來源：《鑄造》雜志
作者：袁東洲1，張新平1，牟行輝2，辛建寧1
(1.寶雞華光鑄造材料科技有限公司，陜西鳳翔 721400；2. 陜西秦川機床工具集團股份公司，陜西寶雞721000）
摘要：大型機床床身采用樹脂砂實型鑄造工藝表現出其獨特的優勢，尤其澆注系統采用了紙質澆道管，生產全過程簡化，鑄件夾渣、夾砂等缺陷明顯減少，為鑄造企業帶來了顯著的經濟效益。
關鍵詞：紙質澆道管；樹脂砂實型鑄造；機床鑄件
(1.寶雞華光鑄造材料科技有限公司，陜西鳳翔 721400；2. 陜西秦川機床工具集團股份公司，陜西寶雞721000）
摘要：大型機床床身采用樹脂砂實型鑄造工藝表現出其獨特的優勢，尤其澆注系統采用了紙質澆道管，生產全過程簡化，鑄件夾渣、夾砂等缺陷明顯減少，為鑄造企業帶來了顯著的經濟效益。
關鍵詞：紙質澆道管；樹脂砂實型鑄造；機床鑄件
Paper Spree Dude in the Resin Sand Mold Casting Machine Broadcasting Application
YUAN Dong-zhou1，ZHANG Xin-ping1, MAO Xing-hui2, XIN Jian-ning1
(1.Baoji Huaguang Foundry Mstar Technology Ltd., Fengxiang 721400, Shanxi, China; 2. Manchurian Machine Tool Group Co., Baoji 721000, Shanxi, China)
Abstract: the large machine tool lathe bed using resin sand compaction mold casting process highlights its unique advantages, especially aperture runner gating system was adopted, the production process simplified, the casting defects such as slag inclusion, sand inclusion decreased significantly, for the foe the foundry enterprises has drought remarkable economic Deneb.
Keywords: paper spree dude；resin sand mold casting；machine tool castings
樹脂砂實型鑄造工藝有其獨特優勢，沒有起模斜度，不存在模型分模面，對于生產單件或小批量的機床床身、底座等鑄件不僅能夠省去昂貴的制作木質模型的費用，而且具有表面質量好，尺寸精度高，加工余量小的優點；還能夠節省制芯、烘干工序；省去了造型過程的吊芯和卡芯等繁瑣的工序，操作愈加方便；特別是縮短了生產周期，顯著提高生產成效的優勢，所以受到機床鑄造業的青睞。
1? 機床類鑄件的特點及問題
大型機床床身、立柱、底座及箱體鑄件材質通常為HT200～HT350，一般都具有較為復雜的內腔結構，壁厚通常在12～30 mm。傳統的砂型鑄造工藝（如樹脂砂造型）需要由較多的芯子來形成鑄件內腔，存在一些缺點：①由于這類鑄件的批量不是太大，不同型號規格的需要不同木模，較多的芯子則需要較多的芯殼模具，這樣就增加了模具的成本及制造周期，同樣也增加了模具的管理難度；②由于靠多個芯子組合形成內腔，增加了鑄件尺寸精度控制難度；③型芯之間的縫隙會進入鐵液，形成飛邊、毛翅，鑄件的修磨清理工作量和難度加大。
