寻求风管加工定制

消失模铸造看似简单，其实内涵极度为丰富。消失模铸造是形似链条状的系统工程，任何一个工艺条件发生改变，都会对其它条件造成影响。任何环节，任何细小的环节出现纰漏都会导致最终产品的缺陷。 特别是在单一品种的大批量生产中，如果一时疏忽，一处疏忽，会造成大量的废品，后果严重。这也是与传统铸造所不同的。 消失模铸造你做的时间长了以后，会发现这样的一个特点：“其实消失模铸造真的没有什么好难的，就是创造条件，工艺条件具备，认真执行操作规程，实现生产的高效率和质量的高成品率，并没有什么难的。”话以说回来，难就难在许多厂家，对准备和创造条件不认真，存有侥幸心理，差不多心理，压缩投资省点钱的心理，这是老板的心理；省点钱，在操作者心里，做熟了以后，总也没出问题，又会产生消失模铸造不过如此，没有必要搞的那么麻烦，有了怕麻烦的心理，就产生了“省点事”的心理，这是操作者的心理。如果，老板有了省点钱的心理，工人有了“省点事”的心理，这两个“省点”心里，就会导致“废点”或“废一批”。废——就是“废品”。所以，在谈质量管理时，首先要纠正的，就是“省点”的心理。 一、 必须具备起码的条件——硬件准备 1、 高质量的模具：泡沫模型是消失模铸造生产的根据，没有泡沫型就无法生产，没有好的泡沫型，无法生产出好的铸件。所谓好的泡沫型，包括这么几个条件： ① 好的卖相——加工精细，反映在模型上就是泡沫珠粒融合的好，没有过生过熟区，熟化均匀，说得容易，真正做到融合好，不是一件容易的事，首先要有先进的加工手段，然后要有经验丰富的专做泡沫模具的钳工，合理的分布气塞，该密的部位要密，该稀疏的部位要稀疏。 泡沫模的模具与其它模具不同，有时钳工调试的时间，大大的高于机械加工的时间，有时，越是看似简单的模具，越不好调试。不是这里过生，就是那里过熟。所以，要选专业厂家，模具验收的泡沫模型为依据。 ② 尺寸精确，二次收缩量合理。泡沫型自身的尺寸稳定时间约在20天—50天；不同的使用时间会造成尺寸的不同。同一套模具发泡的密度不同，收缩量不同，也会有尺寸的差异。模型的组合方式不同，也会造成收缩量的不同，一个零件水平放置的线收缩，与垂直摆放的线收缩，差的很多。浇注温度不同，也会造成尺寸的变化，所以，模具设计的缩量，要与铸造工艺相配合，要在此基础上调整各部位的缩量，一个精细产品，不同部位的缩量是不同的。 ③ 低密度，合理的设计，加工出的模具，可以获得较低密度的泡沫型，设计的不合理无法获得低密度泡沫型。这与模型的壁厚，是否合理，壁厚是否均匀，壁厚是否与模型的壁厚保持有机的调整。气塞分布的量是否充足等有直接关系。 ④ 防变形措施。消失模铸造自始至终存在着防止变形的课题，防变形的第一道关口是模具的结构，合理的结构，使泡沫珠粒受热均匀，冷却均匀，发生变形的可能性小。 消失模铸造的模具和人不一样，人是丑妈妈有时可以生出漂亮的孩子，没有好的模具却是肯定做不出好的泡沫型来。 如果有了省一点的心理，必然会找非专业的厂家，非正规的厂家做。因为，这些厂家报价低，待到模具做出来以后，不知还要投进去多少钱，耽误多少事，细算并不合算。 2、 性能优良的预发机 预发机是消失模铸造中的关键设备之一，有了模具没有好的预发机，也无法获得优良的泡沫模型。 预发机有许多种，用于铸造模型制作的预发机，要具备如下特点： ① 可以预发细小珠粒； ② 珠粒的发泡倍率相同； ③ 预发桶内，含水量少； ④ 升温快，升温高，同时要降温快。 要具备这些条件，首先要选用间歇式的、间接加热的、蒸汽加热的。 因为，只有间歇式加料，才能发小珠粒，才能使每个珠粒的发泡倍数相同，连续式加料的，达不到此效果。只有间接加热的方式，才能使预发桶内水份少。试想，水份多的时候，珠粒由水包裹着，一是粘成团，二是温度升不起来，间接加热的介质有两种，一是油，二是气，油的特点是要用电加热，耗能费用且不谈，加热的温度虽然能比较高，但是升温慢，无法降温，要借助冷风，不如蒸汽操作方便。 所以，目前最理想的预发机是正压式间歇式预发机。我厂的预发机堪称是国内最好的，汽车厂发共聚料做试验都到我厂来预发。 3、 宽敞通风的烘房 许多单位不重视烘房，其实烘房非常重要，原则上讲，烘房应有三个，一个烘房是烘第一遍涂料的，一个是烘二遍涂料，一个是组合好，待埋箱的模型束。涂料有很强的吸潮性，烘干以后如果不保存在干燥的烘主心内，会吸湿，降低强度，甚至剥脱，涂层吸湿以后，浇注时会发生什么情况，可想而知。 另外，我强调了宽敞和通风，烘房不通风，潮度过大，干燥的慢；过于狭窄，模型距离热源过近，会造成模型变形。 烘房是非常重要的设施之一。 烘房的热源有许多形式： ① 电加热：结构最简单，取热最方便，配备一个简单的电路，就可以成为自动控温的，做到无人看守。 但，细算一下，电加热的成本很高，以配合1台0.5吨中频炉的生产为例，如果年产1000吨铸件，大约烘房的面积不能小于60M2，需配备32KW电热板。如果电费平均为0.5元1度，每小时耗电16元，每日耗电15小时计算，是240元，每日电费7200元，每年耗电8万多元。每吨铸件的耗电成本80多元。 ② 蒸汽加热，适用于有发泡制模车间的厂家；而且锅炉房距烘房要近，不然也利用不上。 ③ 最省钱的是烧煤，可以砌火炕，火墙，烧煤也可以自动控制温度，新钢赵光有一个发明，煤炉子的吹风机与烘房的热电偶相接，也是自动控温，烘 房温度降下来的时候，鼓风机通电，鼓风，煤烧起来了，加热，烘房温度够用了，鼓风机自动停机，非常适用。 ④ 利用余热做辅助加热。可以利用冲天炉的余热和电炉的炉头余热，接通烘房热水管，将热量散失在烘房内，节省了部分热能，又减轻了冷却水的压力。这些或许对在座的厂家有借鉴作用。 4、 震实台：震实台也是消失模铸造中值得关注的设备。十几年来，震实台有了许多的改进，性能良好的需实台，应该具备如下性能： ① 良好的悬浮性能：几年以前，多数厂家用的震实台都是四个硬橡胶垫做支撑，硬橡胶的悬浮性能不好。激振源的功能多数不是作用到砂箱上，而是变成了撞击力，作用到震实台的钢架结构上，所以，容易造成结构开裂。近几年基本上都采用了气囊悬浮，好像公路跑的长途车，原来国产车都是硬弹簧，现在许多大巴车都是气囊悬浮，坐上去舒服极了。 ② 可以调整的频率和激振力：根据加砂的多少，调整激振强度。以免动力过剩，也能防止动力不足。 ③ 三维震实台的产生机理。 振动电机只有两台在对称位置设置，做相对旋转时才能产生定向激振力。如图示： 只有在两台振动电机的偏心块处于（a）和（c）的相对位置时，才能产生左右向的激振力（合力），使震实台面做X轴方向往复式震动。同理，设置在X轴的一组振动电机产生激振合力时，可使震实台面做Y轴方向的往复式震动。悬挂在震实台面下的振动电机组可产生上下振动合力，使震实台面做Z轴方向的振动。因此，振动电机组安装在震实台面的不同方位，实现震实台的振动模式不同。许多设计者习惯上把在单轴安放称为一维震实台；双轴安放振动电机组称为二维震实台；三轴同时安放振动电机称为三维震实台。 其实上述观点，只是设计者的一厢情愿和使用者的直观错觉。