消失模鑄造負壓砂箱的設計和制造

李慶豐（天津天鐵冶金集團有限公司機械裝修部，河北涉縣056404）

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消失模鑄造負壓砂箱的設計和制造

李慶豐
（天津天鐵冶金集團有限公司機械裝修部，河北涉縣056404）

［摘要］為滿足消失模鑄造生產需求，設計了一種消失模鑄造砂箱，砂箱制作完成后，各項尺寸精度符合技術要求，箱體透氣性好，抽氣室密封性好，提高了鑄件的產量和質量，能夠滿足使用要求，取得了較高的經濟效益。

［關鍵詞］負壓；消失模；吃砂量；抽氣室

1　引言

天鐵集團機械裝修部承擔天鐵集團2臺400 m2燒結機蓖條和隔熱墊的制作加工任務，蓖條每年需求量在5～7萬根，隔熱墊年需求量在2～3萬件。原有人工粘土砂造型的鑄造工藝，工人勞動強度大，生產效率低，產品質量合格率低，無法保證上述兩種備件保質保量的供應。采用消失模鑄造，不僅能提高生產效率，產品質量，而且大大降低了工人的勞動強度。消失模鑄造專用砂箱在消失模鑄造過程起著非常重要的作用，砂箱的設計是否合理，制作的質量好壞，對獲得優質鑄件，提高生產效率，減輕勞動強度有很大的影響。消失模鑄造專用砂箱一般由砂箱箱體和抽氣室組成。砂箱箱體有圓形箱體和方形箱體，材質可以采用普通鑄鐵、球墨鑄鐵及普通鋼板焊接。抽氣室根據結構特點可以分為底抽式、側抽式、雙層式。結合鑄件實際生產情況，以中小型鑄件為主，考慮砂箱日常維護方便及具有一定的通用性，此次設計的消失模鑄造砂箱采用普通鋼板焊接方形箱體結構。

2　消失模鑄造砂箱的設計原則及技術要求

2.1設計原則

中小型鑄件的幾何尺寸和質量較小，形狀也較為簡單，采用5面負壓1面填砂結構的單個砂箱即可滿足生產工藝需求。砂箱尺寸的大小依據鑄件的幾何尺寸及重量，澆注系統的結構，吃砂量多少確定。砂箱整體結構要求具有一定的承載強度，加強筋板布置合理，減少砂箱因高溫造成的結構變形。砂箱的抽氣室設計合理，保證砂箱在負壓狀態下，砂箱內部真空整體梯度上均衡。砂箱設計結合實際生產情況，要求砂箱具有一定的通用性，減少砂箱數量，降低生產成本，易于維護檢修。

2.2技術要求

砂箱箱體焊縫連續均勻，焊縫高度不低于焊接鋼板厚度，不允許有氣孔、夾渣和漏氣現象。通氣孔在安裝不銹鋼篩網時，需在側板上涂抹密封膠，并加裝石棉墊或者石墨盤根，用護篩板固定，保證安裝后通氣孔不漏沙、漏氣。抽氣室焊接過程中，槽鋼、方管與鋼板間焊縫，必須全部貫通，確保抽氣管路內氣流通暢，無漏氣現象。砂箱主體焊接完成后，安裝篩網之前，需經退火處理，減少焊接內應力，防止砂箱使用中變形量過大。

3　消失模鑄造砂箱的設計和制造

3.1砂箱箱體的設計和制造

3.1.1砂箱箱體的材料選用和結構組成

根據實際生產情況，大批量生產的鑄件幾何尺寸和重量較小，適于采用多列多層結構。為避免因砂箱尺寸偏大造成吃砂量過大，按照目前高鉻篦條的生產方案，鑄件排列結構采用雙列多層排列，層數的多少依據鑄件尺寸規格而定。為節約制造成本、時間，方便日常維護，此次制作的砂箱采用普通鋼板焊接方形結構。砂箱箱體材質選用普通鋼板Q235，厚度6 mm。

3.1.2砂箱吃砂量大小

吃砂量是砂箱尺寸確定的重要因素。吃砂量是指從砂箱內壁到鑄型的型砂厚度以及從砂箱上面或下面到鑄型型腔的型砂厚度。消失模鑄造砂箱吃砂量過小，易造成箱壁粘砂，甚至燒損砂箱；吃砂量過大，易造成材料浪費，降低生產效率。依據車間產品特點，其中臺車篦條最具有代表性，因此砂箱吃砂量的選取以鑄造蓖條為基準。根據篦條尺寸及澆注系統結構，確定砂箱底面吃砂量為150～200 mm，四周吃砂量為80～100 mm，上部吃砂量為75～150 mm。計算砂箱箱體尺寸時取吃砂量的上限。

3.1.3砂箱箱體尺寸

砂箱箱體尺寸計算也以鑄造臺車篦條為基準，篦條長度為492 mm，高度為120 mm。篦條白模雙列分布，砂箱箱體寬度方向尺寸取1 200 mm，砂箱箱體采用正方形，長度方向也取值1 200 mm。高度方向篦條白模4層排列，取值1 100 mm。砂箱設計見圖1。