為了克服上述傳統砂型鑄造生產的缺點，樹脂砂泡沫實型鑄造工藝在大型機床鑄件生產上得到廣泛應用，但泡沫實型鑄造也具有一些不利特性，其中最為典型的三種：①鑄件成形需要靠高溫的鐵液熱解實型材料（如EPS等），需要消耗大量的熱，因此需要較高的澆注溫度；②熱解實型材料會產生大量的氣體及殘留物，在鑄件上形成氣孔、夾渣缺陷的風險較大；③澆注過程散發大量的含苯、甲苯有害氣體及黑煙，需解決環保治理問題。如果澆注系統也是用EPS等實型材料制成，由于鐵液最先通過澆注系統，則危害更大。采用陶瓷管材料做澆注系統能有效克服上述缺點，但陶瓷管澆注系統也存在不足：①陶瓷管較硬、脆，難切割，同時也較重，稍微復雜的澆注系統則組裝困難；②陶瓷管由礦物材料燒結而成，澆注過程受高溫鐵液的侵蝕沖刷，有脫落進入型腔形成夾雜缺陷的風險；③鑄件落砂后的陶瓷管碎片會混入型砂回收再生系統，增加了型砂的回收再生難度及成本。
采用紙質材質代替陶瓷材料制作鑄造用澆注系統有很多優點，是一個發展趨勢。首先紙質的材料比較輕薄，易裁切，可組裝較為復雜的澆注系統；其次，紙質的澆注系統經高溫鐵液燃燒碳化，殘留少，形成夾雜夾渣的風險極小；同時也不存在像陶瓷澆道管殘留物混入舊砂中造成難以清理及再生回用的問題。
2? 紙質澆道管在樹脂砂實型鑄造中的應用
2.1? 樹脂砂實型鑄造機床鑄件工藝流程
本文采用紙質澆道管樹脂砂實型鑄造機床鑄件的泡塑模樣見圖1，其輪廓尺寸1 846 mm×937 mm×68/35 mm 。
樹脂砂實型鑄造工藝流程如圖2所示。
2.2? 紙質澆道管的使用
樹脂砂實型鑄造的澆注系統和傳統砂型鑄造的一樣，是由澆口杯（澆口盆）、直澆道、橫澆道、內澆道四部分組成，其作用也是將高溫鐵液快速且平穩地引入鑄型。大中型機床鑄件多采用階梯注或中注，盡可能使鐵液流不紊亂，充型平穩、快速。中大型機床鑄件直澆道的數量可以設置兩個或兩個以上，有的大型特大型鑄件甚至需放置4～6多個直澆道。直澆道上須放置澆口盆，起到儲存一定鐵液，澆注時不至于斷流，鐵液也能在正常壓力下流入鑄型，可有效防止澆注時從直澆道反噴、嗆火現象。
直澆道采用紙質澆道管，兩個或多個直澆道可使用同一個較大澆口盆。使用時應注意：紙質澆道管需要砂型為其提供支撐力，型砂的緊實度要合適，但也不能過度緊實損壞澆道管。鑄造的充型過程是高溫金屬液澆注型腔，澆注管道既要承受金屬液的重力沖刷，還得承受高溫金屬液給澆道管壁的張力；澆注系統處于高溫集聚區，所有進入型腔的金屬液都得從此經過。尤其是在大噸位鑄件上使用必須要求“紙質澆道管”的外壁有一定的支撐力，這樣才能保證在整個充型過程不被破壞(見圖3)。
紙質澆道管的直澆道和橫澆道管能連接為整體，口徑大小、長度由鑄件的澆注系統工藝而定。紙質澆道管連接方式為承插接口，非常方便，澆道管的長短隨意用手鋸切割即可。紙質澆道管及管件組裝簡捷、靈活[1]。
2.3? 連結（裝配）方法
（1）承插（嵌入式）。將空心管下端插入承插口內，最好在插入前給外壁涂上少許粘結劑，使二者的連接更好成為一體[1]。
（2）套入（止口式）。澆口杯底部、紙質澆道空心管其內徑套入泡塑白模圓外徑（可大0.5mm，泡塑白模可收縮），將空心管一端套入泡塑白模圓徑一端（套入段不能涂刷涂料）。
（3）粘接（截面膠粘）。在鑄件澆注之前安裝紙質澆道管時，為了防止扭曲最后放在玻璃板上操作，根據鑄件+澆注系統所用鐵液總量，包括流向、流量選擇澆道管直徑、變徑、轉彎、三通、四通及所用管和管件全部采用承插連接，保證紙質澆道管連接后牢固。這樣就可有效防止造型時因操作不慎而導致產生夾砂缺陷。若紙質澆道空心管直澆道二段均為平面，但二端管外壁、內壁間的環面和直澆道截面必須用粘結膠粘牢，包扎玻璃絲布或者膠帶紙纏繞緊固，即可（如圖4所示）。
④ 粘結加耐火泥條。澆口杯與空心管不組成整體，將直澆道漏出砂箱頂面3～5 mm，給空心管內緊緊塞如泡沫塊，以防雜物。合箱時周圍放一圈耐火泥條，上面放澆口杯并在接縫處用耐火泥條合接（如封箱泥條），也可將澆口杯底面和直澆道空心管頂面用粘結劑粘牢，外圈刷上耐火泥漿密封。
⑤ 其它粘結。可根據澆口杯和直澆道的大小形狀，空心直澆道，按上述方法變通應用即可。圖5為已與泡塑白模粘結好后的澆注系統，等待進入下道工序施涂耐火涂料并烘干。
3? 使用紙質澆道管的優點及效果
3.1 ?紙質澆道管的優點