笔者在长期实践和大量实验中发现： ⑴、 三维方向设置振动电机组，震实台工作时，不是所有时间都能产生震实台的三维振动。产生三维震动的几率很小，时间很少。 ⑵、 二维方向设置振动电机组更易使震实台产生三维振动。 ⑶、 震实台面交替出现三个方向的振动，砂紧实的效果好，时间短。 原因在于垂直方向设置在X、Y轴上的振动电机组的两台电机： ① 停机时，电机轴上的偏心块不能停在相对称的位置。电机启动时，电机轴上的偏心块自然也不能处在设计者希望的对称位置。 ② 偏心块即使是处于相对位置（如悬挂在台面下面的电机组）由于制造原因，两台振动电机不能保证绝对同步的转数，也会改变偏心块的相对位置，从而改变激振合力的方向。如图A： 设计者希望电机静止时和转动时偏心块永远处于相对称的位置，事实上不可能。如图B： 电机静止时的偏心块，总是不对称的，只有在运行过程中的某个时间段，某两个电机的偏心块是处在相对称位置，产生不定向的合力。如图C： 运行中当偏心块处于图（C）中①的位置时也可以产生X向合力，但合力较弱，处于②位置时，可以产生设计时所希望获得的合力强度；处于③时，则产生极强的X向合力。这就是我们在使用中会发现震实台的激振力有时弱时强的不定期变化的原因。如图D： 运行中如发现设计者希望电机静止时的偏心块对称状态时，则振动电机的激振力被互相抵消，震实台面不做功，这就是使用中会出现震实台不震动的原因。多数时间震实台的电机偏心块由于电机转数不同步，在不断改变相对位置。如图E： (E) 垂直安装在X、Y轴的两组振动电机，同时运行时，如果抓一把干砂放在震实台面上，常常会发现干砂并不是象设计者希望的那样做X、Y轴无定向往复式震动。而是做与X、Y轴交叉方向的定向流动或环形流动。原因很容易造成泡沫模型的损坏和变形。 上述的试验和观察，我们得出三维方向设置振动电机的震实台不一定能产生三维震动效果的结论。 当我们在X、Y轴上仅设一组振动电机时，我们会观察测试到如下现象，如图F： （F） 当Y轴上设置的振动电机，偏心运行到①③位置时会产生X轴方向的激振合力，使震实台面产生X方向振动，当偏心块运行到②④位置时也可以产生Y向的激振合力，使震实台面产生Y向震动。同理，当振动电机组设置在X轴上，也会同时产生X、Y轴两个水平方向的震动。 由此，我们也可以得出如下结论：两维方向（X轴或Y轴及Z轴）设置振动电机，同样可以获得三维震动的效果。 悬挂在震实台面的Z向电机组，虽然停机后偏心块肯定向重力作用，处于对称位置，但由于电机转数的不一致，运行中偏心块的合力也会发生变化。 处于此种相对位置时，如图a，台面做上下震动。 但处于图b位置时，振动电机的偏心块也产生水平方向的振动。 因此，我们不可以只凭震实台面安装了几个方位的电机，直读称为几维震实台，重要的是震实台在激振源工作时，能产生几维方向的震动。 5、 负压砂箱 负压砂箱是消失模铸造工艺装备中一个重要的组成部分，负压砂箱是盛装模型束的，但更重要的作用是形成干砂的负压氛围，使干砂定型。 负压也就是抽真空的作用，除了使干砂定型外，还要将泡沫型的气化产物拉走。气化产物的走向，与负压场有关，力都是做直线运动的，都是走短路的，所以负压源设置的位置，影响着气化产物的排出方向。 前面我们已经讲过，消失模铸造是液固浸润，所以呈凹字型充型，如是这样，如果模型的一侧负压值高，则充型仰角必然向负压值高的一侧。泡沫型气化残留物的密度低于液态金属，必然受牵拉吸附在此侧的涂料壁上。使缺陷集中在一侧。 新钢赵光厂有这样一个例子。生产一个钢管，可能200多粗，壁厚25，两端有内止口，此件很长，立浇很高，开始因为管内砂溃散，浇足不成。赵光由箱底部负压管上焊了一个真空管，将钢管模型直接套在真空管上，这样一来，管腔的负压高于管壁外的负压，加工时，管壁外园面，什么缺陷也没有，在内侧壁需镶轴承的位置有气化残留的黑东西，此件属残而不废的件，但如何解释这种现象？在珠海会议上提出了这个问题，这就是负压有缺陷导向的作用。所以，我们在生产中不应拘泥于四侧壁全吸负压，可以根据铸件的具体特点，有目的地设置负压源位置。 讲到这里，我们总结对消失模铸造基本理论的理解上，强调了五个方面： ① 高温无氧的条件； ② 置换速度的平衡； ③ 流场； ④ 热场； ⑤ 负压场。 砂箱种类有很多，我们可以根据生产中的需要做选择。可以组合、可以翻转、可以底吸、侧吸、全面吸、可以自动出砂。 为了有目的地使某一部位的真空度有所提高，我们还常使用“真空接力管”对型内腔的负压做调整。 典型砂箱 a、夹层气室全吸式负压砂箱，如图示： 夹层气室全吸式负压砂箱是负压实型铸造技术问世早期时较为通用的砂箱，此种砂箱如同大方箱套小方箱，气室间隙30-50mm，真空气室的排气窗由双层多孔板和100目不锈钢筛网组成，筛网防止型砂进入真空气室，砂箱内层多孔板对筛网起保护作用。 b、 单层底吸气室型负压砂箱；如图示： 单层底吸气室型负压砂箱箱体可做成方形，也可做圆形，箱底都是方形，常见于（美）福康公司设计的生产线，此种砂箱较夹层气室型砂箱简化许多，造价可降低了40%，加工周期可缩短60%。 c、单层底吸埋管式负压砂箱，如图示：单层底吸式埋管式负压砂箱由单层钢板焊接，底部设置由3/2″焊管组成的钻有密集φ5-7小孔的真空排管，管外用100目不锈钢缠绕，100目不锈钢外层由40目普通筛网作保护。经测算埋管钻孔总面积远远高于夹层气室型底板钻孔的总面积，而且制作更趋简单，筛网更换更容易、更方便。埋管式负压砂箱由吉林省创新铸业有限公司设计，并申请获得国家专利（专利号：ZL97204464.7） d、单层侧吸埋管式负压砂箱，如图示： 与单层底吸排管式负压砂箱不同之处是将真空排管，根据工艺的需要，设置在砂箱侧壁，（二侧壁或四侧壁），真空排管由钢网或多孔板保护。 e、组合负压砂箱 组合砂箱适用于做较高的铸件，为便于埋型操作，在掩埋泡沫模型下半部后，再将上箱套与下箱组合，继续埋型。上箱套与下箱间用EPS薄板密封，螺栓紧固成一体。上箱套和下箱各设自己的真空装置，以避免上部和下部的负压差过大。 组合砂箱减少了砂箱的储备数量，由吉林省创新铸业有限公司首先设计使用。 f、 可翻转组合式负压砂箱 可翻转组合砂箱是为负压实型铸造工艺生产超大型铸件而设计的，目前国内最大的砂箱尺寸为4500×3000×2500，单箱耗砂30立方米，砂箱总重45吨。可生产3700×2400×1200超大型消失模铸件。 可翻转组合砂箱的最大优点是：防止大型铸件变形，利于泡沫模型上下两侧充分填干砂，免除用自硬砂预先充填安息角的不便。 可翻转组合砂箱由箱底、下箱、上箱、平台四部件组成（如图示） 操作步骤如下： ① 先把平台置于震实台台面上，泡沫模型放置平台中央，浇注平面朝下。 ② 套好下箱，将其与平台锁紧，填砂震实后，将砂面刮平。 ③ 封盖箱底，锁紧后做180°翻转，取下平台，组装上下箱，制作浇注系统，安置冒口后，充填模型背部型砂。 ④ 砂箱紧实后作密封，造型结束，做浇注前准备。 可翻转组合负压砂箱的问世，结束了负压实型铸造工艺无法生产超大型铸件的历史，具有特殊意义，可翻转组合负压砂箱由吉林省创新铸业有限公司设计。