消失模铸造“夹渣”缺陷的成因及对策

 新闻动态     |      2020-08-18 17:30
随着我国消失模铸造设备国产化水平的提高,以及我国消失模铸造原辅材料质量的提高与改进,加上我们诸多科技人员对于消失模铸造原理和理论研究的不断深入,国内的消失模铸造出现前所未有好局面,尤其是许多中小企业在选择铸造生产方式的时候,优先考虑了采用消失模铸造。

但是,必须清醒认识中小企业普遍存在技术力量薄弱、管理水平亟待提高,检测手段不健全和资金周转等诸多问题。许多中小型民营企业家对消失模铸造缺乏完全和透彻的了解和认识,就我们所知很多厂家决策上消失模之前根本没有详实考察和论证过,自身也没有系统学习过消失模铸造的专业知识,更别说系统学习过消失模铸造原理与理论。当然主要是对消失模铸造认识上的不充分,对消失模铸造生产中可能出现问题的严重性估计不足,在知之甚少情况下,就急于上马,结果是花了两三年时间产品质量过不了关,铸造过程中的缺陷曾出不穷又束手无策,就我们所知许多新建消失模铸造企业陷入被动和面临停产局面。铸造业的利润说白了就是挣废品“钱”,只有降低废品率,利润才会有所提高。

本文就消失模铸造最常见的缺陷“夹渣”谈谈我们的看法与认识,愿与从事消失模铸造的同事们共同探讨和提高。
 
一, 消失模铸造的夹渣缺陷:
消失模铸造中常见的铸造缺陷有皱皮、碳黑、变形、粘砂、塌箱、气孔、夹渣、冷隔以及铸钢件表面渗碳等。消失模铸造中的夹渣缺陷,分为非金属渣质和金属夹渣物两大类:非金属夹渣物均为无规则块状物,分布在铸件内部,主要是型砂和涂料渣质类,这类夹渣物的主要成份是SiO2 ;金属夹渣物均为点、团状熔渣和模样热解时残留在铸件内部的黑色团状夹杂物,主要是熔渣和聚苯乙烯热解产物渣质物,它的主要成份是C形成的黑色聚集夹渣物。

非金属夹渣缺陷是指干砂粒、涂料及其他夹杂物在浇注过程中随着铁水进入铸件而形成的缺陷。在机加工后的铸件表面上,可看到白色或黑灰色的夹杂物斑点,单个或成片分布,白色为石英砂颗粒,黑灰色为渣、涂料、泡沫模型热解后残留物和其他夹杂。这种缺陷俗称为“进砂”。在消失模铸造生产中该缺陷是一种很常见的缺陷。几乎采用消失模铸造的工厂都不同程度的存在,且很难彻底根除。只有在每一道工序上采取多种措施且精心操作才能把“夹渣”降到很低,取得比较满意的效果。
在消失模铸件冷却打箱后未清理前,根据铸件及浇注系统表面状况,即可以判定有没有进砂和夹渣缺陷。如果浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和浇口表面或连接处以及铸件表面粘砂严重或有裂纹状粘砂存在,则基本可以肯定铸件有夹渣和进砂缺陷。砸断浇道棒或浇道拉筋,可看到断口上有白色斑点,严重时断口形成一圈白色斑点。这样的铸件,特别是板状、圆饼状铸件机加工后加工面上就会有白色、黑灰色斑点缺陷。汽车发动机离合器压盘、后盖等铸件是最易进砂的一类铸件,如果工序操作规程控制不严格,生产的铸件严重的影响了铸件质量和定单完成的进度。
 
