何建民

（寧夏共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

一般鑄鋼件的工藝流程如圖1。冒口切割也是一種去除鑄件多余部位的工作，也屬于鑄件粗清理的工藝過程。本文旨在討論冒口切割、粗清理、精整過程中的相關(guān)技術(shù)要求及設(shè)備工具。

圖1 鑄鋼件主要工藝流程

鑄鋼清理主要工作有兩種：1）去除多肉，達到基本的尺寸要求，如冒口、澆道、補貼、披縫等的去除；2）表面處理，達到較好的表面粗糙度和潔凈度，滿足后續(xù)N DT檢查及涂裝的需求。對于去除多肉一般采用高效的切割或氣刨等熱加工方法，對于表面的處理采用拋丸、鏟磨、拋光等冷加工方法。兩種清理的目的不同，清理的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。

1 鑄鋼清理技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)

對于去除鑄件多肉，一般要求殘留部分要盡可能少，理論上切割到零最好，但實際生產(chǎn)中這種作業(yè)主要依靠人工完成，若過多的追求殘留部分為零，可能造成割傷鑄件本體，造成后續(xù)的焊補，因此實際操作通用的技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 鑄鋼多肉切割去除時技術(shù)要求

這樣既可以保證切割避免鑄鋼件本體的割傷，又有效地去除了多肉部分。在下一步的工序采用氣刨、機加工、修磨等技術(shù)措施進一步降低殘留余量到零。

對于鑄鋼件表面，按國際通用技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)明確如下，鑄件表面的清潔度等級應(yīng)不低于ISO 8501-1《對表面清潔的測試與評估》中規(guī)定的Sa 3級、GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和防銹等級》中規(guī)定的Sa3級，完全露出金屬本色，其氧化皮、銹斑及污物應(yīng)清除到肉眼無法觀察到的程度。噴砂除銹后的表面粗糙度值應(yīng)在Ry 60 μm～100 μm范圍之內(nèi)。評定表面粗糙度時應(yīng)按G B/T 13288《涂裝前鋼材表面粗糙度等級的評定（比較樣塊法）》執(zhí)行。用標(biāo)準(zhǔn)樣塊目視比較評定粗糙度等級。根據(jù)本要求選擇G樣塊中的2號（公稱值為60 μm）和3號（公稱值為l 00 μm）樣塊作為比較樣塊，允許公差分別為10 μm與15 μm，各國清潔度等級標(biāo)準(zhǔn)對照表見2所示。

表2 ISO8501-1：1988與其他標(biāo)準(zhǔn)的對照

2 鑄鋼清理常用技術(shù)及設(shè)備、工具

基于鑄鋼產(chǎn)品表面清理的目的不同，所用的清理工藝技術(shù)、設(shè)備、工具也是不同的。

2.1 鑄鋼件去除多肉

鑄鋼件去除多肉，一般采用熱加工去除的方法：

2.1.1 火焰切割

優(yōu)先使用到鑄鋼冒口、澆道、披縫的去除過程，其原理是鋼材的氧氣切割，是利用氣體火焰（稱預(yù)熱火焰）將鋼材表層加熱到燃點，并形成活化狀態(tài)，然后送進高純度、高流速的切割氧，使鋼中的鐵在氧氛圍中燃燒生成氧化鐵熔渣同時放出大量的熱，借助這些燃燒熱和熔渣不斷加熱鋼材的下層和切口前緣使之也達到燃點，直至工件的底部，切割氧流的動量把熔渣吹除，從而形成切口將鋼材割開。目前使用較多的為乙炔—氧氣切割、丙烷—氧氣切割、天然氣—氧氣切割等。火焰切割可以切割碳素鋼及低合金鋼。其最大切割厚度可以達到2.5 m。切割質(zhì)量取決于材料表面狀況，切割速度取決于材料厚度?；鹧媲懈畈捎醚跞軇┣懈罘梢郧胁讳P鋼及除鐵，如加入鐵粉切割。

2.1.2 吹氧切割法

用乙炔燃燒產(chǎn)生的熱量將冒口根部熔化產(chǎn)生鋼水熔池之后，再用吹氧管通入氧氣將熔池內(nèi)氧化燃燒后的鋼渣吹出切割冒口。該工藝效率高，適用于大厚度冒口切割作業(yè)。

2.1.3 碳弧氣刨

碳弧氣刨是利用碳電極（即碳棒）和金屬工件之間產(chǎn)生的電弧熱迅速將工件局部加熱到熔化狀態(tài)，同時借壓縮空氣流的動量把熔融金屬吹除，從而實現(xiàn)刨削或切斷金屬的一種工藝方法。被廣泛應(yīng)用于不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鑄鋼等金屬材料的多肉的去除、缺陷的開挖和切割。如圖2所示。

