來源：《鑄造設備與工藝》雜志
作者：袁東洲
[摘? 要]以消失模鑄造澆注系統用材演變過程為題，通過對比闡述鑄造用紙質澆道管新材料的優越性。紙質澆道管是鑄造行業的一項改善鑄件質量，提高金屬液利用率，減少環境污染的工藝措施。所具有重量輕，承插連接不漏砂，使用靈活方便；常溫下不易損壞，澆注后易剝離、好清除，固體廢棄物少；對鑄件沒有滲碳問題等優點。紙質澆道在消失模鑄造上的利用綠色環保，作為提高鑄件質量的輔助材料，具有一定的推廣價值。
[主題詞] 消失模鑄造?? 紙質澆道管
消失模鑄造自20世紀90年代初在我國進入工業化應用，現已成為鑄造工業的重要組成部分。最能體現消失模鑄造技術優越性的當屬箱（殼）體類鑄件（變速箱箱體、差速器殼體、轉向器殼體、空壓機箱體、電機殼及消防栓殼體等）。箱（殼）體的傳統鑄造方法是粘土砂表干型或者樹脂砂三開箱工藝。該鑄造工藝對工人的技術水平要求高，下芯、合箱操作稍有不慎不僅易造成飛邊、毛刺和夾砂，清理時的工作量大；而且澆注時候容易出現跑火現象，鑄件個別部位易出現冷隔。采用樹脂砂鑄造，因使用樹脂粘結劑，這種化學粘結劑一直存在環保問題，樹脂粘結劑在生產過程產生的各種復雜刺激性氣體和有機化合物往往具有聯合毒害作用，對于生產現場操作工人健康也有危害，長期在這種環境下工作的勞動者除了砂型鑄造車間的粉塵影響外，還可能產生心血管系統和神經系統疾病[1]。何況樹脂砂用量大，生產工藝較為復雜，舊砂重復利用設備投資很大，且生產成本居高不下。因而鑄造箱（殼）體的企業棄傳統砂鑄而選擇消失模鑄造不失為明智之舉。
1、研發鑄造用紙質澆道的意義
參加鑄造博覽會，看到國外展商的鑄造用紙質澆道深受啟發。國內多家鑄造材料公司決策高層抱著“國外有的，我們也應該有”、“開發新產品，為國爭光”決心都躍躍欲試著手研制。寶雞華光鑄造材料科技有限公司技術研發中心和西安交通大學等單位專家教授經過近4年的反復試制、改進、實踐，制造出完全符合技術要求的鑄造用紙質澆道管及管件系列產品，該產品已在全國多家鑄造企業成功應用，特別是在消失模鑄造車間驗證得到了一致贊譽，如圖1所示。
2、消失模鑄造澆注系統用材的變遷
消失模澆注系統的設計和傳統砂型鑄造工藝一樣，首先要確定內澆道（最小截面尺寸），再按比例確定橫澆道和直澆道的尺寸大小。傳統砂鑄是取出木模后鑄型成為空腔。由于消失模鑄造鑄型內泡塑模樣不用取出，這才有了“實型”一說。相對而言，在設計消失模澆注系統時和傳統砂鑄還是有差異的，快速澆注是EPC工藝的最大特點，除此要求充型平穩，以保證整個充型過程順利有序，才會獲得完整鑄件。設計消失模澆注系統必須考慮充型速度與模樣的熱解速度以及熱解產物排除鑄型的速度一致，只有這樣才能避免充型時通常易出現的鑄型坍塌，嗆火（反噴）和鑄件內部產生夾渣、氣孔、皺皮等缺陷[2]。
消失模鑄造應用于生產初期澆注系統材料是直接用泡沫板切割制作，都是實心的；后來澆注系統做成空心開始只是直澆道，這樣可以減少直澆道的發氣量，能有效防止澆注初始金屬液反噴，保證金屬液從上而下迅速而平穩地進入鑄型。在國內還沒有研制出紙質空心澆道之前，消失模空心澆道分為兩種，工廠用泡沫制作的空心澆道和耐火材料（陶、瓷）空心澆道。陶瓷空心澆道因價格及供貨等方面原因，國內消失模鑄造企業只在生產重要鑄件和技術要求很高的鑄件使用耐火材料空心澆道。據我們所知國外消失模鑄造廠家使用相當普遍。
消失模鑄造澆注系統用泡沫實芯制作，澆注時常常出現“反噴”現象，澆注工也因安全而中斷正常澆注，導致鑄件冷隔，澆不足。澆注結束開箱落砂后，發現澆口杯與直澆道連接處（長約30～60mm）以及直澆道與橫澆道連接處時常有薄厚不同的粘砂（俗稱粗脖子）現象（如圖2所示）。
鑄件送到機加車間出現相當多砂眼、夾渣缺陷，機加工面清晰可見的白點也有黑點缺陷。諸多消失模車間因報廢特別嚴重時，公司決策層就產生讓消失模車間停產想法。針對這個問題，他們請教從事消失模鑄造的專家教授的現場指導，會有所改善，但是仍然偶而會出現砂眼、夾渣，這個問題要想根絕還是有一定難度。究其原因：澆口杯與直澆道連接處處于砂箱上端，澆注開始后負壓值變低，對接處本身周圍的型砂緊實度較低；加上此處受涂料層的影響，消失模鑄造涂料一味強調透氣性，在生產實踐中我們認為澆口杯與直澆道用涂料，此處是系高溫集聚區，如果透氣性高，高溫金屬液更容易滲出，多則就易形成鐵包砂的“粗脖子”。此處所用涂料應要求高強度、耐沖刷。在上述綜合因素的影響下，同樣也易使涂層破損導致型砂被吸入型腔，造成鑄件產生沙眼、夾渣等缺陷。消失模鑄造車間在這種情況下，就會考慮使用陶瓷空心澆注管。
