郭躍廣（龍工（福建）鑄鍛有限公司，福建龍巖364000）

?

消失模砂箱不銹鋼網(wǎng)功能失效探討

郭躍廣
（龍工（福建）鑄鍛有限公司，福建龍巖364000）

摘要：在消失模鑄造中隨著砂箱造型、澆注、落砂周而復(fù)始使用頻次的增加，不銹鋼網(wǎng)周邊熱砂、熱氣流、熱輻射、鐵豆、粉塵、雜物等的長期侵襲，會出現(xiàn)網(wǎng)孔堵塞、網(wǎng)絲氧化、斷絲破損等不銹鋼網(wǎng)功能失效情況?？锥聦?dǎo)致氣流不暢、負(fù)壓不足；破損導(dǎo)致砂箱漏砂、鑄型塌箱，嚴(yán)重影響正常澆注和產(chǎn)品質(zhì)量。以上情況消失模廠家都可能碰到，文章就消失模砂箱不銹鋼網(wǎng)功能失效進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：消失模；砂箱；過濾網(wǎng)；功能失效

Keywrds：lost foam casting，sand box，filter，failure

消失模砂箱一般為鋼板焊接而成的長方體或圓桶形，頂部敞開，底部和側(cè)邊做出夾層，形成抽氣空腔[1]。外圍的底部和側(cè)邊保證封閉并安裝有相關(guān)聯(lián)的行走步進(jìn)機(jī)構(gòu)、震實(shí)定位機(jī)構(gòu)、抽氣連接機(jī)構(gòu)、起吊翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等。內(nèi)層（也稱隔板）的底部和側(cè)邊板鉆有φ8 mm～12 mm合理分布且數(shù)量較多的出氣孔（用席型網(wǎng)時(shí)可以開出再大一些尺寸的出氣孔），出氣孔板上鋪設(shè)可全覆蓋孔洞的不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)上再用具有相對應(yīng)孔洞的壓板對齊鎖緊，保證不銹鋼網(wǎng)耐震動(dòng)、不漏砂、可透氣。不同的生產(chǎn)線其砂箱的尺寸和形狀各有差異，但大多都離不開使用不銹鋼網(wǎng)。圖1為裝了不銹鋼網(wǎng)的砂箱。本文對不銹鋼鋼網(wǎng)功能失效進(jìn)行了探討。

1　不銹鋼網(wǎng)的選擇

1.1材料的選擇

不銹鋼網(wǎng)的材料有不銹鋼201、304、304L、306、 306L等，具有耐熱、耐酸、耐腐蝕、耐磨損等性能，消失模用鋼網(wǎng)在耐熱方面著重考慮。

圖1　裝了不銹鋼網(wǎng)的砂箱

1.2普通方孔編織鋼網(wǎng)的選擇

普通方孔編織鋼網(wǎng)（見圖2），金屬絲徑總是小于孔徑，當(dāng)目數(shù)越多時(shí)，孔徑越小，金屬絲也越細(xì)，容易孔堵和破損。一般選型砂對應(yīng)目數(shù)再加大3～4個(gè)篩號的目數(shù)，或孔徑至少減少至一半。如30/40目型砂用70目或80目過濾網(wǎng)，孔徑由40目的0.38mm減為70目的0.2 mm或80目的0.18 mm，其金屬絲徑要小于φ0.2 mm.為保護(hù)較細(xì)的鋼網(wǎng)，可在外部加一層目數(shù)較少，金屬絲較粗的鋼網(wǎng)。

圖2　普通方孔編織鋼網(wǎng)

1.3席型網(wǎng)的選擇

席型網(wǎng)經(jīng)緯絲絲徑不同，目數(shù)不同，合理的搭配絲徑和目數(shù)可以達(dá)到方孔網(wǎng)無法達(dá)到的過濾密度，或者說在同樣的過濾密度下，可以有較大的絲徑。席型網(wǎng)具有雙層交叉的金屬緯絲緊緊夾住垂直的經(jīng)絲（見圖3），構(gòu)成立體受力（微觀分析），抗折彎、抗?fàn)坷芰γ黠@提高，強(qiáng)度增加，比較不容易破損。如：目數(shù)為22×120的席型網(wǎng)，金屬絲徑為φ0.315 mm×φ0.224 mm，由于強(qiáng)度好，內(nèi)層板開的出氣孔可大到φ30 mm.

