机床塔座轴孔粘砂问题处理

（宁夏共享装备股份有限公司，宁夏 银川 750021）

对于解决机床铸件的粘砂问题，首先要检查工艺方案，核算浇注系统，先把铸造工艺存在的问题解决，然后再对现场存在的问题进行逐一分析。

1 产品粘砂位置与工艺介绍

1.1 粘砂位置介绍

塔座铸件粘砂位置发生在轴孔部位，如图1 所示。图中轴孔位置有一φ45 的加工轴孔，从结构上看，此处轴孔带加工量后过于狭小，铸造时形成轴孔的砂芯不容易紧实，强度不足，易引起粘砂缺陷。为防止粘砂问题，工艺上设计使用长钉作为芯铁增加此处砂芯强度防止断裂，同时辅助工具使操作者更易紧实降低由于紧实带来的粘砂问题。

1.2 生产工艺介绍

图2 为机床件塔座工艺图，材质为HT.铸件轮廓尺寸500 mm×490 mm×440 mm；铸件毛重220 kg，浇注重量247 kg；浇注温度1 360 ℃，浇注时间16 s.采用封闭式浇注系统，一箱一件。

图1 轴孔所示位置及三维加工量标识

图2 塔座生产工艺

通过查看工艺，计算浇注系统的比例F直∶F横∶F内=1∶1.95∶0.88，符合工艺设计规范。然后考虑浇注温度与涂料波美度对于铸件粘砂的影响，在此前提下，需要先考虑轴孔位置的紧实强度对于粘砂的影响。因为引起粘砂的原因一般可分为机械粘砂与化学粘砂，而化学粘砂多出现在铸钢件上与某些大的铸铁件上，对于塔座此类产品一般影响较小。考虑到降低机械粘砂带来的影响，因为轴孔圆面为加工面，设计补贴加工量之后，轴孔整体显得深陷而且狭小，为了控制变量研究降低粘砂的措施，因此尽可能保持在一定范围的紧实强度。在工艺要求上对塔座轴孔的紧实是通过加入铁钉来增加强度，用专用工具来紧实小芯头。

2 控制变量解决粘砂

试验开始阶段，首先确认试验的条件是否充足，通过询问生产专员，确定本产品顾客需求量大，本实验可以有很好的数据支撑，同时也可以提高整个交付的效率，本实验存在很好的适用性；然后确定试验的方案，在确保了一定水平的轴孔砂芯紧实强度后（检查轴孔芯紧实硬度≥85 MPa），控制变量研究涂料和浇注温度对于粘砂的影响。

控制变量法常采用的是控制因素的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后在综合解决。

本文采用这种方法，控制砂芯在一定范围的紧实硬度下，分别研究涂料波美度与浇注温度对于塔座轴孔粘砂的影响。因为在基本排除了机械粘砂（紧实强度）影响后，铸造过程影响粘砂的主要因素为涂料和熔炼的波动，俗话说三分造型，七分熔炼。对于铸件而言是由外型与芯子构成，造型完成后，处于一个原始状态，为了防止树脂砂在铁水高温作用下与铸件粘连，致使铸件不好清理，形成铁包砂，涂料的作用就显得至关重要，涂料相当于一层阻隔，防止铁包砂的产生，而涂料的性能好坏是由波美度来表征，波美度显示的是涂料的稀稠程度，涂料的波美度都存在一个范围，有的是在较稀释（波美度低）的状态下作用最好，有的是在黏稠（波美度高）状态下作用最好，我司经过成本与效果筛查选用800C 锆英粉涂料。

熔炼方面，除了控制C 当量的加入和顾客所需材料的合金外，最重要的一环就是浇注温度了，高温下液态金属的收缩倾向会增大[1]，同时高温会使液态金属的渗透性增强，这也是粘砂的重要影响成分，所以选取合适的波美度与合适的浇温，就可以解决绝大多数的粘砂问题，本文也是从这个方向切入，设计试验方案。

2.1 控制浇温，调整波美度

研究工艺把浇注温度控制在1 360 ℃～1 370 ℃之间，查阅文献[2]得知浇注温度过高会使砂芯涨大，特别是具有杂乱砂芯的灰铁铸件，过高的浇注温度会使型砂烧结而致使砂粒间间隙增大，从而增大金属渗入深度；浇注温度过低易出现夹渣与硫化锰气孔缺陷，一般的灰铁件浇注温度在1 350 ℃左右，然后考虑降低夹渣缺陷的产生，把浇温控制在1 360 ℃～1 370 ℃区间内，然后考虑调整波美度，观察对于粘砂的影响。