圖1　砂箱箱體示意圖

3.2抽氣室的設計和制造

3.2.1抽氣室的結構

抽氣室的結構合理，能使鑄件在砂箱內抽真空時達成最合理的負壓場使澆注的鑄件成型良好，減少鑄造缺陷。抽氣室結構可分為3種結構，底抽式、側抽式和雙層式。底抽式砂箱結構簡單，制造容易，維修方便，但真空度分布沿高度方向有一定梯度，底部真空度高，上部真空度低。側抽式砂箱的抽氣室在砂箱側壁，其內部真空度沿橫向有一定的真空梯度。雙層式真空砂箱兼有以上兩種方式的抽氣方式，能保證砂箱內部真空分布均勻。結合實際鑄件的生產特點，此次設計的砂箱抽氣室采用雙層式結構。底部采用十字形通氣孔，每個側板中間部位開通氣孔，箱體的四角也設置通氣孔，以保證箱體內真空分布均勻。

3.2.2抽氣室的材料選用

抽氣室的主要通氣管路采用140 mm槽鋼，主要用于底部和四周側板；頂部采用60 mm×60 mm× 4 mm的方管作為通氣管路。砂箱箱體上通氣孔位置，鉆Φ14 mm的孔，均勻分布，中間用100目和20目的不銹鋼篩網，以隔離鑄沙，防止進入抽氣室；篩網外側用護篩板固定。

3.3真空管接頭

在砂箱的一個側面，設計主副2個真空管接頭，其中副接頭作為備用。真空管接頭尺寸為Φ89 mm，一端加工成倒刺，見圖2。

圖2　真空管接頭

3.4吊裝軸

鑄造砂箱不僅是鑄造模型成型工具，也是運輸工具，所以砂箱上必須設有方便運輸的吊裝卡具，便于生產過程中砂箱的吊運、碼放。在砂箱箱體沒有安裝真空管接頭的另兩側板上，中心位置設計吊裝軸2個，用于砂箱的吊裝運輸。為保證吊裝軸結實耐用，吊裝軸貫穿抽氣室管路，雙面焊接。要求在焊接過程中，確保焊縫無缺陷，保證抽氣室管路氣密性完好，見圖3。

圖3　吊裝軸

3.5翻箱軸

在澆注完成后，砂箱需要翻轉，便于落砂及清理成型鑄件。在吊裝軸的下方設計翻箱軸，用于砂箱的翻轉。為保證翻箱軸的結實耐用，翻箱軸貫穿抽氣室管路，雙面焊接。要求在焊接過程中，確保焊縫無缺陷，保證抽氣室管路的氣密性完好，見圖4。

圖4　翻箱軸

4　砂箱質量檢驗

砂箱制作完成后，檢驗各項尺寸精度符合技術要求，然后重點檢測砂箱的抽氣室密封性是否良好。消失模鑄造用砂箱箱體要求透氣性要好，抽氣室要求密封性要好，負壓砂箱應在0.1 MPa負壓下3 min不漏氣。檢測方法，砂箱裝滿型砂，上部用塑料薄膜覆蓋，再用型砂覆蓋；外部抽氣室管路也用塑料薄膜覆蓋，開始抽負壓，觀察外部覆蓋的塑料薄膜是否有吸附到管路現象，如果有則說明該處存在漏氣，需要處理。若無吸附，觀察負壓保持時間是否符合要求。砂箱氣密性檢查后，砂箱方可投入生產使用。

5　結束語

消失模鑄造負壓砂箱試制1件后，投入生產，經過試制蓖條、隔熱墊等鑄件，鑄件的成型較好，未發生塌箱、澆不足、氣孔等鑄造缺陷，滿足消失模鑄造使用要求。后續制作砂箱10套，滿足現場砂箱周轉，同時也保證了鑄件的及時供應，創造了可觀的經濟效益。

參考文獻

［1］韓曉峰.鑄造生產與工藝工裝設計［M］.湖南.中南大學出版社，2010：45- 86.

［2］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，2003：450- 455.

［3］韓秋實，王紅軍.機械制造技術基礎［M］.北京：機械工業出版社，2010：162- 193.

Design and Fabrication of Negative Pressure Sand Box for Lost Foam Casting

LI Qing-feng
（Mechanical Installation and Maintenance Department of Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractA kind of sand box for lost foam casting was designed to meet production requirement. At completion all dimensions and precision of the sand box comply with technical requirement. The sand box shows good permeability at box and good leakproofness at suction chamber. The yeild and quality of casting were improved. The operation requirement was fulfilled and high economic effect achieved.

Key wordsnegative pressure；lost foam casting；mold thickness，suction chamber

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.004

收稿日期：2016- 02- 06修回日期：2016- 02- 25

作者簡介：李慶豐（1971—），男，工程師，主要從事技術管理工作。