，容易折断。如果分开上涂料，在装箱时增大工作量，而且每个都有接口，容易发生接口不严密，烧空时干砂被吸入型腔。

其优点是可以放置方形浇口杯，尺寸120 mm× 260 mm×260 mm（内腔）。下水口在一端，孔径控制在φ35 mm左右。这样可以快速浇注，浇口杯内充满一定高度的钢水，杂质在浇口杯内上浮，无法进入直浇道，起到挡渣作用。

上涂料前，严格检查组合过程中每道工序，控制结合面用胶量。间隙较大的缝，不得用胶填补，用851快干胶粘纸条糊严。STMMA白模密度控制在22 kg/m2～25 kg/m2.

3　涂料

烧空后在100 Hz～200 Hz高频振动下浇注，振动有助于浇注过程中型腔排气和冒口补缩。

绞刀齿的内腔是和绞刀座配合的，安装尺寸和内腔光洁度要求较高，在打上固定销后要求绞刀齿内腔和座整体接触，不得有偏面接触和点接触现象，否则容易在工作状态下受力不均，腔体开裂刀齿脱落，同时又被后面的刀齿高速撞击，引起连锁反应，后果严重。

因此对绞刀齿的涂料性能提出了较高的要求，即有好的脱壳性和光洁度，又有好的干强度和高温强度，同时也要有一定的屈服强度。涂料配比：耐火料85%蓝晶石（含锆4%～8%）200目+15%铬矿粉250目左右;悬浮剂3%锂基膨润土+1%高粘度羧甲基纤维素钠;粘接剂3%白乳胶或1.5%糊精和5%硅溶胶;辅料为减水剂和纸纤维。

配制涂料时根据滴淌性和流平性调配悬浮剂和粘接剂的比例，让涂料的触变性达到最佳状态。涂层厚度大于3 mm，涂刷5遍。

4　烧空

第一种工艺装箱时，冒口上面用水玻璃砂打浇口杯，高度30 mm左右。1 500 mm长砂箱放3组，每组钢水70 kg，一吨中频炉一次浇注4箱。

开始负压放到最大，待完全烧空后负压控制在0.04 MPa～0.06 MPa，4箱需要2台30 m3的真空泵同时工作。烧空一组需要8 min左右的时间，2箱就是48 min，两把割枪同时烧模，提前50 min，保证出炉前烧空。

第二种工艺装箱时，长1 500 mm砂箱，横放2组，中间留300 mm间隙。每组重125 kg，一吨炉子一次浇4箱。每组烧空时间在15 min左右，两箱需要60 min，两把割枪要提前浇注时间70 min烧模。因一箱多16根出气孔，烧空后负压不如第一种工艺高，真空度保证不低于0.03 MPa，以防塌箱。

5　浇注

第一种浇冒合一的消失模浇注系统设计，简化工艺操作程序，不方便设立挡渣措施。

此绞刀齿浇注工艺的挡渣重点放在钢包内，钢包采用500 kg的保温茶壶包，上面覆盖30 mm厚的高纯铝棉，即保温又能吸附钢渣。茶壶包的壶嘴容易残留钢渣，而且里面空间小不易清除，每次浇注前先倒出3 kg～5 kg上层浮有炉渣钢水，避免杂质进入型腔。

出炉温度1 660℃～1 680℃，在包内取样后，看钢水上面炉渣的多少放入适量的除渣剂，快速扒净钢渣。浇注温度1 580℃～1 600℃.4件一组浇注时间15 s～18 s左右，一包浇2箱6组，总浇注时间3 min. 8件一组的浇注时间20 s～25 s，一包浇2箱4组，总浇注时间2 min～3 min.钢包每分钟降温6℃～ 8℃.始浇温度控制在1 600℃，使整个浇注过程在合理的温度范围内顺利进行。

每个砂箱的高频振动台，必须把砂箱锁紧，防止产生共振。浇注和振动同时进行，浇一箱振一箱，不要提前振动，浇注后待浇冒口凝固结束即停止振动。

经过多次对比试验，第二种工艺总有一件或几件不能彻底烧空，浇注时产生反喷，铸件有不同程度的增碳。综合实际操作情况，第一种工艺适合消失模生产绞刀齿。图3所示为绞刀齿铸件。

图3　绞刀齿铸件

6　总结

利用烧空振动浇注，成功避免了消失模铸造低碳钢的增碳和机械性能不佳的问题。在批量生产时，工艺经多次优化，并把浇冒系统设计成一体，用STMMA发泡成型。这样可以降低多次粘合浇冒系统的用胶量，减少烧空时间。整体白模组合没有EPS，减少了有EPS燃烧后引起的微观夹杂，绞刀齿的机械性能得到进一步的提升。

中图分类号：TG249.9

文献标识码：A

文章编号：1674-6694（2016）01-0011-03

doi：10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.01.004

收稿日期：2015-10-29

作者简介：张复文（1965-），男，铸造技师，主要从事消失模铸造工艺。