（专利号：ZL02144573.7） 1、平台 2、模型 3、6、9锁紧装置 4、下箱 5、盖板 7、砂子 8、上箱 10、浇注系统 g、自泄砂负压砂箱，如图示： 压砂箱都是倾倒出砂，自动线上必须配置翻箱机，增加了设备投资额和维修工作量，生产大型铸件时，天车吊装翻箱，不仅会造成大量扬尘，还会使砂箱变形，翻箱机倾倒砂箱或吊车翻箱都属于动出砂。自泄砂砂箱由出砂口放砂，则属于静出砂，扬尘小又不伤及砂箱，砂箱循环线上可以减少翻砂机的配置。 出砂口可以放置在底部或单侧壁、双侧壁。 工装和设备是实现生产大纲、满足于工艺需要的，因此，负压实型铸造砂箱和设计要简单实用，多功能和通用。 6、筛分除尘设备 原则上讲，消失模铸造设备应配备一整套的砂处理设备，包括落砂、筛分除尘及水平输送、提升机、冷床、储砂斗及加砂设备，但考虑投资问题，许多厂家为了节省固定资产投入，不上砂处理设备，但至少要做一付细筛子（60-80目的筛子）。 二、附助材料应该引起重视的环节 1、泡沫板材的干燥问题。 国内多数厂，或者说绝大多数的厂都要使用外购的EPS大板拼制泡沫型。泡沫板材在制作过程中，进入珠粒内部和珠粒间的水蒸气，在冷却过程凝结成冰，存在于泡沫板材中。泡沫板里的水分，极不易挥发，我们厂自做的泡沫板的规格是：1500×1000×200mm，应该说不算很厚，但如果彻底干燥，至少要半年时间。我们都是每年秋季集中生产大板，准备够一年用的，在存放过程中也不是一张压一张，而是每两张板之间垫20mm厚板块，使每块板都能自然透气。这样存放的板材非常好用。 外购板材的厂家，我做过调查，多数是现买现用，设想一下，泡沫板材厂，通常不会有大量的长时间积压品，即使有积压，存放过程中也是一块压一块。不会有自然通风的间隙。 现在回忆早期作消失模时，都是到化工厂去买板，冬季时板与板之间结冰，可见水分有多少，这些含水的泡沫板做成泡沫型后，如果模型不做烘干处理，会给铸件质量带来严重的隐患。每年都有一些厂家向我们请求技术支援，因为，泡沫板材不干燥导致不能生产出合格产品的厂家，占比例不小。 因此，我建议，使用泡沫板材手工拼型的厂家，要提前半年把泡沫板买进厂，存放在宽敞通风的库房，存放时每块板之间要有通风的距离，使其能自然干燥。不要现购现用。本厂存放不便时，也可以委托泡沫板厂存放，但也要隔开一个距离。这样做产品的质量会明显改善和提高。 2、用模具发型的厂家：多数厂对模型的彻底干燥重视也不够。常常出现了泡孔缺陷，冷隔缺陷找不到原因，其实原因就在泡沫型内含有水分。 使模具成型的厂，泡沫模组装刷涂料之前，一定要测量泡沫模型的干燥曲线。即每天检测泡沫型重量，做记录连线，连续重量不减时，才视为模型彻底干燥。 模型不干，导致气孔缺陷，铸件报废的例子多得很。例如：96年4月份，我厂对徐州铜山阀门厂转让时，开始浇注的阀门外表和内部缺陷非常严重，去调试的技术人员，经验也不多，找不出原因，打电话要我去。问过情况以后，我心中基本有数，我推托有要紧事，脱不开身，要晚几天才能到。我嘱咐魏总把模型放在烘房内烘干，待我去后再组装浇注系统，刷涂料。大约五天以后我到徐州铜山厂，看过模型和废件以后，我觉得浇注系统没有问题。型砂也已经烫好了，第一天我称量了一下模型重量，第二天又称量一下，重量一样，我心中有数，安排组装，刷涂料、浇注，什么都没做改动，浇注后表面质量和试压都一次成功。追其原因，是没有经验。调试人员没有经验，厂家急于见到效果，所以，催着调试人员试浇，心急吃热馒头，结果烫嘴。 有了这次经验以后，在调试警示语中，我重要强调：要调试人员排除干扰，具备条件—试产，不具备条件时坚决不试产，确保一次试产顺利成功！ 3、砂子的选择：消失模铸造使用干砂充型，对干砂的要求，比传统砂型铸造要严格。消失模铸造用砂，要保证有良好的透气性，充型特性和较低紧实沉降率。其次才是对耐火度的要求。过去清一色的采用精制石英砂。片面的强调耐火度和透气性，没有重视砂子的形状和充型特性，以及紧实沉降率。现在我们认为，选择消失模铸造用砂，首选的是形状。一定要圆形砂粒，因为圆形砂粒，横向送砂性能好，比如宝珠砂，我们做过的试验中，可以横向送砂近200mm，精制石英砂（人造砂、尖角砂）50mm都送不了，安息角达60℃。园粒状砂，紧实时砂子下沉量非常小，似乎有种感觉，觉得震不实。可是你震多长时间，它下沉的量都那么多。宝珠砂每米下沉约30mm，人造石英砂可多达80mm。所以，使用多角砂时，常常发生铸件的折角处长瘤子，就是因为型砂下沉量大，震实时间过长所致。 其次是粒度均匀：粒度均匀的型砂透气性好，紧实下沉系数也低。粒度不均的砂，好比黄豆中加小米，透气不好，紧实下降量也大。 然后再考虑耐火度等其它因素。我带来两种砂子的样品，一种是宝珠砂（人工砂），一种是承德天然砂。宝珠砂特别适用于做铸钢件；承德天然砂，则适合作铸铁件。前者1000元/T，后者150元/T。 4、砂子的相变处理：除去结晶水 许多新上消失模铸造的厂家，都会遇到这个问题，砂子不经过高温培烧，每次浇注后都发现塑料薄膜下有大量的水珠，距离铸件周围100～150mm左右的砂层像淋了水一样湿漉漉的。这是因为接触铸件的型砂，结晶水挥发后，遇冷再度凝结成被结成水的缘故；此时铸件表面会有大量气孔，像是呛火一样，同时涂层下面会有积碳，象是燃烧不净的样子；或是负压不够的样子，都是砂子中的结晶水闹事。待到反复使用过几次，砂子中的水气才会少下来，铸件也不再出废品了。 对于小规模生产来说，砂子陆续烫，陆续加新砂，也就可以应付生产了。然而对于大型生产线，一次投砂需要上百吨，或两百吨砂子，型砂的准备，就显得非常重要了。据我所知，目前做型砂相变处理的砂厂，只有山东兖州有一个厂，其它地方还不能做。 承德砂的粒型虽好，结晶水含量却很大，山东聊城厂正在用此砂。比较起来还是宝珠砂好，不含结晶水，又是中性砂，只是价格太贵。所以，新上消失模铸造的厂家，一定要把型砂的脱水当成一个重要环节来抓。在我去年调试中，新疆油田的自动线非常顺利，生产小型铸钢件很不好作，顺利地获得成功，与该厂重视砂子的脱水有直接重要的关系。 5、涂料中原材料质量至关重要。 大家都知道涂料非常重要，但是，优良性能的涂料，不仅要有合理的配方，更重要的是要有优质的材料。如配中药一样，再好的方子，不是地道的药材也没有疗效。在涂料原材料中，首先要重视骨料。骨料不能用落地粉，要用精制砂制成粉。比如石英粉，不能用落地粉，要用20～40目精制石英砂再次加工成粉，才能确保骨料的质量。什么刚玉粉，钛砂粉等，也都是相同道理，骨料提倡用复合的——即几种配合用。 其次是膨润土，作为悬浮剂和溃散剂，膨润土的质量也很重要，膨润土要用钠基的，不要用钙基的，更不要把粘土混做膨润土用。商品涂料中，据说从国外进来的膨润土价格在几千元一吨，比国内的几元一吨贵十几倍。关于膨润土的介绍，我听过北京科技大蔡振升老师的课，技术指标很多，最近我厂在许多厂家筛选出，我们省内范家屯煤矿的膨润土质量非常好，涂料配制人员形容这个膨润土油汪汪的，触变特性，流平性都非常好。 其他材料也要做筛选，然后不能一个牌子的，这样可以确保涂料的质量。 在涂料中，影响透气性（涂料允许热解产物逸出的能力，称为渗透性或叫渗透性）的成分是有机粘结剂，有剂粘结含量的增减，可以调整涂料的透气性和脱壳性能，所以有机粘结剂也不能拿来一个就用，受地区局限，我们用惯了一种简称BY的变性淀粉。通过调整其含量，对涂料的透气性和剥脱性能掌握的比较好。 在生产和具体操作，有如下环节要注意——震实时间的长短； 干砂震实不是震的时间越长越好，国外资料显示： 震动时间10秒至15秒已震实，时间延长没有意义。在我们的实践中，如果用园粒砂子是这样，如果用尖角砂，震动时间是要长一些，但60秒钟也可以了。太长时间无益。

