驾驶室前支架覆膜砂铸造工艺特点介绍及展望

程振川

摘要：介绍了传统熔模铸造和覆膜砂铸造的工艺特点，对重型汽车驾驶室前支架产品进行覆膜砂铸造工艺开发，并围绕两种铸造工艺，在铸造成本、生产工艺、效率和铸件质量方面进行比较和研究，并分析了覆膜砂铸造的现状和发展前景。结果表明：相较于传统熔模铸造，覆膜砂铸造在以上几个方面均有明显优势，同时覆膜砂铸造在环保、成本方面仍有较大转变空间。

关键词：熔模；覆膜砂；成本；工艺；效率；质量

随着传统熔模铸造在工艺、成本、质量、效率等各方面的落后，自上世纪末开始，覆膜砂铸造逐步兴起，随着人们对铸件质量的要求越来越高和对成本的要求，覆膜砂铸造受到越来越多的关注和重视，并占领了铸造行业较大的比例。熔模铸造从投产到产出铸件毛坯件需要生产周期为34个工作日，而覆膜砂铸造则为1个工作日，有效缩短了铸造工期。传统熔模铸造工序较繁琐，需要较多人力，并且受挂砂、脱壳、焙烧等工序产能所限，易出现生产瓶颈，影响整体铸造产能，而覆膜砂铸造工序简单，单工位、工序生产效率高。本文以驾驶室前支架产品为例，通过对两种铸造方式在以上几个方面用数据进行比较，分析覆膜砂铸造的优势所在，并对今后覆膜砂铸造的前景进行展望。

1 传统熔模铸造与覆膜砂铸造的比较

1.1 铸造成本比较

以生产重型汽车驾驶室装配用前支架铸钢产品为例，熔模铸造成本为每吨5200元左右，而覆膜砂铸造成本为每吨在4000元以下，成本优势明显。而且，传统熔模铸造制壳所需的原材料较复杂，包括：蜡料、高分子粘结剂、硬化剂、耐火砂粉、焙烧用天然气、工业用电、压缩空气等，而覆膜砂铸造制壳所需原材料仅为覆膜砂、工业用电和压缩空气，方便生产准备和投产。

1.2 铸造质量比较

铸造质量直接影响到铸造成本和生产效率，在愈发注重品牌和质量的今天，提高铸造质量成为铸造行业发展的重要内容，通过两年多对前支架产品熔模和覆膜砂铸造质量的监控和统计显示，熔模铸造废品率平均在10%左右，覆膜砂铸造废品率则能够控制在4%以下，通过图一能够直观地反映两种铸造方式的废品产生组成。另外，熔模铸造质量极易受生产环境如温度、湿度影响，尤其在我国北方因四季温湿度变化较大，铸造过程工艺参数浮动也相应较大，给铸造质量的控制增加了难度，而覆膜砂铸造不受生产环境影响，方便铸造参数的设定和实施。

1.3 生产比较

传统熔模铸造的工序包括：制模、焊接、挂砂、脱壳、焙烧、浇注、清理，清理前需要的生产设备包括：模具、电阻炉、挂砂流水线、脱壳设备、焙烧窑、中频电炉。而覆膜砂铸造工序为：制壳、浇注、清理，需要的设备为：壳芯机、中频电炉，极大简化了铸造工序和设备，提高了生产效率，降低了人工成本，并节约了生产空间。

熔模铸造工序：蜡件制作→蜡件清理→蜡组焊接→挂砂→脱壳→焙烧→型壳浇注→清理

覆膜砂铸造工序：覆膜砂型壳制壳→型壳浇注→清理

1.4 铸造工艺比较

因熔模铸造蜡件组焊和挂砂需要，在对铸件浇注系统设计时，需要考虑蜡组的强度，以保证组焊、挂砂工序的成品率，因而浇注系统往往不够合理和优化，因此影响了铸件整体出品率，而覆膜砂铸造的浇注系统设计时不需考虑后期工序的影响，因而出品率较熔模铸造有明显提高，驾驶室前支架熔模铸造出品率為68%，覆膜砂铸造出品率为72%。而以重型汽车装配用各类前支架、下支架等铸钢产品为例，熔模铸造工艺产品出品率在70%左右，而将同种产品开发为覆膜砂铸造工艺时，出品率达到74%，为提高产能和降低铸造成本创造了有利条件。

2 覆膜砂铸造特点

2.1 覆膜砂原材料选用

覆膜砂一般由骨料、粘结剂、固化剂、润滑剂和特殊添加剂组成。骨料一般为天然洗硅砂，要求耐火度高，挥发物少，颗粒圆整，自身强度高；粘结剂目前普遍使用酚醛类树脂；[1]固化剂[2]普遍采用乌洛托品即六亚甲基四胺；润滑剂一般采用硬脂酸钙；添加剂主要有耐高温添加剂、易溃散添加剂、增强增韧添加剂等。

2.2 覆膜砂制芯（型）设备和工艺

目前，覆膜砂制芯（型）设备主要为热芯盒射芯机（壳芯机），根据覆膜砂产品的结构、大小、厚度等特点，热芯盒模具加热温度范围为180℃―300℃不等，加热时间一般在60270s之间，射砂压力要求0.4MPa―0.7 MPa，具体参数根据型壳结构复杂程度、尺寸和厚度等特点进行调整。

3 对覆膜砂铸造的展望

目前，我国覆膜砂年产量已达到50万吨以上，通过覆膜砂铸造生产铁型铸件10万吨左右，具有专业生产厂家近百家，覆膜砂铸造已形成较大规模。但是，覆膜砂铸造存在的问题依然较多，覆膜砂制造厂家数量多，但是制造设备不一、检测及质量控制手段差距较大，同时因为覆膜砂铸造的工艺特点，造成覆膜砂质量波动较大、覆膜砂制造和铸造过程的污染问题、酚醛树脂价格较高、废砂处理等问题较为突出。因此，覆膜砂铸造今后的发展方向应为：减少覆膜砂的环境污染，开发低发气、少污染的酚醛树脂，同时，积极寻求比酚醛树脂更为物美价廉的替代品，降低制造成本和环境污染；进一步提高覆膜砂的流变性和树脂等粘结剂的覆膜和固化特性；加强覆膜砂的回收再利用，减少原材料消耗，符合国家环保要求。

4 结论

通过对驾驶室前支架产品覆膜砂制壳工艺的开发和验证，与传统熔模铸造工艺相比较，覆膜砂铸造工艺在铸造成本、成品率、铸造生产、工艺特性方面都较熔模铸造有明显优势和提高，可以推广至其他大多数铸钢产品。在未来一定时期内，覆膜砂铸造工艺必定成为我国铸铁、部分铸钢产品的主要铸造方式，值得进一步推广和提高。

参考文献：

[1]《特种铸造生产实用手册》[J].铸造技术，2017，38（03）：676.

[2]潘东杰，夏小江，汤瑶，朱国.铁型覆砂铸造技术在泵阀铸件生产上的应用[J].铸造技术，2015，36（03）：701705.

[3]黄列群，潘东杰，何芝梅，薛存球，马益诚，沈永华，林方夫，高强.铁型覆砂铸造及其发展[J].现代铸铁，2006（03）：1214+16+18+20.