2.2 鑄鋼件表面處理

鑄鋼件表面處理是為了較好的表面粗糙度和潔凈度，在這種情況下一般金屬去除量少，宜采用冷加工的方法：

2.2.1 拋丸

拋丸是指通過機械的方法把丸料（鋼丸或砂粒）以很高的速度和一定的角度拋射到工作表面上，讓丸料沖擊工作表面，然后在機器內(nèi)部通過配套的吸塵器的氣流清洗，將丸料和清理下來的雜質(zhì)分別回收，并且使丸料可以再次利用的技術(shù)。拋丸機操作時通過控制和選擇丸料的顆粒大小、形狀，以及調(diào)整和設(shè)定機器的行走速度，控制丸料的拋射流量，得到不同的拋射強度，獲得不同的表面處理效果。例如：采用S330鋼丸，流量10 A，可以達到粗糙度90 μm；處理鋼板時，可以達到SA3的清潔度標(biāo)準(zhǔn)。拋丸按人員參與的不同可以分為手工拋丸和機械拋丸。按丸料的不同可以拋砂和拋丸。

2.2.2 鏟磨

鏟磨是指運用工具旋轉(zhuǎn)和磨料的作用，去除金屬、氧化皮、粘砂、使鑄鋼產(chǎn)品獲得較高的表面質(zhì)量的一種工藝方法。其設(shè)備工具按動力的不同分為電動打磨工具和風(fēng)動打磨工具。其中電動工具按頻率分高頻和普通電動工具。從使用的形式上分為懸掛式和手持式，一般懸掛式采用的是重型鏟磨工具，適用于重負荷作業(yè)。

對于鏟磨作業(yè)，除了設(shè)備工具參數(shù)外，磨料同樣決定了工作效率和鑄鋼件的表面質(zhì)量。一般大面積作業(yè)采用樹脂砂輪片（手持電動工具）和砂輪（懸掛式砂輪機），局部缺陷、狹窄部位等采用砂輪頭，磨料按其構(gòu)成一般分為棕剛玉和鋯剛玉，鋯剛玉主要用于不銹鋼的高合金鋼的鏟磨作業(yè)。經(jīng)過工廠實際生產(chǎn)驗證，使用懸掛砂輪+進口鋯剛玉砂輪，對于大型水輪機葉片鑄件鏟磨效率為5 d（班）/片，原來采用高頻和普通180為6 d～7 d（班）/片，效率能提高20%～30%。原鏟磨每件葉片需要200片角磨片，在應(yīng)用懸掛砂輪+進口鋯剛玉砂輪僅需80～100片角磨片，能節(jié)約100～120片角磨片，綜合成本可降低10%。對于加硬棕剛玉，其在作業(yè)效率上和原棕剛玉一致，但有效作業(yè)時間可延長30%。另外，合金鏟磨頭的使用，對于特殊合金鑄鋼產(chǎn)品的修磨效果較好，但成本高，僅少量使用。表3為鑄鋼件產(chǎn)品主要清理工藝設(shè)備及應(yīng)用范圍匯總。

表3 鑄鋼件產(chǎn)品主要清理工藝設(shè)備及應(yīng)用范圍匯總

以上鑄鋼件的清理技術(shù)和設(shè)備（除拋丸外）全部是建立在完全依賴人工作業(yè)的基礎(chǔ)上，在未來難以適應(yīng)生產(chǎn)的需要和社會的發(fā)展，必須以創(chuàng)新的思路和前瞻的技術(shù)謀求鑄鋼清理工藝技術(shù)、設(shè)備、工具的新突破。

3 鑄鋼清理通用技術(shù)及設(shè)備、工具前瞻

在科技創(chuàng)新的引領(lǐng)下，近幾年鑄鋼清理技術(shù)和設(shè)備、工具也取得了較大的進步，尤其是在自動化作業(yè)替代人工方面的研究取得了重要突破。

3.1 自動化或半自動化的火焰切割機

目前已經(jīng)有國內(nèi)廠家成功推出大厚度火焰切割機，并廣泛適用大型金屬加工行業(yè)，主要可以切割較大厚度工件（500 mm～2500 mm），并且可以切割高溫工件。配合數(shù)控系統(tǒng)可以完成各種形狀大型工件的火焰加工，切割厚度和切割精度達到世界先進水平。800 mm厚度工件異型切割可以保證單邊最小加工留量20 mm～25 mm，切割斷面垂直度達到國際標(biāo)準(zhǔn)（小于切割厚度的1%）。采取溶劑切割可以實現(xiàn)大厚度鑄鐵、不銹鋼等鉻鎳含量較高材質(zhì)的工件切割。