随着我国机械工业产品质量的升级及出口铸件市场的不断扩大，在铸造车间技术改造中，有越来越多的企业首选自硬砂工艺替代原有粘土砂干型铸造工艺。在本企业技改中如何根据自身的产品特点选择合适的自硬砂工艺及相应设备是技改中普遍关心的核心问题。笔者结合近几年的实践就这一问题提出一点个人观点与同仁们共同探讨。 1．自硬砂工艺的选择 自硬砂工艺是指在常温下，型砂能自行硬化并获得浇注要求强度的造型工艺的统称。近几年得以较快发展的自硬砂主要有：呋喃树脂自硬砂、碱酚醛脂硬化自硬砂、脲脘树脂自硬砂（Pep—set自硬砂）、脂硬化改性水玻璃自硬砂。这些自硬砂各有优缺点，应根据各企业不同的生产及产品特点择优选用。 1．1呋喃树脂自硬砂： 这是应用最多、最广、工艺最成熟的自硬砂，而且相对铸件成本较低、旧砂利用率高、旧砂再生简单，是技术改造的首选自硬砂工艺。呋喃树脂砂在灰铁、球铁、铸钢、有色等铸造中都得到极其广泛地应用。但是由于呋喃树脂砂高温退让性差，树脂中含有较高的N，固化剂中含有S，因此一些壁厚不匀的铸钢件容易造成热裂，厚大铸钢件易造成N气孔，一些高牌号球铁件易造成球化衰退，一些低碳铸钢件还易造成增碳，在选用工艺及选用树脂种类时应引起足够重视。这种工艺一般用于单件小批量生产性质的铸铁生产中。 1．2碱酚醛脂硬化树脂自硬砂： 其是为克服呋喃树脂自硬砂的一些缺点发展起来的，国外称α—set工艺。由于其完全不含N，固化剂不含S，用于铸钢、合金钢铸件不会产生N气孔、针孔缺陷。由于碱酚醛树脂砂常温下只有部分树脂发生交联反应，在浇注金属受热时还有一个再硬化的过程，因此这种树脂砂的高温尺寸稳定性好，铸件尺寸精度高，因此在铸钢特别是合金钢件、大型铸钢件的生产上应用愈来愈广。但碱酚醛树脂砂常温强度较低，树脂加入量较大，铸件成本较高。碱酚醛树脂砂的硬化剂是有机脂，调节硬化时间只能用脂的品种而不能用加入量调节。另外酚醛树脂粘度较大，可存放期短，使用中需要注意。 1．3酚脲烷树脂自硬砂（Pep—set工艺）： Pep—set工艺在近两年发展较快，其综合了呋喃树脂与碱酚醛树脂和特点，进一步提高了工艺适应性，其具有优越的硬化特性的同时也具有较好的高温退让性。硬化时间可以在0.5~15分钟内调整，生产效率高，有利用造型线批量生产。通过三种粘结剂组元比例的调整，可以保证足够长的可使用时间，一旦开始固化又能迅速达到浇注强度，具有较好的浇注性能及工作时间/起模时间比特性。由于高温退让性好，可以生产薄壁复杂件而不必担心铸件裂纹，既适应铸件、铸钢，也广泛用于有色合金铸件的生产，克服了呋喃树脂砂的性能缺陷，工艺适应性较强。同时对涂料要求较低，一般铸铁件不刷涂料而通过一些添加剂也能生产出表面光洁的铸件。对再生设备的要求及回收率与前两种工艺基本相同，而混砂设备需要增加一套液料系统且流量控制要求精确度较高。 Pep—set工艺一般用于薄壁复杂铸件（铸铁、铸钢、铸铝）的生产，也适宜于自动化造型线作业。对多材质、小批量生产性质也有一定适应性。 1．4脂硬化改性水玻璃砂工艺： 这是为克服CO2水玻璃砂的两大难题（溃散性差、旧砂再生难）而开发的新一代水玻璃自硬砂。其基本原理是通过加入一定量的改性剂以提高水玻璃的粘结强度、降低型砂中水玻璃加入量，采用这种工艺能使水玻璃加入量降低到2.5~3.0%，溃散性接近树脂砂。该自硬砂继承了CO2水玻璃砂高温退让性好的优点，而且环保效果较好，因而在铸钢生产上得到应用。铁路提速而取消水爆清砂后，在铁路系统广泛用于摇枕、侧架铸件（薄壁复杂件）的生产。 该种工艺的粘结剂价格较之碱酚醛及Pep—set相对低一点，但一般机械再生的砂回收率只能达到80%左右，再生成本也相对较高，据一些用户反映其工艺稳定性相对差一点，可使用时间及强度随循环次数变化较大，再生砂做面砂使用时必须加入大量新砂。因此，该种工艺一般用于有特殊要求的铸钢件生产上，规模生产时应慎重选择。 2．关于自硬砂再生设备 自硬砂再生设备选择是能否用自硬砂工艺在适应生产规模及成本控制条件下生产出高质量铸件的关键。自硬砂再生系统一般由破碎、再生、风选、调温以及与之配套的输送及除尘系统组成，根据不同的生产及工艺要求做一些相应的增减。 2．1再生设备选择注意事项 近20年来，我国的自硬砂再生设备有了较大的发展，从最初的仿制日本技术，到后来的引进欧洲技术、展开技术合作并通过生产实践得以不断改进，基本上满足生产要求。目前国内市场上流行的设备，如果硬按技术类别分的话，基本上可分为日本太阳技术、日本新东技术、德国FAT技术、德国克莱茵技术、意大利IMF技术等几个类别，或根据工艺要求及生产厂家的不同而采用几种技术的组合。对此，大家均有一定的了解，现根据近几年的实践经验就再生设备的选择谈一点看法。 2．1．1 自硬砂再生费用是影响铸件成本的主要因素，在选择设备时，应考虑使用成本。 自硬砂再生费用主要由能源消耗、维修费用、砂回收率等组成。一般用户往往忽略前两项指标对经济效益的影响，而单纯追求设备价格及砂回收率、LOI值等指标。当然在满足同等技术要求（能生产出合格铸件）情况下，出于成本及环保的要求，砂回收率越高越好，这是勿容置疑的。同样选择适当的设备，在满足工艺要求的LOI值及微粉含量的情况下，尽量降低能源消耗、保证设备可靠性、减少维修费用，无疑具有长远的意义。 首先，再生砂的技术指标应围绕工艺要求进行选择。比如LOI值是衡量脱膜率的重要指标，一般灰铁件采用呋喃树脂砂生产，实验证明LOI值在3%左右完全可以满足工艺要求，而有的用户一提就是2.5%以下，碱酚醛生产一般铸钢件，实践证明LOI值在2.5%左右可以满足工艺要求，而有的用户要求在2.0%，这无疑会增加设备投资及再生成本。欧洲人主张把设备和工艺结合起来考虑，一般情况下多在工艺上采取措施，比如减少树脂加入量（确定合理的浇注强度）及铁砂比、改善浇注系统及浇注工艺等，以降低生产费用，无疑是聪明的办法。 其次，设备的可靠性及维护费用应引起足够的重视。自硬砂设备的可靠性一般可以通过加工手段、配置水平及运动部件的多少来判定，当然，用户的介绍更能说明问题。大家都知道，同样的原理甚至同样的图纸，加工手段不一样、管理水平跟不上，结果会完全不同。大连某机床厂及烟台某铸造厂原来使用的破碎再生机，均类似于某德国公司技术，分别由国内两家公司生产，一台不到两个月即开焊，一台不到三个月即换一次振动电机，而同样的生产条件，济南二机床生产的设备连续使用两年没有任何问题，其中的效益问题不言自明。