圖3　具有雙層交叉的席型網(wǎng)

2　鋼網(wǎng)使用狀況及對鋼網(wǎng)的影響

2.1澆注前型砂重力、震實(shí)力和真空吸力對鋼網(wǎng)的影響

隔板出氣孔上的不銹鋼網(wǎng)，在加砂時(shí)，要承受加砂時(shí)的沖擊力、摩擦力。加砂后，要分擔(dān)承受砂箱內(nèi)型砂重力，底部承受的重力最大，側(cè)面隨著高度的上升重力變小。作用力主要表現(xiàn)為金屬絲受拉，出氣孔開口面積越大時(shí)，所受拉力越大。在造型震實(shí)時(shí)，還要承受交變的震動(dòng)力；真空時(shí)增加承受負(fù)壓吸力。整個(gè)過程中，若型砂較為干凈時(shí)，對鋼網(wǎng)的破壞不會明顯。但型砂中若存在鐵豆等硬質(zhì)雜物并正好落在鋼網(wǎng)上時(shí)，鋼網(wǎng)就可能被尖物扎入造成損壞。

2.2澆注中氣化裂解產(chǎn)物對鋼網(wǎng)的影響

澆注時(shí)泡沫模樣受熱氣化和裂解產(chǎn)生了大量的碳和少量的氫，含量雖少的修補(bǔ)膏和熱熔膠以及涂層中的有機(jī)物也會氣化，構(gòu)成了成分復(fù)雜的混合物氣體（還含粉塵顆粒物）。這些氣體在砂箱負(fù)壓狀態(tài)下，是以熱氣流通過鋼網(wǎng)，對鋼網(wǎng)構(gòu)成熏染。這些熱氣流不是均勻地從各個(gè)網(wǎng)孔流出，而是負(fù)壓值大或阻力小的位置流量大。

長期的熏染造成孔堵的可能，特別含黏性的熱熔膠氣體（不限于此）通過鋼網(wǎng)凝結(jié)于金屬絲，把顆粒物也粘在一起，造成局部鋼網(wǎng)孔堵（熱熔膠用量多時(shí)，可能性大）。圖4為二級磁選后細(xì)砂過篩時(shí)篩網(wǎng)粘了型砂，難以去除，手感有熱熔膠的黏性。

圖4　細(xì)砂過篩時(shí)被粘在網(wǎng)上

2.3翻箱落砂熱輻射、煙氣、雜物對鋼網(wǎng)的影響

鐵液澆注數(shù)小時(shí)后，鑄件得到凝固和初步冷卻，但鑄件周邊的型砂溫度卻在上升。翻箱落砂過程中，先翻出頂部的冷砂，再露出熱鑄件和流出熱砂，隨著熱砂的繼續(xù)流出，鋼網(wǎng)也暴露出來。翻箱較早或鑄件較厚大時(shí)，型砂和鑄件都是紅的，溫度可達(dá)到600℃～700℃，對暴露的鋼網(wǎng)造成極大的熱輻射。伴隨著有些雜物被烘烤或燃燒的煙氣（如未去除干凈的塑料膜等），又造成對鋼網(wǎng)的熏染。

砂箱翻轉(zhuǎn)超過90°時(shí)，原來的側(cè)壁變成現(xiàn)在的底部，砂箱繼續(xù)翻轉(zhuǎn)時(shí)，砂箱開口朝下傾斜加大，鑄件沿著砂層或直接從隔板上的鋼網(wǎng)壓板滑過，離開砂箱。在鑄件滑過壓板的瞬間，當(dāng)鑄件與鋼網(wǎng)之間有雜物（如：鐵豆、小鐵塊、鐵絲、爐渣、澆杯碎片等），鑄件的重力滑移通過雜物傳遞到鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)有可能承受不住被扎壞。

3　鋼網(wǎng)功能失效對澆注的影響

鋼網(wǎng)功能失效主要表現(xiàn)為網(wǎng)孔的堵塞和鋼網(wǎng)的破損漏砂。

3.1網(wǎng)孔堵塞對澆注質(zhì)量的影響

消失模砂箱不銹鋼網(wǎng)的堵塞，是隨著生產(chǎn)時(shí)間的累積，漸漸發(fā)生的，小程度的堵塞不會影響到澆注，也不會造成鑄件質(zhì)量問題。但堵塞程度超過一半以上或三分之二以上時(shí)（堵塞嚴(yán)重），初始負(fù)壓值雖可以達(dá)到要求（鋼網(wǎng)外），但澆注后大量氣化物產(chǎn)生時(shí)，抽氣不暢，負(fù)壓值會急激下降（鋼網(wǎng)內(nèi)），下水速度減慢，甚至出現(xiàn)反噴和漲箱等情況（有壓無流）。澆注的鑄件則出現(xiàn)粘砂或鐵包砂、渣氣孔、碳渣等缺陷[3]。在所用砂箱中，總是先有部分的砂箱鋼網(wǎng)堵塞較嚴(yán)重，影響了產(chǎn)品合格率，而又不易挑出。