二,造成进砂和形成夹渣缺陷的原因
经过我们在生产实践中长期观察证明,从浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道至铸件,所有部位都有可能造成进砂,尤其是浇注系统与铸件的结合部位。在整个生产过程中,浇注系统白模表面的涂料脱落开裂、白模结合部位的涂料脱落开裂、泡沫塑料白模表面的涂料脱落开裂、直浇道封闭不严密等因素是造成夹渣、进砂缺陷的最主要原因。其次,工艺参数的选择,如浇注系统净压头大小、浇注温度高低、负压度大小、干砂粒度等因素,以及模型运输过程及装箱操作情况等都对铸件夹渣和进砂缺陷有很大影响。只有在这些环节采取系统的措施、精心操作,才能把铸件的夹渣缺陷减少和基本消除,获得优质铸件。克服夹渣缺陷是一个系统工程。
 
三,减少和克服夹渣缺陷的方法和措施
进砂问题、夹渣缺陷是消失模铸造生产的一大难题,特别是大批量生产的汽车零配件。目前消失模铸造生产很成功的主要是三类产品,即抗磨件、管件和箱体类铸件,它们都是很少加工或不加工的铸件。对于加工面多且要求高的铸件,夹渣缺陷是一个关键需要解决的问题。我们的经验是从以下几个方面采取措施可以减少和消除夹渣缺陷:
 
 1,涂料
消失模涂料的作用是:1),提高铸件表面光洁度、使铸件粗燥度降低2-3个等级,达到Ra=3.2-6.3μm,提高铸件表面质量和使用性能。2)减少和防止粘砂、砂孔缺陷。 3),有利于清砂、落砂。 4),将浇注时消失模融熔的液体和气体顺利通过涂料层排出到铸型砂中去,而且防止金属液渗入砂型,防止铸件产生气孔、金属渗透和碳缺陷。 5),提高模样强度和刚度,防止在运输、填砂震动造型时产生变形和破坏,有利于提高铸件尺寸精度和成品率。其主要作用是提高泡沫塑料模样的强度和刚性,防止在运输、装箱填砂震动造型时模样破坏或变形。浇注时涂料层隔开金属和干砂,防止金属渗入干砂,也防止干砂进入金属。泡沫塑料热解时产生大量的热解产物(气体和液体)也通过涂料层排入干砂并排出铸型。

消失模铸造用涂料要求具有强度、透气性、耐火度、绝热性、爆热抗裂性、耐急泠急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性、不流淌性等一系列性能,防止夹渣缺陷首先要求涂料具有高的强度和耐火性能。要求涂挂于白模表面的涂料层在烘干和运输过程中不产生裂纹和开裂,即涂料应具有足够的室温强度;而在浇注过程中,在高温金属的长时间冲刷作用下涂料层也要不脱落、不产生裂纹开裂,即有高的高温强度。在液态金属进入铸型时直浇口封闭严密、铸件和浇注系统表面的涂料层不脱落、不产生裂纹和开裂是防止夹渣缺陷的首要条件,如果浇道密封不严密,涂料层产生脱落、裂纹和开裂,大量砂粒、涂料和夹杂物就会进入金属形成夹渣缺陷。强度和透气性是涂料的两个重要的性能,有时候要求浇注系统用的涂料要比铸件涂料具有更高的耐火强度,以抵御高温金属长时间的冲刷作用而不脱落开裂。操作工在涂刷过程必须保证涂料的均匀性。
 
2.装箱操作
在装箱时模样组(模型+浇注系统)表面的涂料层不允许有任何脱落、裂纹和开裂,特别是在直浇道与横浇道结合处、横浇道与内浇道结合处、内浇口与铸型结合处,只要有松动、裂纹、连接不牢靠就有可能进砂。这就要求结合处强度要高、涂料要比较厚,浇注系统要有足够的刚性,必要时需设置拉筋或加固套。模样组放置于砂箱底砂上时应平稳,不允许悬空放置时即开始撒砂震动造型,以避免震裂涂料层。不要正对模样猛烈加砂,应先用软管加砂,震动振实时再用雨淋设备撒砂。开始震动造型时震动要轻微、震幅要小,等干砂埋住模样再大幅震动。在震动造型时浇注系统特别是直浇道时不允许掰、弯,以免涂料层破裂,要严密封闭直浇口以免进砂。整个装箱、撒砂、震动、造型操作过程要非常仔细小心,一定要保证在浇注前模样组涂料层没有任何脱落、开裂和裂纹。在浇注前应再次把浇口杯清理保证没有浮砂、尘土和杂物。
 
