鑄鋼件水玻璃背砂工藝的研究

■ 李新春　徐盛春

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鑄鋼件水玻璃背砂工藝的研究

■ 李新春徐盛春

摘 要：針對背砂工藝存在問題進行研究；對鑄件結構、使用性能和鑄件在粗加工、精加工時反映出的缺陷狀況進行分析，并進行工藝試驗。試驗中對“軸箱體”背砂的碾壓過程及造型、修型、砂型烘烤、下芯、合箱、落砂、切割澆冒口、鑄件整理及加工解剖情況進行跟蹤。通過生產試驗驗證，鑄鋼件水玻璃背砂工藝可滿足新八軸機車“軸箱體”的生產需求，可在生產中應用。

關鍵詞：鑄鋼件；水玻璃；背砂工藝；造型；軸箱體

機車配套鑄件一般采用水玻璃砂或樹脂砂做面砂+潮模砂背砂的造型工藝。隨著機車質量大跨越提升，采用潮模砂背砂工藝生產鑄件，在加工工序出現的鑄造缺陷越來越多，鑄件在粗加工及精加工工序頻繁出現因鑄造缺陷而返修及報廢的狀況，造成大量的人力及物力損失。由于潮模砂強度較低，在造型過程中容易出現塌箱、漏箱問題。因此，現行的背砂工藝已不適應發展的要求。

1　背砂工藝存在的問題

（1）潮模砂干強度低、濕強度高、水分高。黏土含量高，容易使鑄件產生掉砂、氣孔及縮孔缺陷。

（2）潮模砂使用的全是舊砂，水玻璃膜及樹脂膜沒有完全破解。重新配砂時黏土與舊砂的粘結強度低，合箱時造成塌箱，澆注時型砂脫落掉入鋼水中造成鑄件夾砂。

前期新八軸機車“軸箱體”精加工面的缺陷面積較大、數量較多，軸孔上端面有若干氣孔、縮松、裂紋等缺陷（見圖1）。

圖1　軸孔上端面有若干氣孔、縮松、裂紋等缺陷

針對鑄件結構、使用性能和鑄件在粗加工、精加工時反映出的缺陷狀況進行分析，選用新八軸機車“軸箱體”進行工藝試驗。

2　工藝研究

（1）水玻璃砂濕強度低而干強度高，完全執行水玻璃砂工藝，鑄件澆注后的落砂非常困難，造成一系列的不必要浪費。采用水玻璃背砂工藝既要達到水玻璃砂的基本強度要求，又要清砂容易。

（2）調整水玻璃黏結劑及黏土的加入量，控制水分的加入量。黏土的加入量與型砂的含水量無關。

（3）背砂配制工藝。水玻璃加入量：2.6%～3.5%；黏土加入量：1.2%～2.5%；含水量：3.0%～4.5%。

3　工藝試驗

（1）配砂工藝實際加入量。第一碾：舊砂750 kg；膨潤土12 kg；水玻璃32 kg。第二碾：舊砂750 kg；膨潤土12 kg；水玻璃20 kg。第三碾：舊砂750 kg；膨潤土6 kg；水玻璃26 kg。第四碾：舊砂750 kg；膨潤土6 kg；水玻璃26 kg。

（2）碾壓工藝確定。背砂的碾壓選用S112碾輪式混砂機，開混砂機后加入舊砂、膨潤土，干混1～2 min，加入水玻璃混碾4～5 min后出砂。

（3）型砂物理性能測定。第一碾：由于水玻璃加入量較大，制作試樣時無法成型，透氣性及濕壓強度無法試驗，含水量4.8%。第二碾：透氣性316；含水量4.12%；濕壓強度50 kPa。第三碾：透氣性290， 含水量4.04%，濕壓強度55 kPa。第四碾：透氣性339，含水量3.52%，濕壓強度60 kPa。