3.2鋼網(wǎng)破損對澆注質(zhì)量的影響

鋼網(wǎng)一旦破損，就會造成漏砂，在負(fù)壓狀態(tài)下，型砂從破損的網(wǎng)洞不斷地被吸出，影響型砂緊實(shí)度。澆注時(shí)，一方面，鐵水沖破無型砂支撐的涂料，滲透到型砂中，造成鐵包砂；另一方面，在涂料破損的瞬間，型砂被倒吸入鑄件，造成砂眼。圖5是砂箱底網(wǎng)破損時(shí)一殼體鑄件橫澆道處“長角”鐵包砂。圖6是砂箱側(cè)網(wǎng)破損時(shí)一殼體鑄件法蘭處“長瘤”鐵包砂。鋼網(wǎng)漏砂造成的鐵包砂往往無法清除，只能報(bào)廢。而且對鋼網(wǎng)的破損如未發(fā)現(xiàn)并及時(shí)修復(fù)，下次澆注還會重復(fù)出現(xiàn)，甚至更嚴(yán)重。

圖5　砂箱底網(wǎng)破損時(shí)一殼體鑄件橫澆道處“長角”鐵包砂

圖6　砂箱側(cè)網(wǎng)破損時(shí)一殼體鑄件法蘭處“長瘤”鐵包砂

3.3鋼網(wǎng)漏砂造成澆注漏水，釀成事故

當(dāng)砂箱鋼網(wǎng)的破損網(wǎng)洞擴(kuò)大和鑄件與鋼網(wǎng)的吃砂量較小時(shí)，這段的型砂基本被抽松（或快空了），鐵水到達(dá)該處時(shí)，在強(qiáng)力負(fù)壓下，直接沖過鋼網(wǎng)，進(jìn)入抽氣室空腔。由于鐵水的高溫，迅速熔化隔板，又形成更大股鐵流，繼續(xù)燒毀砂箱、真空控制閥和真空總管道，釀成事故，澆注被迫停止。這破損的網(wǎng)洞就是大堤的蟻穴，不可小視。圖7是鐵水進(jìn)入到真空控制閥管道的圖片。

圖7　鐵水進(jìn)入真空控制閥管道

4　鋼網(wǎng)堵塞的檢查

4.1從澆注的負(fù)壓降進(jìn)行檢查

在新砂箱或新鋼網(wǎng)使用時(shí)，選定一長期生產(chǎn)的產(chǎn)品，觀察澆注時(shí)的負(fù)壓值下降情況，做好記錄。或?qū)ω?fù)壓表的動(dòng)態(tài)進(jìn)行錄像，以留備用。當(dāng)有多余砂箱時(shí)，留兩個(gè)或多個(gè)不用，箱口用塑料布蓋好防塵，留著對比用。

在平常澆注過程中，注意觀察壓降情況，特別在鋼網(wǎng)使用半年以上或澆注出現(xiàn)反噴時(shí)，更要觀察是否出現(xiàn)負(fù)壓值急劇下降，并對比原來的記錄分析。必要時(shí)，動(dòng)用留用的新網(wǎng)砂箱澆注，可更直觀對比。

4.2肉眼觀察檢查

拆下鋼網(wǎng)，吹去粉塵，可明顯看出，壓板壓住的鋼網(wǎng)，無氣化物通過，所以潔凈如初；而出氣孔對應(yīng)的鋼網(wǎng)，顏色為深褐或帶有銹色。對著光線觀察，對比兩者的透光度，可大概得出堵塞情況。

4.3過水試驗(yàn)檢查

用4＇或6＇的皮管，接至水龍頭，將鋼網(wǎng)垂直提起，皮管口（切平）對著并貼緊要檢查的鋼網(wǎng)面。對潔凈如初的鋼網(wǎng)，水柱會順利通過鋼網(wǎng)繼續(xù)往前射出，而對有堵塞的鋼網(wǎng)，射出的水柱無力，而對完全堵塞的鋼網(wǎng)，則水無法射出，而是從皮管口與鋼網(wǎng)的內(nèi)側(cè)射出。