陶瓷空心直澆道管的內徑是泡沫直澆道的外徑（泡沫外徑可略大0.5～1mm），將管的一端套入泡沫直澆道（套入段刮去涂料），在接頭臺階處刷涂料后用電吹風烘干再用石棉布（或玻璃絲布）將接口處包扎，然后刷1～2遍涂料，并可整體烘干，使該處涂料強度得以保障，而后在填砂震實刮平（陶瓷空心管高出砂平面20～30mm），陶瓷空心管露出端在砂箱覆蓋塑料膜后，周邊放一圈封箱泥條然后上面放澆口杯稍用力壓實在，在接縫處用壓扁封箱泥進行粘連即可（如圖3所示）。
陶瓷澆道管尺寸精確，與泡沫橫澆道或內澆道粘結，安裝方便，硬度高、耐高溫、抗沖刷能力強，減少了澆注時“反噴”發生率，杜絕掉砂，明顯消除鑄件黑點及夾渣缺陷，廢品率降低，生產效益提高，受到消失模鑄造車間的認可。
但是，陶瓷澆道管及管件也有美中不足之處，抗拉強度較低，塑性和韌性較差。最大弱點是抗沖擊強度低，不耐磕碰，容易破損，屬于易碎物品。此外，在使用中鑄造車間普遍反映，陶瓷澆道管容易與鐵液發生粘結，這樣就導致了無法重復使用。幾乎是一個鑄型用一個澆口杯和直澆道，日積月累的消耗無法避免，長期使用增加鑄造車間的成本。就我們所知陶瓷管以后還會有相當大的使用空間，這種產品的價位鑄造車間為了降低廢品率一般還能接受。國產紙質澆道管試制成功面世后，研制公司的技術研發中心派工程師到消失模鑄造車間現場指導安裝使用（如圖4所示），
這是他們正在給大型裝載機箱體鑄型上安裝紙質澆道管。我們詢問了解車間管理人員和操作工他們普遍反映，紙質澆道管和管件重量輕、易搬動、切割方便、好安裝。用紙質澆道管及管件，比用陶瓷管時工序簡化，不用套在泡沫澆道上；同時解決了陶瓷管因重量在移動時容易松動、移位甚至與泡沫連接處易折斷問題。紙質澆道可以制作橫澆道以及其它管件，與陶瓷管相比就是一大進步。后道清理工序因為不再出現像陶瓷管與鐵液粘連問題，工作量要減輕很大。鑄造車間的工程師認為：紙質澆道管及管件不會對熔煉的金屬液材質帶來任何影響，這是讓他們贊許這樣紙質澆道新材料基礎。
3、消失模鑄造應用紙質澆道管的優勢
鑄造用紙質澆道選用的原輔材料有紙漿纖維、耐高溫材料和粘接材料、增強劑、防潮劑等，在特定的壓力下，通過設計的專用模具成型，經干燥、整形等工序制作成各種規格空心管狀制品。在鑄型澆注前安裝澆道，可根椐鑄件澆注系統設計的鐵水流量、流向需要進行選擇澆道管直徑、變徑、轉彎、三通、四通，澆道所用管及管件全部采用插接的方法，長度易切割方便靈活（如圖5所示），澆注系統承接部位連接牢固。
紙質澆道管通過在消失模鑄造上的應用顯示出非常好優勢/優點：重量輕（紙質澆道管是同型號陶瓷管重量的1/10），強度高，易切割，澆道所用管及管件全部采用承插連接，安裝方便易與泡沫澆道連接；降低澆注系統金屬殘留量，減少金屬液流入鑄型時產生紊亂的幾率；高溫強度好，杜絕掉砂，預防產生夾渣缺陷；耐火度高，抗沖刷能力強，特別是不對金屬液產生任何影響，保持了金屬液原有的材質性能，對鑄件沒有滲碳的問題；消除鑄件黑點，減少和避免積碳、皺皮缺陷的形成；降低消失模澆道澆注時因氣化反應劇烈造成（反噴）的發生率；有效減少金屬液熱損失，防止在澆注過程中過早結殼現象發生；澆注后堅硬固體廢棄物少，高溫后易碎、易剝離、減輕清理鑄件的勞動量；解決了使用傳統陶瓷澆道管諸多缺點，既節能又綠色環保，是陶瓷澆道管的理想代替品。
4、結語與展望
現代裝備制造工業的發展，將促使鑄造用新技術與新材料的發展。裝備制造工業對鑄件技術要求也越來越高，并向著輕量化、薄壁、復雜、大型整體的方向發展。尤其較為復雜的大型整體薄壁鑄件，采用優良的澆道產品可以保證鑄件表面和內部質量及鑄件尺寸精確等技術達標的關鍵。研制鑄造用紙質澆道管及管件系列產品順應裝備制造工業發展大趨勢，在鑄造行業應用優勢非常顯著。紙質澆道管，鑄造行業的專家學者對其前景特別看好；存在的“擋渣、蔽渣”功能等問題，仍需要進一步改善，促使這樣新產品更加完美和成熟。在消失模鑄造上的應用推廣，為在其它鑄造方法上的實用起到示范效應；生產實踐過程會為研制單位提供更多的提升思路，在不斷總結和研制新產品基礎上，讓這一新材料在鑄造行業更具有推廣價值。
參? 考? 文? 獻
[1]張建中 陳發明 葉青 彭言群“呋喃樹脂砂鑄造工藝職業危害特征流行病學研究”[J].2012,39(1):45-50
[2]黃乃瑜 葉升平 樊自田《消失模鑄造原理及質量控制》[M].武漢: 華中科技大學出版社[2004.2] 第五章 5.5.3:175-176