还比如有的再生机，再生原理决定其有大量的耐磨易损件，其更换频繁且价格较高，无疑会增加生产成本。同样，再生设备中采用大量的运动部件及振动设备等，由于作业环境及操作人员素质等原因，设备易出现故障，而影响设备的可靠性，从而降低生产效率，增加生产成本。 第三，铸造生产本身是能耗大户，在满足工艺要求前提下，尽量减少装机容量，利用固有资源，对长远经济效益具有重要的意义。 2．1．2 在充分进行工艺论证的基础上合理选择再生设备。 随着我国自硬砂工艺技术的推广，广大铸造工作者在生产实践中积累了大量的经验。自硬砂工艺技术也越来越成熟、可靠、实用，新上自硬砂工艺技术项目应吸取先行者的经验教训，在充分进行工艺论证的基础上合理选择再生设备。 如前所述，呋喃树脂砂工艺应用比较成熟，非常适用于一般铸件的单件小批量生产，如机床铸件、工程机械铸件、矿山机械类铸件、造纸机械铸件、风机泵体类铸件等等。大量的生产实践证明，只要工艺及管理得当，脱膜率的多少反而不是关键因素，潍坊某铸造车间LOI值甚至在4%以上，铸件质量指标一样较好。为保证铸件质量，这类铸件的生产厂家越来越意识到砂温及微粉含量指标的重要性，实践证明其对粘砂、气孔等缺陷起着重要的作用。有的厂家甚至“提出脱膜率无所谓、关键是砂温及微粉含量”这一观点，无疑是生产实践的总结。我公司按德国技术提供的再生线，用砂块破碎加撞击再生组合，对于这一类铸件的生产非常实用，且投资少、成本低。当然，如果用呋喃树脂砂工艺还要生产一些薄壁复杂铸件、球铁件甚至铸钢件，则须对脱膜率进行适当的控制，除上述两级再生外，再增加一级强力磨擦再生，以控制LOI值，保证满足工艺要求。Pep—set树脂工艺与呋喃树脂砂的设备配置基本相同。 碱酚醛树脂砂工艺主要用于铸钢件生产，由于铸钢浇注温度高，对发气量比较敏感，因此对脱膜以及风选有较高的要求，LOI值一般控制在2.5%左右，微粉含量越低越好，以降低发气量，提高型砂透气性。在设备选择上与呋喃树脂砂的第二种情况基本相同。酚醛树脂与呋喃树脂相比粘性稍大，早期使用的用户在再生之前进行加热处理，以提高脱膜效果。从近几年的使用实践来看，没有必要，新上项目均取消了这一工序，通过科学的系统设计完全可以解决。此外，再生后的风选应引起高度重视，以除尽再生过程中产生的微粉。 新型脂硬化水玻璃砂近两年在国内得以推广，其再生设备的研究及生产也以各种方式展开。根据铸件特点及生产特性要求，有采用干法再生，也有采用湿法再生，有采用简单的一般自硬砂的再生方法，也有采用高温焙烧的干法再生方法或干湿法相结合的再生方法，工艺要求不同，生产规模不同，使用情况差别较大。尽管形成规模生产的相对较少，但认识逐步趋于统一。一般认为水玻璃砂旧砂有以下特性： （1）砂粒上残留粘结剂膜在高温浇注后不能燃烧分解，而形成一种低熔点的硅酸钠胶牢固地粘附在砂粒表面； （2）砂块破碎后，砂粒表面的残留硅酸钠胶、盐等具有很强的吸湿性，而增加砂粒表面粘度； （3）再生砂粒表面上残留的高模数水玻璃、残留脂、盐等对再生砂的强度、可使用时间等有较大影响； （4）干法再生前对旧砂进行加热预处理可提高再生的脱膜效果。 这些特点决定脂硬化水玻璃砂的再生较一般自硬砂再生困难，有的厂家没有采用加热，再生后砂粒表面残留物较多，再生砂得不到单一砂（或面砂）使用要求，只能作为背砂使用，作面砂时则需加入大量新砂（如50%）。实验表明，水玻璃旧砂经破碎后，进行加热处理，再进行干法再生，所得再生砂的性能与其加热温度有很大关系，粘结强度随加热温度增加而增加，当加热温度达到320℃以上时，干法再生砂的强度及可使用时间可以满足单一砂的使用要求。可见水玻璃砂再生前，加热很关键，保证好的再生效果，加热温度须达到320℃以上。致于破碎和再生可选择与一般自硬砂同样的设备，考虑其固有特性，与一般自硬砂相比，设备的额定生产率须相应加大。除此之外，还有一个问题值得注意，那就是再生后的风选调温，由于其吸湿性极强，简单的除尘难以风选彻底，调温过程中由于温度降低而增加“吸湿”倾向而造成砂粒表面发粘，在处理过程中须采取相应措施，选用设备时应引起足够重视。 2．1．3主要再生设备 除砂块破碎机外，再生机及风选调温器是再生系统的主要设备。而除用呋喃树脂砂工艺生产一般铸铁件外，无论采取何种工艺，均需对旧砂进行强力再生。过去，国内使用较多的是用日本技术生产的离心再生机及气流冲击再生机。前者装机功率大（每级22kw），易损件多且更换频繁。后者配备大功率的高压罗氏风机，运行噪声大，易损件多，两种再生机脱膜效果较好，但砂粒破碎较多，造成设备使用成本高，再生费用大，使用并不理想。近两年，参考国外技术在软再生基础上开发生产了强力磨擦再生机，其基本原理是砂子在高密度沸腾状态下，高速旋转的磨轮组（两组逆向旋转）对砂子进行不断磨擦，从而获得理想的脱膜效果。磨轮采用硬质合金喷焊，工作寿命可达4000小时，“软硬结合”的结果避免了大量易损件的产生，提高了设备的可靠性。再生后的砂子粒度更加圆整，脱膜率可达40%以上，且其生产率可根据脱膜率要求任意调整，进一步扩大了工艺适用面，可广泛用于几种自硬砂的强力再生。国内几家用户使用结果表明使用效果良好，比之原来的再生机有了长足的进步。 无论对于哪种自硬砂工艺，再生过程中的风选及调温均对铸件质量起着举足轻重的作用。传统的日本技术，往往只重视脱膜而忽略了风选的重要性，甚至在再生系统中不配置专用的风选设备，而我国在日本技术基础上制定的自硬砂工艺标准（如微粉含量＜0.8%＝也相对较低。生产实践证明根据铸件生产技术要求必须对微粉含量引起足够重视。无锡某机床厂用呋喃树脂砂生产铸件涨箱、气孔缺陷居高不下，陕西某厂用水玻璃砂生产铸钢件，铸型表面强度低，造成铸件缺陷，均是再生砂微粉含量高造成的结果。通过设备改进，这些缺陷马上得以有效控制。对此，串接式风选技术比较简单实用，又能对流量及负压进行有效控制，微粉含量可控制在0.2%以下，具有优越的风选效果，如果在系统设计中能配备专用除尘器则效果更佳。 砂温对生产的影响显而易见，砂温过高（比如＞35℃）硬化较快，型砂流动性变差，硬化后铸型变脆，强度低，极易造成铸造缺陷。规模生产或造型线生产的铸造车间应对砂温的调节引起重视。对于一般地区的铸造车间，由于砂子导热系数低，散热慢，一般无须考虑升温，而主要是降温问题。实践表明沸腾冷却床其调温原理决定其很难将砂温降到合适的30℃以下，能源消耗也相对较大。翅片式冷却调温器通过砂温检测对水量进行控制容易实现对砂温的精确控制，但如果筛分不好容易造成堵塞。近来对其进行改进，应该能取得较好效果。另外，对规模生产或造型线生产的铸造车间来说，由于生产量大，砂子周转快，一般情况下配备冷冻机更为理想。 2．2关于砂处理系统的布线设计 自硬砂的砂处理系统一般可分为落砂回收系统、破碎再生系统、风选调温系统、气力输送系统以及与之配套的除尘系统及电控系统。在布线设计时应注意以下事项： 2．2．1 系统布线应与生产规模、生产特点相适应。 