用過水試驗(yàn)檢查鋼網(wǎng)堵塞程度，方法簡便，直觀準(zhǔn)確。

5　鋼網(wǎng)破損的檢查

5.1肉眼觀察檢查

鋼網(wǎng)的破損，防不勝防，這次檢查完好無缺，說不定下一次澆注循環(huán)后，就出現(xiàn)一個(gè)破洞了。所以，每個(gè)砂箱在加底砂前，必須對鋼網(wǎng)進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)鋼網(wǎng)破損或壓板松動(dòng)時(shí)，就要做出標(biāo)識，不加底砂，進(jìn)行修復(fù)后才可使用。

5.2亡羊補(bǔ)牢法

當(dāng)砂箱尺寸較大，檢查工位光線不足，檢查人又不便跳入砂箱內(nèi)進(jìn)行檢查時(shí)（安全考慮），從箱口往下檢查，存在檢查死角，難免出現(xiàn)漏網(wǎng)之魚。就會出現(xiàn)由于鋼網(wǎng)的破損產(chǎn)生如圖5、圖6的鑄件鐵包砂情況，如何亡羊補(bǔ)牢呢？

要利用已經(jīng)發(fā)生問題的信息進(jìn)行排查，防止連續(xù)再發(fā)生。方法是：（1）對砂箱進(jìn)行編號，按01、02、03、…；（2）對鑄件進(jìn)行編號，如5C0026，5表示15年，C表示3月份，0026表示鑄件流水號；（3）在澆注的記錄表上，有澆注日期、班次、鑄件號、砂箱號、負(fù)壓值、澆注溫度、異常情況、澆注人員等信息；（4）澆注后，記錄表交車間統(tǒng)計(jì)員，統(tǒng)計(jì)員將澆注日期、班次、鑄件號、砂箱號錄入電腦，其余信息量大可不必錄入；（5）鑄件開箱后，發(fā)現(xiàn)有圖5、圖6的情況，就是鑄件對應(yīng)的砂箱鋼網(wǎng)有破損，記下鑄件號；（6）輸入鑄件號，電腦自動(dòng)查找記錄表鑄件號，對應(yīng)的砂箱號等主要信息就都出來了；（7）工段根據(jù)提供的砂箱號，針對該砂箱鋼網(wǎng)進(jìn)行認(rèn)真檢查和修復(fù)，達(dá)到亡羊補(bǔ)牢的效果；（8）根據(jù)澆注日期、班次和砂箱號（有序排列），就可以很快地在澆注的記錄表上找到鑄件號，即找到了本件其它記錄的全部信息。

5.3安裝流砂傳感器

在負(fù)壓總管內(nèi)安裝流砂傳感器。正常情況下，負(fù)壓總管內(nèi)只有氣體流，當(dāng)砂箱漏砂時(shí)，氣體混合著型砂，質(zhì)量變大，撞擊傳感器發(fā)出信號；或設(shè)置一小容器裝接了部分流砂，靠重力傳感報(bào)警，就可以對相關(guān)砂箱進(jìn)行檢查，而不需等澆注出鑄件才知道。設(shè)備廠家可根據(jù)這一設(shè)想進(jìn)行設(shè)計(jì)，使鋼網(wǎng)漏砂得到預(yù)警和控制。

6　預(yù)防和控制

6.1做好對砂箱的建檔管理

由于砂箱鋼網(wǎng)具有嚴(yán)重功能失效狀況，而且每個(gè)砂箱狀況不盡相同。流水線上，除開箱后幾個(gè)工位不裝砂外，其余時(shí)間都填滿型砂，不方便檢查。并且單從外觀難看出或難評價(jià)該砂箱的優(yōu)良或以前使用情況，只有對每個(gè)砂箱建立檔案，記錄下制作日期、換鋼網(wǎng)日期、維修日期、澆注反噴頻率、產(chǎn)生廢品分布等，才能對砂箱更具體的了解，才能分析出哪個(gè)砂箱是帶病作業(yè)，需要維護(hù)。鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量，影響因素較多，只有對相關(guān)因素，盡量做全面的收集，才能準(zhǔn)確判斷。

6.2及時(shí)對功能失效鋼網(wǎng)更換

對鋼網(wǎng)孔堵嚴(yán)重或經(jīng)常破損的砂箱，應(yīng)該吊離流水線，進(jìn)行鋼網(wǎng)更換。平常要有預(yù)備數(shù)個(gè)周轉(zhuǎn)的砂箱，以不至于影響生產(chǎn)。一種換法是整片換新，這與新安裝沒有多少區(qū)別。另一種方法是挪移鋼網(wǎng)一個(gè)出氣孔位置，一般出氣孔都是整齊排列，使壓板壓住的潔凈如初的鋼網(wǎng)移到出氣孔位置，與換新的效果差不多，可降低生產(chǎn)成本。對挪移法，要注意對舊鋼網(wǎng)的檢查，還要注意緊固壓板螺栓孔舊鋼網(wǎng)孔的遮擋處理。