通過在消失模和實型鑄造上的應用，紙質澆道管不像陶瓷管在金屬液澆注初始會產生吸熱反應或泡塑澆道氣化降溫。紙質澆道管因其保溫性能好，減少了金屬液向管壁的傳熱，這樣保持金屬液不降溫就等于提高了金屬液進入鑄型的溫度，金屬液溫度相對地穩定，促使金屬液充型快速、平穩[2]。金屬液就有了充分時間補縮，有利于均衡化凝固。
紙質澆道管的優點如下：
（1）重量輕，韌性好，易切割，安裝方便，易與泡塑澆道連接。
（2）高溫強度好，耐火度高，抗沖刷能力強，紙質澆道管采用承插連接，加之配合使用過濾網，使金屬液澆注進入澆道后的渣和雜質經過過濾，有效預防和杜絕產生夾渣缺陷。
（3）不與金屬液發生任何作用，保持了金屬液原有的性能，對鑄件沒有滲碳問題。使用紙質澆道管，澆口杯與直澆道的過熱區、直澆道與橫澆道連接處，沒有泡沫或涂料層，不會引發沖砂、夾砂而出現砂子進入鑄件形成的白斑（點）缺陷。紙質澆道管的耐火度高，減少和避免積碳、皺皮缺陷的形成。
（4）與泡塑澆道相比，采用紙質空心澆道管，澆注初始沒有泡塑材料燃燒，降低澆注時因泡塑材料熱解、氣化反應劇烈造成（反噴）的發生率，有效減少澆道金屬液熱損失，防止在澆注過程中因反噴引發澆注時忽大忽小、斷流等問題的發生[2]。
（5）使用紙質澆道澆注后堅硬固體廢棄物很少，高溫后易剝離。
3.2? 使用效果
據某鑄造企業使用的情況，用紙質澆道管替代陶瓷管澆道，同樣的一個模樣，減少切割、捆綁時間，可以節約2/3的時間；由于紙質澆道管本身重量很輕，操作工的勞動強度大大減輕，原先需要2～3人才能完成的澆道拼接組裝任務，現在是正常情況下1個人就可以完成，而且效果、效率均優于原來使用陶瓷澆道管[3]。紙質澆道管易切割，不像陶瓷澆道管還需要專用切割機。原先使用陶瓷澆道管切割時噪音大、粉塵大、勞動量大。相同規格的紙質澆道管是陶瓷澆道管質量的1/10左右，質地輕巧，搬運和使用省力，原先是男工的活現在女工就能勝任，勞動強度大大降低。使用紙質澆道管后，用手鋸根據使用長短的要求即可隨意切割，而且粉塵少，幾乎沒有噪音。生產車間環境得到很大的改善。
從生產現場可以看出，使用后由于承插連接，接口嚴密，杜絕在造型時型砂進入鑄型的風險，因而夾砂缺陷的減少，鑄造車間廢品率顯著降低，經濟效益明顯提高。
4? 結束語
紙質澆道管的原材料是用廢紙和特殊材料制成，免燒、重量輕、可降解，實現了資源再利用，減少環境污染，得到國家環保政策的支持。紙質澆道管有直管、彎管、等徑三通、變徑三通、變徑直通等多種規格。澆口杯下端均可定制配合緊密無縫接口，采用止口形式；一般常用澆道管均以圓形為主[3]。
目前紙質澆道管價格較高，導致使用者猶豫不決，在鑄造企業使用推廣受到影響，因此提高質量和降低成本是紙質澆道管制造生產企業面臨的新課題。相信隨著工業化、自動化等技術的不斷進步，紙質澆道管在鑄造行業大范圍的推廣使用將成為現實。
紙質澆道管與用塑料泡沫板材做的（實心）直澆道、橫澆道及曾經廣泛使用的陶瓷澆道管相比，采用紙質澆道管具有很多優點，使得樹脂砂實型鑄造大型機床床身等鑄件澆注系統化繁為簡，生產全過程簡化及鑄造缺陷明顯減少，較短生產周期鑄造出優質鑄件，為企業帶來顯著的經濟效益。
參考文獻：
[1]張新平.鑄造用紙質澆道管及其制造方法；中國，201507230033.33[P].2015-10-29.
[2]袁東洲.紙質澆道及其在消失模鑄造上應用之優點[J].鑄造技術，2017（9）：2295-2297.
[3]馬斌悍，惠國棟，許 翔，等.紙質澆道管在鑄造工藝中應用[J].鑄造技術，2017（4）：957-959.
?（編輯：張允華，zyh@foundryworld.com）
收稿日期：2017-11-07收到初稿，2017-12-09收到修訂稿。
作者簡介：袁東洲（1947-），男，大學文化，工程師，主要從事鑄造工藝方面的研究和應用工作。電話029—33234346，E-mail:ydzh470119@126.com
通訊作者：辛建寧，男，大專。電話0917-7216418（辦），E-mail：444180927@qq.com
