纸质浇道在消失模铸造中的应用小结

袁东洲（1.全国消失模与V法铸造技术委员会，湖北武汉430074；2.中国铸造技术联盟，河南洛阳471133）

纸质浇道在消失模铸造中的应用小结

袁东洲1，2
（1.全国消失模与V法铸造技术委员会，湖北武汉430074；2.中国铸造技术联盟，河南洛阳471133）

以消失模铸造浇注系统用材演变过程为题，通过对比阐述铸造用纸质浇道管新材料的优越性。纸质浇道管是铸造行业的一项改善铸件质量，提高金属液利用率，减少环境污染的工艺措施。所具有重量轻，承插连接不漏砂，使用灵活方便；常温下不易损坏，浇注后易剥离、好清除，固体废弃物少；对铸件没有渗碳问题等优点。纸质浇道在消失模铸造上的利用绿色环保，作为提高铸件质量的辅助材料，具有一定的推广价值。

消失模铸造自20世纪90年代初在我国进入工业化应用，现已成为铸造工业的重要组成部分。最能体现消失模铸造技术优越性的当属箱（壳）体类铸件（变速箱箱体、差速器壳体、转向器壳体、空压机箱体、电机壳及消防栓壳体等）。箱（壳）体的传统铸造方法是黏土砂表干型或者树脂砂三开箱工艺。该铸造工艺对工人的技术水平要求高，下芯、合箱操作稍有不慎不仅易造成飞边、毛刺和夹砂，清理时的工作量大；而且浇注时候容易出现跑火现象，铸件个别部位易出现冷隔。采用树脂砂铸造，因使用树脂黏结剂，这种化学黏结剂一直存在环保问题，树脂黏结剂在生产过程产生的各种复杂刺激性气体和有机化合物往往具有联合毒害作用，对于生产现场操作工人健康也有危害，长期在这种环境下工作的劳动者除了砂型铸造车间的粉尘影响外，还可能产生心血管系统和神经系统疾病[1]。何况树脂砂用量大，生产工艺较为复杂，旧砂重复利用设备投资很大，且生产成本居高不下。因而铸造箱（壳）体的企业弃传统砂铸而选择消失模铸造不失为明智之举。

1 消失模铸造浇注系统用材的变迁

消失模浇注系统的设计和传统砂型铸造工艺一样，首先要确定内浇道（最小截面尺寸），再按比例确定横浇道和直浇道的尺寸大小。传统砂铸是取出木模后铸型成为空腔。由于消失模铸造铸型内泡塑模样不用取出，这才有了“实型”一说。相对而言，在设计消失模浇注系统时和传统砂铸还是有差异的，快速浇注是E PC工艺的最大特点，除此要求充型平稳，以保证整个充型过程顺利有序，才会获得完整铸件。设计消失模浇注系统必须考虑充型速度与模样的热解速度以及热解产物排除铸型的速度一致，只有这样才能避免充型时通常易出现的铸型坍塌，呛火（反喷）和铸件内部产生夹渣、气孔、皱皮等缺陷[2]。

1.1 泡沫材料浇注系统

消失模铸造应用于生产初期浇注系统材料是直接用泡沫板切割制作，都是实心的；后来浇注系统做成空心开始只是直浇道，这样可以减少直浇道的发气量，能有效防止浇注初始金属液反喷，保证金属液从上而下迅速而平稳地进入铸型。在国内还没有研制出纸质空心浇道之前，消失模空心浇道分为两种，工厂用泡沫制作的空心浇道和耐火材料（陶、瓷）空心浇道。陶瓷空心浇道因价格及供货等方面原因，国内消失模铸造企业只在生产重要铸件和技术要求很高的铸件使用耐火材料空心浇道。据我们所知国外消失模铸造厂家使用相当普遍。