6.3保持型砂的清潔，延長鋼網(wǎng)的使用

鋼網(wǎng)接觸的介質(zhì)，一是型砂，二是氣化物，保持型砂的清潔，對延長鋼網(wǎng)的使用至關(guān)重要。（1）澆注后，對澆注的跑鐵要預(yù)先清除，對封箱的覆膜要清理干凈，避免在開箱時(shí)塑料膜燃燒結(jié)塊；（2）要進(jìn)行一級磁選和二級磁選，消除鐵塊、鐵豆進(jìn)入型砂；（3）對大于型砂粒度的雜物過篩清除；（4）對碎化的細(xì)粒度型砂進(jìn)行篩分；（5）結(jié)合型砂冷卻沸騰床進(jìn)行除塵；（6）減少熱熔膠、修補(bǔ)膏的使用；（7）減少鐵釘、鐵絲的使用；（8）絕對不準(zhǔn)將鑄件夾出工序產(chǎn)生的鐵塊、拉筋、鑄件帶出的型砂、剝落的涂料、澆口杯纖維碎片、粉末等已統(tǒng)一收集的垃圾物倒入空砂箱（見圖8），而試圖讓砂處理線進(jìn)行磁選等處理（圖撿鐵方便），而對砂箱鋼網(wǎng)造成極大的污染和傷害。

圖8　鐵塊、纖維碎片、粉末等垃圾物

7　結(jié)語

1）消失模砂箱不繡鋼網(wǎng)功能失效主要表現(xiàn)為網(wǎng)孔的堵塞和鋼網(wǎng)的破損?？锥聦?dǎo)致氣流不暢、負(fù)壓不足、澆注減慢，出現(xiàn)反噴和漲箱等情況，鑄件則出鐵包砂、渣氣孔、碳渣等缺陷。鋼網(wǎng)破損導(dǎo)致砂箱漏砂、鑄型塌箱、澆注跑水、損害設(shè)備，嚴(yán)重影響正常澆注和產(chǎn)品質(zhì)量。

2）要充分了解不銹鋼網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔網(wǎng)絲的關(guān)系，席型網(wǎng)的特點(diǎn)，了解鋼網(wǎng)的使用環(huán)境和所受的影響。掌握鋼網(wǎng)功能失效的原因，分析判斷鋼網(wǎng)功能失效的程度，加強(qiáng)對砂箱和型砂的管理。用現(xiàn)場觀察和長期記錄做好對砂箱鋼網(wǎng)功能失效的預(yù)防和控制，把鋼網(wǎng)失效造成對生產(chǎn)質(zhì)量的影響降低至最低。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 黃乃瑜，葉升平，樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.4．

［2］ 黃剛，葉升平.消失模砂箱及浸涂設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［G］//2012中國第十二屆消失模V法實(shí)型鑄造技術(shù)年會論文集.武漢：中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會消失模與V法鑄造委員會，48-55.

［3］ 張少偉，袁東洲，連煒.消失模鑄造常見缺陷分析及控制［G］//2014中國第二十屆消失模V法實(shí)型鑄造技術(shù)年會論文集.石家莊：中國鑄造協(xié)會消失模V法實(shí)型鑄造分會，101-109．

中圖分類號：TG231.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-6694（2016）01-0014-04

doi：10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.01.005

收稿日期：2015-10-29

作者簡介：郭躍廣（1958-），男，福建龍巖人，高級工程師，學(xué)士，研究方向：消失模鑄造工藝設(shè)計(jì)及實(shí)踐。

Failure Disscussion of Stainless Steel Mesh in Lost Foam Casting Flask

GUO Yue-guang
（Longgong Casting and Forging CO.，LTD.，Longyan Fujian 364000，China）

Abstract：The faiure of stainless steel mesh in lost foam casting flask，such as mesh blocking，mesh wire oxidation and break，was caused by long time corrosion of hot sand，hot air，hot radiation，cold shot，dust and so on around the stainless steel mesh with the increasing using times of flask.Mesh blocking leads to impassable air flow and insufficient negative pressure.Broken wire leads to sand leakage，sand crushing，then the product quality.This paper disscusses the failure existed in any lost foam casting factory.