3,浇注压头、温度和时间
浇注时压头越高对浇注系统和铸型的冲刷越大,冲坏涂料造成进砂的可能性也越大,对不同大小的铸件压头要有所不同。要选择容量合适的浇包,浇包要尽可能降低浇注高度,包嘴尽量靠近浇口杯,应避免用大包浇小活。
浇注温度越高,对涂料性能要求就越高,就越容易产生粘砂夹渣等缺陷,应选择合适的浇注温度。对于灰铸铁件,浇注温度可在1460℃左右,浇注温度为1380-1420℃;球铁铸件出炉温度应在1500℃左右,浇注温度为1420-1440℃;铸钢件浇注温度为1480-1540℃。一箱需铁水300-500公斤的铸铁件浇注时间可控制在12-20秒左右。
 
4, 负压
消失模铸造的浇注过程一般都是在真空条件下进行的,负压的作用是紧实干砂、加快排气、提高充型能力,在真空密封条件下浇注改善了工作环境。负压度的大小对铸件质量有很大影响,过大的负压度使金属液流经开裂、裂纹处时吸入干砂和夹杂物的可能性增加,也使铸件的粘砂缺陷增加。过快的充型速度增加了金属对浇道和铸型的冲刷能力,易使涂料脱落进入金属,也容易冲坏涂料层造成进砂。对于铸铁件,合适的负压度一般0.025-0.04MPa。
 
5, 设置挡渣、撇渣和集渣冒口
在浇注系统设置挡渣、撇渣和铸件上设置集渣冒口和采取挡渣、撇渣措施有助于改善进砂和夹渣缺陷。
对用于切割浇注系统的塑料泡沫板材,最理想是和压制白件的一致;如果用塑料泡沫板必须保证有足够的密度,避免由于涂料钻进珠粒间隙而造成夹渣。
 
6, 型砂
型砂粒度过粗、过细都影响夹渣和粘砂缺陷的产生,粒度过粗使粘砂夹渣缺陷增加。铸铁件一般采用粒度30/50的干石英砂(水洗砂)即可。
 
7, 采用铁水净化技术
消失模铸件的整个成型过程都要考虑铁水净化问题,这是消失模铸造的关键技术之一。包括从铁水熔炼、过热、直至浇入铸型的全过程均要考虑净化问题,过滤技术是其中之一。
 
四,结语
  1, 夹渣缺陷是由于在浇注过程中砂粒、涂料和夹杂物随着液体金属进入铸件而形成的,在消失模铸造生产中普遍存在,严重的影响着产品质量和生产进度。

2, 在消失模铸造生产的全过程中涂料层的脱落、开裂和裂纹以及直浇道和浇注系统封闭不严密等因素是造成进砂和夹渣缺陷的主要原因。

3, 提高涂料的强度、耐火度和其他性能,精心装箱操作,采用正确的负压浇注工艺参数,集渣挡渣撇渣技术以及铁水过滤、净化技术等措施可以减少和消除夹渣缺陷。

4,铸造企业管理与其它企业相比难度较大,特别是消失模铸造企业除了因为它是个系统工程,不管哪一个环节任何一道工序出了问题,都会带来“满盘皆输”的结果,;铸件质量好坏主要取决于管理,所以才有“三分技术,七分管理”的说法;再好的工艺技术若细节上落实执行不好,带来结果是天差地远。消除铸件缺陷,一是要学会对废品进行科学的分析,二是靠一丝不苟地执行工艺,循规蹈矩、善始善终;管理者不但要掌握消失模铸造的基本知识和操作要领,而且要尽快使自己从外行变成内行,再是提高管理者的质量管理意识和水平;管理者对操作工不仅是监督与监管更主要是相互理解与正确指导,两者相辅相成,定会功半事倍,绩效昭著。

湖南消失模铸造:
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