消失模铸造浇注系统用泡沫实芯制作，浇注时常常出现“反喷”现象，浇注工也因安全而中断正常浇注，导致铸件冷隔，浇不足。浇注结束开箱落砂后，发现浇口杯与直浇道连接处（长约30mm～60mm）以及直浇道与横浇道连接处时常有薄厚不同的粘砂（俗称粗脖子）现象,如图1所示。

铸件送到机加车间出现相当多砂眼、夹渣缺陷，机加工面清晰可见的白点也有黑点缺陷。诸多消失模车间因报废特别严重时，公司决策层就产生让消失模车间停产想法。针对这个问题，许多专家教授采取过很多措施，情况有所改善，但仍无法根除。究其原因：浇口杯与直浇道连接处处于砂箱上端，浇注开始后负压值变低，对接处本身周围的型砂紧实度较低；加上此处受涂料层的影响，由于消失模铸造涂料过分强调透气性，浇口杯与直浇道处是系高温集聚区，如果此处涂料透气性高，高温金属液更容易渗出，则易形成铁包砂的“粗脖子”。此处所用涂料应要求高强度、耐冲刷。在上述综合因素的影响下，同样也易使涂层破损导致型砂被吸入型腔，造成铸件产生沙眼、夹渣等缺陷。消失模铸造车间在这种情况下，就会考虑使用陶瓷空心浇注管。

图1 浇道严重粘砂示意图

1.2 陶瓷空心管直浇道

陶瓷空心管直浇道是用陶瓷管做直浇道，陶瓷空心直浇道管的内径是泡沫直浇道的外径（泡沫外径可略大0.5mm～1mm），将管的一端套入泡沫直浇道（套入段刮去涂料），在接头台阶处刷涂料后用电吹风烘干再用石棉布（或玻璃丝布）将接口处包扎，然后刷1～2遍涂料，并可整体烘干，使该处涂料强度得以保障，而后在填砂震实刮平（陶瓷空心管高出砂平面20mm～30mm），陶瓷空心管露出端在砂箱覆盖塑料膜后，周边放一圈封箱泥条然后上面放浇口杯稍用力压实，在接缝处用压扁封箱泥进行粘连即可（如图2所示）。

陶瓷浇道管尺寸精确，与泡沫横浇道或内浇道粘结，安装方便，硬度高、耐高温、抗冲刷能力强，减少了浇注时“反喷”发生率，杜绝掉砂，明显消除铸件黑点及夹渣缺陷，废品率降低，生产效益提高，受到消失模铸造车间的认可。

但是，陶瓷浇道管及管件也有美中不足之处，抗拉强度较低，塑性和韧性较差。最大弱点是抗冲击强度低，不耐磕碰，容易破损，属于易碎物品。此外，在使用中铸造车间普遍反映，陶瓷浇道管容易与铁液发生粘结，这样就导致了无法重复使用。几乎是一个铸型用一个浇口杯和直浇道，日积月累的消耗无法避免，长期使用增加铸造车间的成本。随着对陶瓷管的改进，陶瓷管在消失模铸造上的应用会有相当大的使用空间，目前陶瓷浇道管仍然是消失模铸造降低废品率的一种有效手段。

图2 陶瓷管的使用及与浇口杯的封闭连接

1.3 纸质浇道管的研制与使用

纸质浇道管在国内是最近几年才发展起来的用于消失模铸造浇注系统材料。

国内相关专家在参加国际铸造博览会，看到国外展商的铸造用纸质浇道深受启发。国内多家铸造材料公司以及研究单位开始着手研制用于消失模铸造浇注系统的纸管。宝鸡华光铸造材料科技有限公司技术研发中心和西安交通大学等单位专家教授经过近4年的反复试制、改进、实践，制造出完全符合技术要求的铸造用纸质浇道管及管件系列产品，该产品已在全国多家铸造企业成功应用，并得到了消失模铸造厂家的赞誉，消失模铸造用纸质浇道管组合样件如图3所示。