（4）2015年3月進行工藝試驗。對試驗的“軸箱體”DJ15-0418#背砂的碾壓過程及造型、修型、砂型烘烤、下芯、合箱、落砂、切割澆冒口、鑄件整理及加工解剖情況進行全面跟蹤。針對鑄件落砂問題，通過跟蹤觀察落砂過程發現，背砂的潰散性非常好。將砂箱放在落砂機上，振動20 s后，背砂全部散落，且不結塊。為對工藝進行驗證，對試制的“軸箱體”DJ15-0418#進行切削解剖，解剖過程中發現在粗加工尺寸部位，軸孔上端面有一處4 mm×7 mm的氣孔缺陷，繼續加工，缺陷消失。試驗結果顯示，軸孔上端面存有鑄造缺陷，但較前期生產的鑄件質量有明顯提高。

4　新八軸機車“軸箱體”試生產

2015年4月小批量生產新八軸機車“軸箱體”DJ150491#—DJ150523#，共33箱。生產過程與工藝試驗相同。跟蹤精加工成品28箱（每箱1件），其中16件精加工面未發現缺陷，12件軸孔上端面及彈簧座面處有氣孔缺陷，但缺陷數量及面積較前期大為減少，鑄件的一次成品率為59%，質量雖有較大幅度提高，但沒有達到預期數值，軸孔上端面有1處4 mm×5 mm的氣孔缺陷（見圖2）。

2015年5月新八軸機車“軸箱體”再次試生產11箱。由于工藝試驗與“軸箱體”試生產結果未達到預期目標。此次在背砂的混制過程中，水玻璃加入量控制在2.5%，并將背砂的水份控制在3.0%～3.8%。鑄件整理后經精加工驗證，11箱“軸箱體”一次通過檢查和檢驗，加工面未發現任何鑄造缺陷。

通過生產試驗驗證，鑄鋼件水玻璃背砂工藝可滿足新八軸機車“軸箱體”的生產需求，大幅度提升了產品質量。水玻璃背砂工藝可在生產中應用。

圖2　軸孔上端面有1處氣孔缺陷

5　水玻璃背砂工藝的應用

（1）型砂的碾壓設備。試驗碾壓背砂時，選用S112碾輪式混砂機碾壓水玻璃砂，在日常生產時選用S115碾輪式混砂機，而S115碾輪式混砂機工作過程為封閉式，也沒有水玻璃加入定量罐，背砂的碾壓狀況無法預知，型砂的取樣化驗無法進行。批量生產必須新增一臺碾輪式混砂機，以配制水玻璃背砂。

（2）輸送帶改造。碾壓后的背砂通過輸送帶送入背砂庫，不是直接送到造型場地，需要對輸送帶進行改造，滿足生產需要。

（3）砂型落砂。試驗表明，水玻璃砂背砂終強度較低，但能滿足工藝要求，澆筑后背砂潰散性較好，可滿足生產要求。

6　結論

通過試驗生產及精加工驗證表明，水玻璃背砂工藝有較高的濕強度，鑄型起模后用CO2烘烤，提高了鑄件尺寸精度及外觀質量，鑄件掉砂情況較少，鑄型排氣道的設計不受背砂影響。由于鑄型的面砂與背砂全部硬化，明顯提高了砂型的干強度，有效防止了鑄件變形。在翻轉合箱過程中，不會發生塌箱及掉蓋的情況，從鑄造工藝角度上考慮可行。與水玻璃背砂工藝相配套的設備及技術國內外均已成熟，只需對造型及混砂設備進行改進，可顯著提高鑄件的內部質量，完全可用于生產實踐。

7　參考文獻

[1] 中國機械工程學會鑄造分會. 鑄造手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2011.

[2] 日本鑄造工學會. 鑄造缺陷及其對策[M]. 北京：機械工業出版社，2008.

李新春：大同益達鑄造有限責任公司，助理工程師，山西大同，037038

徐盛春：中車大同電力機車有限公司技術中心工藝開發部，高級工程師，山西 大同，037038

責任編輯 高紅義

中圖分類號：TG24

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2016）02-0034-02