铸钢件壳型铸造工艺优化改进

壳型铸造是利用覆膜砂作为原材料，将模具加热到一定温度，通过射砂、保温使覆膜砂固化、成型，形成一定厚度的壳型，将上下壳型使用黏结剂粘结在一起，形成完整的型腔用于浇注成型铸件。壳型铸造具有设备投资少、生产效率高、周期短、制造成本低，生产现场粉尘少、噪音小、对环境污染小，生产的铸件表面光洁度高、尺寸、工艺性能稳定等特点，现已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械等行业。

1 背景介绍

精铸自引进壳型工艺以来，已初步实现壳型铸铁工艺的稳定、高效生产，但在生产铸钢件时发现铸件表面橘皮、粘砂现象尤为严重，表面质量较差，不良品中橘皮、粘砂占比高达50%左右，严重降低了铸件的清理效率及产品品质。

1.1 原生产工艺简介

生产部分铸钢产品工艺方案，采用覆膜砂壳型铸造工艺，一型两件，叠箱两层 ，采用双工位翻转射砂机制壳。

1.2 缺陷比例及位置

对现场缺陷位置与数量进行了统计，橘皮、粘砂缺陷在铸件内浇口、上表面部位尤为明显。

2 缺陷及原因分析

2.1 缺陷形成机理

橘皮是指在铸件表面上，金属与型砂混合在铸件表面形成的片状物或瘤状物。在浇注时，型壳表面由于高温金属液不断冲刷，导致型壳表面局部溃散，溃散砂粒块与钢水一起进入型腔在铸件表面形成的凸出的疤痕，即形成橘皮、结疤等缺陷，铸铁产品较少，常见于铸钢产品。粘砂是一种呈现在铸件表面缺陷，在铸件表面粘附着难以清除的砂粒状毛刺或型砂与金属氧化物形成的化合物，致使铸件表面粗糙，通常会增加铸件清理的工作量，降低精整效率，影响产品外观。

2.2 原因分析

结合粘砂、橘皮的形成机理可判断，壳型铸钢表面粘砂、橘皮的形成原因为：

(1)浇注过程中钢水温度高，铸件浇口附近部位型壳受热时间长，由于覆膜砂型壳易溃散，受热时间长，造成该部位砂壳过热，型腔表面砂壳溃散造成铸件表面粘砂、橘皮现象；

(2)砂壳固化层薄，砂壳强度较低，当浇注温度较高或钢水冲刷时间较长、冲刷力度较大时砂壳表面易破裂溃散，导致铁液“渗透”至砂壳内部，或溃散砂粒与钢水一同凝固从而形成粘砂缺陷；

(3)覆膜砂耐火度低，当钢水进入型腔后，钢水凝固前砂壳型腔表面已开始溃散，导致铁液“渗透”至砂壳内部，或溃散砂粒与钢水一同凝固，形成粘砂；

(4)直浇道受到的冲击力较大，且浇口部位冲刷时间最长，直浇道直接连接内浇口，当高温钢水冲入直浇道后直接进入型腔，由于钢水的紊流，导致浇口根部砂壳表面溃散，浮砂随铁液进入型腔。

3 工艺优化试验与分析

3.1 降低浇注温度

铸钢用覆膜砂为石英系耐火材料，浇注温度过高或局部过热，易出现溃散、破裂、冲砂等现象，产生粘砂、橘皮等铸造缺陷。在壳型工艺生产过程中，为压缩制造成本，壳型铸造过程中一般不使用耐火涂料，直接组型后浇注。铸件内浇口附近作为入水口，钢水温度较高，砂壳该部位过热时间较长，砂壳表面溃散，高温钢水持续冲刷，造成粘砂、橘皮。在不影响产品质量前提下，适当降低浇注温度，壳型浇注为冷壳浇注，浇注温度不宜太低，防止冷隔出现，因此降低浇注温度对表面质量提升有一定效果，但不能彻底解决表面橘皮、粘砂问题。

3.2 提高砂壳固化层厚度

砂壳固化层薄，砂壳强度较低，当浇注温度较高或钢水冲刷时间较长、冲刷力度较大时砂壳表面易破裂、溃散，导致铁液“渗透”至砂壳内部，或溃散砂粒与钢水一同凝固从而形成粘砂、橘皮。结壳层过薄，砂壳强度降低，浇注过程存在结壳层过热溃散冲砂风险，由于该部位为钢水直接冲击部位，此处的砂壳强度对铸件的表面质量有直接关系，连续生产过程中模具降温快，出现生砂、砂壳未熟透现象。直浇道底部厚度过大，结壳时间会导致砂壳其它部位过烧，砂壳强度降低，优化后砂壳在连续生产中砂壳完全固化，无生砂、皮包骨现象。

3.3 提高覆膜砂耐火度

覆膜砂耐火度低，当钢水进入型腔后，钢水凝固前砂壳型腔表面已开始溃散，导致铁液“渗透”至砂壳内部，或溃散砂粒与钢水一同凝固，形成粘砂。覆膜砂成分调整后小批量验证发现，铸件表面的橘皮现象基本消除，粘砂现象仍存在，并未能彻底解决产品表面粘砂缺陷。

3.4 优化浇注系统设计

浇注系统对获得优质的铸件影响极大，充型过程中浇口附近砂壳提前溃散，导致铁液“渗透”至砂壳内部或溃散砂粒与钢水一同凝固，从而在浇口附近以及大平面形成粘砂、橘皮等缺陷。减少钢水对砂壳表面的冲击力度，增加浇注系统的缓冲能力，也可以改善产品表面粘砂、橘皮现象。经过考虑采用稳流式浇注系统替代原浇注系统，使得进入型腔的钢水平稳，降低对型壳的冲刷力度；浇道的形状采用扁平梯形，可以减少铁液出现紊流现象冲刷砂壳；浇道的长度应尽可能短，降低铸件因钢水降温而产生冷隔、流纹等缺陷。