生产量越小，固定资产投资对成本的影响越大。一般情况下，产量在3000吨/年以下的可采用简易线。一些本应由设备来完成的工序可以采取别的办法实现，但设备必须安全、可靠。这些企业往往连续作业时间长、维修力量差，因此，设备少但可靠性必须高，安全联锁性好。我公司为青州、淮安、旅顺等单位提供的几条简易线，总投资只有几十万元，但简单实用，年产量可达2000~3000吨，取得了可观的经济效益。但对规模生产车间 ，由于产量大，固定资产折旧对成本影响较小，因而人工成本及使用成本应成为主要考虑因素，在布线设计时机械化运输、工艺联锁控制、环境保护、生产组织形式等应考虑周到详尽，以提高生产效率，降低生产成本。 2．2．2 系统中应尽量避免“瓶颈”现象。 与传统的粘土砂工艺相比，自硬砂砂处理的系统性更强，往往一个环节出现问题会影响整个车间的正常生产。因而在系统设计时，除考虑设备可靠性外，还应避免系统出现“瓶颈”现象，如机械化运输的能力匹配问题、砂斗容量、原材料贮备、动力分布等等以消除“瓶颈”，有利于实现“柔性”生产。 2．2．3 布线设计应考虑生产工艺特点及生产组织方式。 铸造车间生产班次多、工序杂、物流量大，系统设计时应充分考虑生产组织方式及物流顺序，尽力避免空间交叉，为生产组织创造条件。一些工艺因素也应重点考虑，无定型产品的铸造车间应考虑不同工艺对设备的要求，如单一砂输送还是混合砂输送等，以满足车间对不同用户的需求。 2．2．4 系统控制应满足铸工车间环境及生产特点的要求。 自硬砂设备系统性强，对控制要求较高，但控制点分布较杂，天上地下，东南西北，在系统设计时应根据检测控制点的位置合理布置控制开关，以利于设备调试、维修及安全保护。 2．2．5 体现“以人为本”原则，适应生产条件及生产特点。 从投产后的设备管理角度来讲，人应该适应机器的要求，而从系统设计角度，应该充分考虑铸造车间特有的生产条件、生产特点及人员素质，为以后的生产及操作维护提供方便条件，如设备的防碰撞问题、维修空间、废弃物料的排放清运等等，考虑不周往往造成后患。 3．自硬砂混砂机 作为造型作业前的最后一道工序，混砂机无疑是关键的工艺设备，也是工人操作最频繁、对生产及质量影响最直接的设备。一般连续式自硬砂混砂机在结构上大同小异，但须根据混砂工艺要求及使用粘结剂种类的不同，对相关环节作相应的调整，以满足工艺要求。因而更应该重视混砂机的选择。 3．1 工艺适应性是选择混砂机的首要问题。 工艺适应性包括粘结剂种类及加入方式、砂的种类及加入方式（新旧砂比例是否变化、生产率是否调整）、以及混砂效果等。就砂的种类及加入方式来讲，生产中有用一台混砂机即混制石英砂，又混制铬铁矿砂（比如一些铸钢件的生产），也有在填砂过程中对新旧砂比例进行自动调整，有的在加入粘结剂之前加入粉状料（防尘粘砂或提高溃散性）等，这些均对混砂机的控制、结构、大臂输送形式等提出了较高要求，有的混砂机由于结构、控制等满足不了要求造成砂种混杂、定量不准等，从而产生废品，影响生产。 生产实践表明，粘结剂的种类及加入方式是体现混砂机工艺适应性的关键，因而设备生产厂家必须对用户使用粘结剂的化学成分、性能特点（粘度、密度、温度敏感性、腐蚀性能、加入方式、加入量要求）等有详细的了解。如脂硬化水玻璃砂工艺有用两种脂、有用一种脂，两种脂有分别加入的，也有按一定比例加入的；Pep—set工艺也是类似的情况，但由于加入量原因对液料系统要求更高；有些粘结剂如碱酚醛树脂由于生产厂家不同，粘结剂组分不同，对液料系统的材质要求就有区别；有的粘结剂的粘度温度敏感性较强，需要进行恒温控制等等。这些因素在混砂机选择时必须予以考虑。 混砂效果主要是混砂均匀性、头尾砂多少、铸型强度等，其重要性显而易见。 3．2 工作可靠性是衡量混砂机质量的主要标准。 连续式混砂机直接进行填砂作业，可靠性是否高直接影响生产效率及生产成本，因而对加工质量、配置水平、电气控制均提出较高的要求。基础元件的可靠性怎样，能否实现良好的人机对话、是否适应工人素质要求、操作维修是否简单等应该重点考虑。同时由于工人与之接触最多，安全联锁控制尤为重要，否则易造成安全事故，这是有过血的教训的。为降低造价而不考虑安全联锁，是对用户及职工人身安全极不负责任的态度。 3．3 好的混砂机应能适应不同质量的再生砂，在降低粘结剂消耗的情况下，保证混砂质量。 众所周知，粘结剂加入量的多少是影响自硬砂工艺成本的关键因素，而除再生砂质量外，混砂机设计水平也对加入量有较大影响。我们知道，自硬砂在再生过程中一般脱膜率只有40%左右，在其以后的输送及运动过程中均会脱膜，加之有的再生设备本身风选不彻底而造成微粉含量的累加。微粉含量增加，表面积加大，在获得同样强度要求的情况下无疑会造成粘结剂加入量的增多，砂型透气性降低的同时还增加了生产成本，这是一些厂家粘结剂加入量居高不下、废品较多的重要原因。实际上树脂加入量增多不仅会增加成本，还会造成一个恶性循环：树脂加入量大→再生困难→发气量大→增加新砂加入量→树脂加入量加大。因此粘结剂加入量的大小，实际体现一个车间的设备水平及管理水平，应引进足够的重视。 德国专利技术在混砂机加入粘结剂之前，增加了一个对再生砂进行二次沸腾除尘的装置，同时设置了面背砂自动切换装置，很好地解决了微粉含量高、表面积大、树脂加入量多的问题，提高混砂机工艺保证性的同时，可有效降低粘结剂加入量（10%以上），既降低了生产成本，又保证了砂型质量，为自硬砂车间的良好循环打下基础。采用这种混砂机，一般树脂加入量在0.9%以下即可满足浇注强度要求，每吨铸件节约成本60元左右，同时对再生砂的适应性进一步提高。无锡某铸造车间采用德国ECO公司设备，涨箱及气孔缺陷时常发生，其分析是由于再生砂微粉含量高造成的，仅更换混砂机后，同样的再生砂，再也没有出现类似缺陷，可见混砂机对砂型质量的影响之大。某车辆厂在改造过程中，原用某公司的再生设备没动，仅更换混砂机后，同样的强度要求下，粘结剂加入量减少达30%，充分说明了混砂机选择的重要性。 4、关于自硬砂造型线 随着出口铸件的增多及国内市场需求的旺盛，近两年自动化自硬砂造型线的需求逐步增多，一般应用于中等批量铸件生产。目前，国内自硬砂造型线根据铸件特点及生产批量的不同主要有三种形式：第一，线上完成自动造型（包括填砂、振实、硬化），线下翻箱、起模；第二，在线上完成造型、起模、流涂、烘干，线下合箱浇注；第三种则是在线上完成所有生产工序，直至铸件落砂。第一种情况主要适用于较大铸件的小批量生产，同时生产的铸件的种类也较多，只是提高了造型作业效率和设备利用率。第二种情况在一般批量的铸件生产上应用较多，且铸件种类较多，有脱箱造型，也有有箱造型，线的适应面较广，机动性强。第三种情况适用于较大批量生产，铸件品种单一，如高压开关行业的铝铸件生产、阀门铸件、摇枕侧架等，脱箱造型及有箱造型均有。 造型线的生产率可以达到每小时15整箱，进一步提高生产率由于硬化工艺要求及现有基础元件限制，空间不大。采用pep-set工艺从事小件生产时，生产率可适当提高。铸型宽度一般在500～2000之间，重量从300㎏～7500㎏，一般能满足铸造生产要求。