图3 消失模铸造用纸质浇道管组合样件

图4为研制公司的技术研发中心派工程师到消失模铸造车间现场给大型装载机箱体铸型上安装纸质浇道管。

图4 纸质浇道管安装在箱体铸型

纸质浇道管和管件重量轻、易搬动、切割方便、好安装。用纸质浇道管及管件，比用陶瓷管时工序简化，不用套在泡沫浇道上；同时解决了陶瓷管因重量在移动时容易松动、移位甚至与泡沫连接处易折断问题。纸质浇道可以制作横浇道以及其它管件，与陶瓷管相比就是一大进步。后道清理工序因为不再出现像陶瓷管与铁液粘连问题，工作量要减轻很大。生产实践证明纸质浇道管及管件不会对熔炼的金属液材质带来任何影响。

2 消失模铸造应用纸质浇道管的优势

2.1 制造优势

铸造用纸质浇道选用的原辅材料有纸浆纤维、耐高温材料和粘接材料、增强剂、防潮剂等，在特定的压力下，通过设计的专用模具成型，经干燥、整形等工序制作成各种规格空心管状制品。在铸型浇注前安装浇道，可根椐铸件浇注系统设计的铁水流量、流向需要进行选择浇道管直径、变径、转弯、三通、四通，浇道所用管及管件全部采用插接的方法，长度易切割方便灵活（如图5所示），浇注系统承接部位连接牢固。

2.2 应用优势

纸质浇道管通过在消失模铸造上的应用显示出非常好优势：重量轻（纸质浇道管是同型号陶瓷管重量的1/10），强度高，易切割，浇道所用管及管件全部采用承插连接，安装方便易与泡沫浇道连接；降低浇注系统金属残留量，减少金属液流入铸型时产生紊乱的几率；高温强度好，杜绝掉砂，预防产生夹渣缺陷；耐火度高，抗冲刷能力强，特别是不对金属液产生任何影响，保持了金属液原有的材质性能，对铸件没有渗碳的问题；消除铸件黑点，减少和避免积碳、皱皮缺陷的形成；降低消失模浇道浇注时因气化反应剧烈造成（反喷）的发生率；有效减少金属液热损失，防止在浇注过程中过早结壳现象发生；浇注后坚硬固体废弃物少，高温后易碎、易剥离、减轻清理铸件的劳动量；解决了使用传统陶瓷浇道管诸多缺点，既节能又绿色环保。

图5 纸质浇道管正在安装中

3 结语与展望

现代装备制造工业的发展，将促使铸造用新技术与新材料的发展。装备制造工业对铸件技术要求也越来越高，并向着轻量化、薄壁、复杂、大型整体的方向发展。尤其较为复杂的大型整体薄壁铸件，采用优良的浇道产品是保证铸件表面和内部质量及铸件尺寸精确等技术达标的关键。研制铸造用纸质浇道管及管件系列产品顺应装备制造工业发展大趋势，在铸造行业应用优势非常显著。纸质浇道管，铸造行业的专家学者对其前景特别看好；存在的“挡渣、蔽渣”功能等问题，仍需要进一步改善，促使这样新产品更加完美和成熟。纸质浇道管在消失模铸造上的应用推广，为在其它铸造方法上的实用起到示范效应；生产实践过程会为研制单位提供更多的提升思路，在不断总结和研制新产品基础上，让这一新材料在铸造行业更具有推广价值。

［1］张建中，陈发明，叶青，彭言群.呋喃树脂砂铸造工艺职业危害特征流行病学研究［J］.2012，39（1）：45-50.

［2］黄乃瑜，叶升平，樊自田.消失模铸造原理及质量控制［M］.武汉：华中科技大学出版社，2004：175-176.

消失模铸造；纸质浇道管

TG23

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1674-6694（2017）03-0027-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.009

2017-04-20

袁东洲（1947-），男，高级工程师。全国铸造学会消失模与V法铸造技术委员会高级铸造工程师。