國內(nèi)各大重型裝備企業(yè)都在加工生產(chǎn)一些大型的鑄鍛件，其中材質(zhì)從普通的碳鋼到不銹鋼，由于體積大加工起來難度較大，加工余量大，采用大型數(shù)控火焰切割機來粗加工連桿、曲柄，能減少后期的精加工量，大大提高加工效率。目前中國一重，二重等大企業(yè)都在使用該設(shè)備，并成功用于鑄鋼件的冒口切割。表4為自動化切割設(shè)備與人工切割對照表。

表4 自動化切割設(shè)備與人工切割對照表

3.2 半自動、自動碳弧氣刨機

相比較手工碳弧氣刨，自動碳弧氣刨具有如下優(yōu)點：氣刨小車和碳棒送進機構(gòu)可自動控制、無級調(diào)速，精度高、穩(wěn)定性好，刨削速度比手工碳弧氣刨速度高5倍左右，碳棒消耗量比手工碳弧氣刨少。目前國外已經(jīng)有廠家在生產(chǎn)和使用，國內(nèi)由于僅僅針對鑄鋼產(chǎn)品，市場有限，且目前通用手工碳弧氣刨去處理粘砂，多肉，缺陷開挖等，應(yīng)用非常成熟和普遍。在效率和質(zhì)量上也能滿足要求，因此鮮有人進行自動化的嘗試。但未來隨著勞動力成本提高及環(huán)境保護的加強，半自動、自動碳弧氣刨機必將有進一步的發(fā)展。

3.3 自動等離子氣刨機

等離子氣刨最初是源于等離子切割技術(shù)，雖然等離子相對于火焰切割有高效、節(jié)能的優(yōu)點，但由于其切割深度有限（200 mm以內(nèi)），因此在鑄鋼清理作業(yè)中應(yīng)用有限。近幾年隨等離子技術(shù)的發(fā)展，派生出等離子氣刨技術(shù)及設(shè)備。原理是以壓縮空氣為工作氣體，以高溫高速的等離子弧為熱源、將被切割的金屬局部熔化、并同時用高速氣流將已熔化的金屬吹走、形成切縫。該設(shè)備可用于不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、碳鋼等各種金屬材料切割和氣刨，不僅速度快、切縫狹窄、切口平整、熱影響區(qū)小，工件變形度低、操作簡單，而且具有顯著的節(jié)能效果。等離子也可實現(xiàn)自動化，煙塵污染和噪音極小，亦可以采用水冷，該技術(shù)設(shè)備目前在結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)當(dāng)中非常廣泛，國外美國ESAB、海寶、飛馬特、德國凱爾貝等公司都有成熟的技術(shù)應(yīng)用。

3.4 軟軸打磨機

鏟磨工序一般采用的電動和風(fēng)動工具，工具沉重，作業(yè)強度大，而采用輕便的其他工具則會因為功率不足使得工具維護量大和工作效率低。目前有種機械軟軸很好地兼顧了設(shè)備的輕便與效率。其原理是通過過檔功率電機產(chǎn)生動能，通過機械軟軸傳導(dǎo)到動力頭，接上各種磨料，用于產(chǎn)品表面鏟磨作業(yè)，由于其軟軸可折彎，動力頭小，尤其適合狹窄空間和孔洞作業(yè)，對特殊鑄鋼產(chǎn)品表面的清理有很好的效果。

4 結(jié) 論

通過以上鑄鋼先進清理技術(shù)的研究，有效地跟蹤鑄鋼清理的前沿技術(shù)，目前我公司已經(jīng)開始于相關(guān)設(shè)備廠家開展了技術(shù)交流試驗，部分實踐成功的技術(shù)和設(shè)備將有效地應(yīng)用到鑄鋼清理中（如鏟磨、切割等），這對于鑄鋼清理的質(zhì)量、作業(yè)效率、環(huán)境改善發(fā)揮了重要的推動作用。

［1］于順陽.現(xiàn)代鑄造設(shè)計與生產(chǎn)實用新工藝、新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京：中國當(dāng)代出版社，2005.

［2］李昂，吳密.鑄造工藝設(shè)計技術(shù)與生產(chǎn)質(zhì)量控制實用手冊［M］.北京：金版電子出版社，2005.

［3］曹瑜強.鑄造設(shè)備選用手冊［M］.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

［4］曹瑜強.鑄造工藝及設(shè)備［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［5］中國機械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會編.鑄造手冊（第2卷）鑄鋼［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.