消失模球墨鑄鐵件表面皺皮（積碳）缺陷的防止

邵濤　夏奇兵　楊春黎

摘 要：針對我司采用消失模生產的汽車模具類球磨鑄鐵表面皺皮缺陷嚴重進行原因分析原因，并通過試驗驗證泡沫密度及澆注溫度等因素變動對缺陷改善情況。

關鍵詞：消失模;皺皮;試驗

由于汽車模具具有單一、不重復的特性，因此多數(shù)采用消失模進行鑄造，我公司現(xiàn)生產的汽車模具中第一序的拉延模等多采用QT600-3或更高牌號的材質，生產過程中鑄件側面及頂面常常會出現(xiàn)不同程度的皺皮，未拋丸前明顯存在炭黑。皺皮的出現(xiàn)嚴重影響鑄件質量，對頂面進行加工發(fā)現(xiàn)炭黑深度在3～5mm，嚴重的甚至更深達到10mm。特別是在鑄件四個吊耳周邊特別嚴重，部分要求嚴格的客戶甚至要求報廢模具，給公司造成極大困擾，也嚴重影響公司在客戶心目中的形象，因此解決該問題公司迫在眉睫。

1 產生原因

（1）塑料模型材料的影響：澆注過程中鐵水進入砂型內，高溫使EPS塑料劇烈分解，在EPS與鐵液之間存在液態(tài)、氣態(tài)兩相，由于EPS塑料模型碳含量高達92%[1]，碳含量越高，產生的液相就越多，就越容易形成炭黑包裹在鐵液中。

（2）澆注溫度的影響：由于EPS模型分解需要吸收熱量，提高澆注溫度有利于加快EPS模型分解，使PES模型和鐵水間的液相變少，從而減少炭黑的產生。

（3）澆注速度的影響：提高澆注速度，減少熱量損失，有利于減少炭黑的產生。但由于提高澆注溫度會增加鐵液的液相收縮，同時提高澆注溫度還會使型砂燒結、鑄件粘砂等問題，澆注溫度不能無限制的增加。

（4）冒口集、排渣系統(tǒng)的影響：在鑄件頂部安放冒口，集、排渣系統(tǒng)進行收集EPS分解產生的炭黑。

（5）其他因素影響：涂料透氣性[2]、真空度等由于未進行試驗，這里不做贅述。

2 試驗方案

（1）方案一、驗證澆注速度對炭黑、皺皮缺陷的影響。

通過改變直澆道、橫澆道、內澆道大小，改變澆注速度[3]，其他條件不變，驗證澆注速度對炭黑、皺皮缺陷的影響。設定澆注速度分別為50kg/s和100kg/s。

試驗結果

都次重復試驗發(fā)現(xiàn)，澆注速度為100kg/s鑄件外觀質量優(yōu)于澆注速度為50kg/s，但表面外觀質量僅僅是好轉，并不能消除表面炭黑、皺皮缺陷。說明快澆有利于降低炭黑、皺皮缺陷。

（2）方案二、驗證澆注溫度的影響。

選取結構相似，重量相當?shù)蔫T件，僅僅用不同澆注溫度進行澆注，鑄件清理完成后驗證鑄件表面炭黑、皺皮缺陷的情況。分別取澆注溫度為1400℃、1416℃、1426℃澆注進行驗證結果。

試驗結果：如下圖所示，圖1澆注溫度1400℃，鑄件頂面明顯出現(xiàn)冷隔等澆不足的現(xiàn)象，表面炭黑、皺皮嚴重;圖2澆注溫度為1416℃鑄件表面質量有所好轉，側面及頂面任然存在大面積的炭黑、皺皮，不存在冷隔等現(xiàn)象;圖3澆注溫度為1426℃，側面及頂面任然存在炭黑、皺皮，深度明顯減小。

（3）方案三、驗證不同密度EPS模型的影響。

分別取不同密度EPS塑料泡沫制作模型，同時采用高溫、快速澆注的方式進行澆注，對比試驗結果。對EPS進行取樣，建模計算其密度分別樣品1為18kg/m3，樣品2為16.4kg/m3。

試驗結果：使用低密度EPS泡沫模型的鑄件側面及頂面炭黑、皺皮缺陷明顯減少。用低密度EPS泡沫模型的鑄件僅僅在靠近蓋箱面的側面導板處有少量的炭黑、皺皮缺陷。加工后基本消除炭黑缺陷，滿足客戶要求;普通的EPS模型的鑄件則在整個側面均有夾渣情況，只有接近底箱面的位置稍微好一點。

（4）方案4、驗證集、排渣系統(tǒng)的影響。

采用高溫快、快速澆注的方式，同時，在模型頂面容易產生炭黑、皺皮的位置安裝排渣通道，再用EPS泡沫連接各個排渣通道。

試驗結果：結合之前方案增加集、排渣系統(tǒng)后，成功解決了鑄件表面炭黑、皺皮曲線，但由于安放集、排渣系統(tǒng)破壞了鑄件白模表面涂料層的完整性，增加鑄件夾涂料的風險，從鑄件清理后的效果也看出蓋箱面夾涂料情況增加，集渣系統(tǒng)增加后期清理難度。

3 結論

EPS塑料模型的密度、澆注溫度、澆注速度、集排渣系統(tǒng)都不同程度的影響消失模球墨鑄鐵件表面炭黑、皺皮缺陷的產生。

（1）低密度EPS泡沫制作模型更有利于減少炭黑、皺皮缺陷;

（2）提高澆注溫度有利于減少炭黑、皺皮缺陷;

（3）加快澆注速度有利于減少炭黑、皺皮缺陷;

（4）在鑄件頂面安放集、排渣系統(tǒng)有利于減少炭黑、皺皮缺陷。

綜上所述，采用低密度EPS模型同時采用高溫快速澆注，鑄件表面碳渣、皺皮缺陷基本可以消除，只存在少量的炭黑，加工后完全可以去除。由于集排渣系統(tǒng)后期清理難度較大，增加夾涂料風險，因此不建議采用。

參考文件

[1]張武城.消失模鑄造技術.機械工業(yè)出版社

[2]新余，楊淑濤，游譽林等.消失模鑄造球磨鑄鐵缺陷分析及解決途徑.機械工人

[3]陳輝.消失模鑄造球墨鑄鐵件缺陷分析及措施.鑄造設備與工藝.2014年第1期0D476C74-90C9-425C-A496-D37297D5B781