试验所用涂料为800C 锆英粉醇基涂料，其波美度一般在70～75，对醇基涂料而言，其作用是渗透砂型与砂芯进行防粘砂，一般是涂料越黏稠（波美度越高）刷涂之后的效果也会越好，因此把波美度调整到73～75，70～73 之间刷涂两遍观察涂料对于芯子的渗透层深度。通过对比得知800C 涂料在波美度较低情况下渗透性最好，特别是保持在70～71时，然后通过观察后序状态下铸件的粘砂情况，波美度为73～75 的铸件轴孔还是粘砂严重，70～71 之间的铸件得到改善但还有部分粘砂，涂料的最终作用是渗入砂芯[3]、砂型形成一定的渗透层，进行填隙作用，又可以减缓砂型的激热膨胀，而波美度是涂料的一种具体表现形式，波美度的大小影响涂料的黏稠度，涂料最好的使用性能也是通过波美度体现，例如富士科涂料性能最好是在波美度为60～65之间，并且是越黏稠刷涂效果越好即波美度为65最好，而800C 涂料波美度为70～75 之间，且为渗透性涂料在波美度低的情况下效果好即波美度为70～71 时。浇温为1 360 ℃～1 370 ℃，波美度为73～75、71～73 对比如图3 所示。

浇注温度为1 360 ℃～1 370 ℃时，分别研究轴孔刷涂波美度为73～75 与71～73 的铸件粘砂对比，波美度为73～75 的铸件轴孔还是粘砂严重，70～71之间的铸件得到改善但还有部分粘砂。

2.2 控制波美度，调整浇温

为了研究浇注温度对于铸件的粘砂的影响分两个区间控制波美度，一个波美度为70～71，一个波美度为73～75，浇注温度也分成两个批次浇注，一批按照1 350 ℃～1 360 ℃，一批按照1 360 ℃～1 370 ℃.第一拨试验波美度为70～71，浇温按照1350℃～1360℃生产一批，1 360 ℃～1 370 ℃生产一批观察结果；第二拨试验波美度为73～75 浇温按照1 350 ℃～1 360 ℃生产一批，1 360 ℃～1 370 ℃生产一批观察结果。通过观察两拨试验的铸件成效发现，浇注温度在1 360℃～1 370 ℃时，波美度为73～75 的铸件粘砂非常严重，给清理人员造成了非常大的麻烦；波美度在70～71 的铸件虽然略好，但还是不好清理。

图3 涂料不同波美度得到的铸件情况

如图4 所示，涂料波美度控制在73～75 时，浇注温度为1 350 ℃～1 360 ℃与1 360 ℃～1 370 ℃生产的铸件，由图可知浇温为1 360 ℃～1 370 ℃的铸件轴孔粘砂严重，不利于清理，浇温为1 350 ℃～1 360 ℃的铸件局部粘死，即使没有整个轴孔粘砂，但也不好清理；如图5 所示，波美度在70～71 的铸件，轴孔位置整个畅通，没有任何粘砂，后面连续验证30 件都没有问题。

由图5 可知波美度在70～71 时浇注温度为1360℃～1370℃的铸件轴孔还有轻微粘砂缺陷，很大程度上解决了粘砂的问题，还有可解决的空间存在；浇注温度为1 350 ℃～1 360 ℃的铸件轴孔通透，只需抛丸一次即可，彻底解决粘砂问题。粘砂措施就此制定：控制浇温在1 350 ℃～1 360 ℃，波美度控制在70～71.

3 结论

图4 波美度为73～75 铸件

图5 波美度为70～71 铸件

通过控制变量的方法寻找解决铸件粘砂的问题，在工艺要求前提下对塔座轴孔的紧实采用加入铁钉来增加强度，用专用工具来紧实小芯头，保证不会出现机械粘砂的前提下，通过试验最终确定浇注温度控制在1 350 ℃～1 360 ℃，800C 锆英粉涂料波美度控制在70～71 情况下，塔座轴孔的粘砂得到彻底有效的解决。