我公司三种造型线均有生产，均达到技术要求，用户表示满意。从前期市场调研及生产实践来看，有几点体会： （1）自硬砂造型线与工艺关系更为密切，造型的布局、设计、控制必须牢牢与铸件特点及工艺要求相结合。对工艺掌握多少，在设计及控制中能否准确体现工艺要求，是造型线能否成功的关键。一些布线设计人员对工艺知之甚少，不考虑用户生产特点，仅按常规进行布局，众人一面，造成后续生产被动，投产伊始就要进行大的改动，这在国内有很多例子，应引以为戒。 （2）造型线生产量大，设备利用率高，对另件加工及装配质量提出了更高要求，如回转翻箱起模机、自动合箱机等，没有完整的生产工序及高精度的加工装备保证，在使用过程中往往易出现机械故障，而影响车间生产。因此要求生产厂必须有良好的管理水平及加工装备。 （3）良好的配置水平是保证造型线正常进行的关键。造型线机、电、液一体化，自动化程度高，因此必须保证基础元件如液压系统，电器控制及检测元件、轴承电机等的高水平配置，否则难以保证生产的正常进行，影响设备发挥效率。 以上只是根据几年来的生产实践，谈了一些粗浅看法，不当之处，请各位专家同仁指正。

浅谈风力发电铸件的铸造工艺 摘要：笔者讲述了风力发电的轮毂在铸造方面容易造成石墨畸变、球数减少、组织粗大、石墨飘浮、化学成分偏析、缩松等问题。怎样从造型、熔炼浇注工艺等方面来解决这些问题。保证风力发电的轮毂、底座的铸造质量。 关键词：轮毂、低温冲击值、球状石墨数、铁素体、石墨畸变、控制钛。 风力发电设备的底座、装置叶片的轮毂、齿轮箱、机械台架等都是铸造件。1-2MW的机组需15-35吨铸件。风力发电设备的铸件都是要求很高的铁素体球墨铸铁件，其材质在欧洲都是用EN-GJS-400-18U-LT，DINEN 1563或比其更高规格的球墨铸铁，应有良好的抗拉强度、伸长率和刚度，而且还要求在零下20℃的夏氏V形切口的冲击韧度平均为10J。风电设备铸件要具有在低温下的高冲击强度，而且随着风力发电设备大型化的发展，要求愈来愈高，需要厚300mm以上的形状更为复杂的大型铸件等。制造应用于风力发电设备的铸件是很困难的，要全面控制化学成分、显微组织、力学性能，为此，硅和磷要调整到很低，合金元素含量要低，而球化率要高。其构成的部件必须经过严格的超声波探伤、磁粉探伤和着色渗透探伤。装置叶片的轮毂要在开螺纹孔时从铸件本体取出试样检验，若查出有不符合规定的球状石墨的踪迹，这个轮毂即为不良品。因此在生产过程中要认真进行控制。要制造符合要求的合格的风力发电设备的铸件绝不是轻而易举的，要真正了解其要求、掌握生产技术，严格控制生产工艺过程。 风电球铁件在生产时，由于断面过厚，冷却速度缓慢，因而凝固时间过长，在铸件厚壁中心或热节处容易造成石墨畸变、球数减少、组织粗大、石墨飘浮和化学成分偏析等问题。因而导致铸件的机械性能下降，尤其是韧性更为明显，给大断面铸件的铸造带来一定困难。因此我依据中国特有的实际状况浅析风电铸件的造型工艺，熔炼与球化工艺。 一、风力发电球铁件的材质标准 风力发电球铁件的材质欧洲标准EN-GJS-400-18LT，抗拉强度≥400Mpa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥18%，低温冲击值-20℃，三个试样平均值12 J/cm2，个别值允许9 J/cm2，铸件重量一般在10吨以上，壁厚大约在100-180mm渐变, 金相基体组织要求： 球化率应在90%以上；球状石墨数应大于100个/mm2；100%的铁素体，生产中选择高纯的原材料是非常必要的，原材料中的Si、Mn、S、P含量要少（Si<1.0%, Mn<0.2% S<0.02%, P<0.025%），对Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、V、W等一些合金元素要严格控制含量。钛对球化影响很大应加以控制，钛高是我国生铁的特点,解决的方法是在炉料中配入一定比例的QIT生铁，来稀释铁水的钛含量，同时也稀释所有促进碳化物的正偏析元素。 对铸件所有部位要进行磁粉探伤和超声波探伤检查，缺陷不允许超过规定的标准等级。 铸件外表、粗糙度、非金属夹杂、气孔等都不能超过规定值范围。 二、产品概况 目前我国生产风力发电的轮毂、底座的铸造厂有二十多家，但成品率在95% 以上却没有几家。由于轮毂、底座断面过厚，冷却速度缓慢，因而凝固时间过长，在铸件法兰或热节处容易造成石墨畸变、球数减少、组织粗大、石墨飘浮、化学成分偏析、缩松等问题。笔者针对这些缺陷进行分析。 轮毂主要尺寸为3175㎜、主要壁厚150㎜；材料牌号QT400-18L；毛重12300㎏；出铁液重约17500㎏。 三、主要技术要求 1、力学性能要求：抗拉强度≥400MPa，屈服强度≥250MPa；室温伸长率≥18％；低温冲击韧度（-20℃）＞12J/cm2；提供附铸试块作检测用。 2、不允许有缩松、裂纹、夹渣、缺角等缺陷，用呋喃树脂砂型铸造。 3、铸件应进行局部磁粉探伤、超声波探伤检查，在各对接孔的区域做X光探伤，并提供探伤报告。 4、铸件尺寸及加工余量应按标准符合图纸尺寸要求，壁厚应均匀，不加工的壁厚公差为±5㎜。 四、对原材料的技术要求 原材料中的Si、Mn、S、P含量要少（Si<0.9%, Mn<0.3% 、S<0.025%, P<0.04%），对Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、V、W等一些合金元素要严格控制含量。钛控制在0.04%以下 1、生铁：采用中国优质生铁。生铁化学成分微量元素控制总和≤0.10。 2、废钢：采用碳素废钢。质量要求：（1）、所有废钢不得混入污物。有色金属或任何类别的外来材料，不得有过量的铁锈和腐蚀。（2）、P、S含量均不大于0.040℅。Ni的质量分数不大于0.2℅，Cr的质量分数不大于0.1℅。Cu的质量分数不大于0.1℅。 3、球化剂：球化剂采用52%龙钇钇基重稀土球化剂DY-7B和48%埃肯5800低硅轻稀土的混合料。 4、孕育剂：采用硅钡孕育剂，一次孕育粒度20㎜～30㎜（预先烘烤），随流孕育粒度1㎜～2㎜（预先烘烤）。孕育剂要求具有强烈的促进石墨化作用，并能维持时间较长，吸收率高而稳定，所以孕育分为炉前孕育和瞬时孕育，两者缺一不可。炉前使用含Ba的防衰退，长效孕育剂，浇注随流使用特殊成分的孕育剂，主要是表面活性元素的应用，其中应用于风力发电铸件时配入适量Bi元素，即改善断面中心部位的球化状况，使得球径小，球数多，并能提高铁素体含量，提高铸态性能。 五、主要工艺方案 1、造型工艺 （1）、浇注系统 采用底注浇注系统，为了增加冲型速度，使型腔温差减少，我们采用二个直浇道。铁液平稳进入型腔；直浇道￠110㎜；横浇道厚度为50㎜；内浇道为披风式厚度为20㎜；顶部设瓶式冒口；冒口尺寸为￠350㎜×700㎜3个。 （2）、壁厚偏差和避免质量控制 采用呋喃树脂自硬砂和相应的醇基涂料，保证尺寸精度和表面质量；采用定位芯头，下芯时检查样板，以保证提高尺寸精度。 （3）、为了保证型砂强度和发气量，外型和芯子在前一天做好，第二天配模。 2、熔炼及浇注工艺 （1）、球化剂：Mg使球墨圆整，对大断面球铁能减缓球化衰退，Mg阻碍石墨析出，残Mg量高，增加收缩和脆性，Mg易氧化，在铁水表面形成氧化膜，进入砂型易使铸件产生夹渣和皮下气孔。残Mg量应控制在保证球化的前提下越低越好，但我们考虑大件凝固时间长，应提高抗衰退能力，Mg量应高些，使最终含Mg控制在0.04-0.06%。 （2）、稀土：RE是通过抵消干扰元素的有害作用，而间接地起球化作用，但在厚大铸件中，RE留量高容易造成碎块状石墨增多。为了提高抗衰退能力，所以采用混合球化剂，既可以保证起球化作用的Mg的含量，同时也可以保持较高的抗衰退能力。在球化处理时，为了提高镁的吸收率，控制反应速度及提高球化效果，采用特有的球化工艺。对球化处理的控制，主要是在反应速度上进行控制，控制球化反应时间在1.5-2分钟左右，RE我们一般控制在0.025%以下 （3）、为保证铁液质量，要求炉膛内洁净，无残留铁液。利用直读光谱仪、热分析仪进行炉前快速分析和炉后分析。 （4）、根据化学成分和组织要求，采用国内优质生铁，碳素废钢，要求无泥砂和油污。采用高的过热温度，提高金属液的纯净度，即在出炉温度的基础上增加30℃～40℃的过热。 （5）、熔化工艺 我们用优质生铁启炉；熔清后加入碳素废钢；炉内铁液温度在（1460±10）℃时，停电、用去渣剂进行扒渣处理、并进行原铁水成分化验，检测C、Si、P、S、Mn含量。根据炉前分析结果来调整炉内原铁液化学成分。继续提温至1520±5℃停电降温，再次取炉前试样，检测C、Si、P、S、Mn含量。当炉内温度降至1440℃-1450℃出炉，冲入铁水包进行球化处理，要求原铁液化学成分：C3.6％～3.75％；Si0.8％～1.0％；Mn≤0.25％；P≤0.025％；S≤0.02％；铸件终成分控制： C3.52-3.65 %，Si1.9-2.00 %，Mn0.15-0.20 %，S≤0.015 %，P≤0.03 %，Sb0.008-0.010 %， 残余Mg0.040-0.055 %，残余RE≤0.025 %； （6）、球化孕育处理过程 球化采用堤坝冲入法，将5-30mm粒度的钇基重稀土球化剂52%+轻稀土球化剂48%放入用20吨的处理包底的一侧的凹槽内，加入量1.65 %，略加紧实，上面覆盖孕育剂总量的0.4%，上面再加入覆盖剂。铁水冲入另一侧，当炉内温度降至1440℃-1450℃出炉，冲入铁水进行球化处理，同时将粒度为5-12mm炉前孕育剂随铁水流入冲入铁水包（或在包内另一质）加入量0.3%，进行铁水孕育，反应时间应在1.5分钟左右，待反应将结束后扒渣2-3次。 （7）、浇注工艺 厚大断面铸件的特点是低温处理、低温浇注， Ca元素可以比常规产品较低，在电炉熔炼的条件下，可控制在1.5%以下，以适当地脱氧、脱硫，Ca的溶解性差，很容易形成夹渣等铸造缺陷；因此，必须有针对性的成份考虑，一方面延缓球化衰退，另一方面促进异质形核。 我们在铸件浇口上设置专用18吨定量包，为加强孕育在定量包内预埋4块150×100×50的定制孕育块（或者在定量包底内加入孕育剂总量的0.2%），浇注温度1310℃-1320℃（定量包内拔塞拔出温度），一边浇注，一边将粒度为1-3mm瞬时孕育剂通过特制的漏斗随流加入，加入量0.1%，依据浇注时间控制瞬时孕育剂的加入速度。为进一步保证铸件质量，工艺规定浇注时要有一定的多余铁水从冒口溢流出去。然后在冒口表面覆盖保温剂。浇注结束后在150-160小时，即铸件温度约250℃以下开箱。 3、清理 清除浇冒口、分型面及芯头披缝，同时打磨。铸件表面粗糙度要达到Ra12.5-25。 清理工序清理后的铸件，经检查员检查合格，按规定的颜色涂上合格标记，产品库负责 对入库铸件的检验标记进行检查，无标记或标记不清的铸件应拒绝入库。 六、我公司风力发电用球墨铸铁主要研究 1、铸造过程数值模拟： 球铁由于其糊状凝固的特征决定所生产的铸铁由于补缩不良经常产生缩孔、缩松等缺陷，为了能在铸件生产以前预测这些缺陷情况，我们开展了铸造过程数值模拟．铸造过程数值模拟是使用数值模拟技术，在计算机虚拟的环境下模拟实际铸件形成过程，包括金属液体的充型过程、冷却凝固过程、应力形成过程、判断成型过程中主要因素的影响程度，预测组织、性能和可能出现的缺陷，为优化工艺减少废品提供依据。 2、低温冲击性能： 风力发电机铸件要求要求铸件在低温-20℃和-40℃环境下有较好的冲击性能。在我国由于原材料纯度上与发达国家有很大的差异，球化干挠元素和碳化物形成元素含量高，难以达到金相组织要求。采用进口生铁，成本很高，由于运输原因，也难保证供货。所以，采用国产材料、研究适合国内生产条件的工艺技术，是我们无法避开的课题。国内也只有少数几家在做这方面的研究。我们公司已经能稳定地达到标准规定的机械性能。 3、无损检测技术： 对于球墨铸件的内部缺陷, 常用的无损检测方法是射线检测和超声检测。其中射线检测效最好,它能够得到反映内部缺陷种类、形状、大小和分布情况的直观图像, 但对于厚大型的铸件, 超声检测是很有效的, 可以比较精确地测出内部缺陷的位置、当量大小和分布情况。 超声检测技术不仅可用于球墨铸铁内部缺陷的检测, 也可用于球墨铸铁球化质量的评定，球墨铸铁的力学性能与石墨球化率相关, 球化率越高, 机械性能越好, 而且声波传播速度也越高,通过测定超声波传播速度，就可以判别铸件的球化级别。达到无损快速的目的。 七、生产过程中的分析与总结 1、应选用纯净度高的炉料，铁液中杂质越少越好； 2、铁水成分方面：生产风力发电铸件时，控制要点是低CE、低Mn、S、P以及尽可能低的Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、V等，残余Mg要高、残余RE要低； 3、球化处理方面：低温处理、低温浇注、多次孕育、瞬时孕育是关键； 4、采用混合球化剂、比使用单一的轻稀土球化剂以及常规孕育如硅铁，球化率、石墨数量提高，尤其是中心部位的石墨畸变几率大大减少，组织相对致密，铸件综合机械性能相应提高； 5、球化处理时，球化沸腾反应持续多长时间为好？ 球化处理时，球化反应非常剧烈，除了强烈闪光外还有铁液沸腾喷溅。这时，除了球化剂的氧化烧损外，在铁液内部进行着强烈的脱氧脱硫反应。铁液中的硫和氧，除了以微量元素的高熔点化合物质点形式存在而起有力作用之外，大部分多余的硫，氧含量在铁液中以溶解的状态存在，它们是使石墨不能成球的主要因素，它们封住石墨螺旋位错的生长台阶，阻碍晶向的生长，通过层叠错位造成旋转孪晶，促使石墨沿孪晶的不灭台阶侧向分枝生长成片状。因此，铁液的充分脱氧后的充分脱硫是保证石墨良好球化的先决条件，通常沸腾反应持续1-2分钟。如果反应过快，从一出铁就开始沸腾，而且持续时间不足半分钟，则可以肯定会导致球化不良。为此，在生产中要注意反应持续时间，此段时间不可太短。 八、结束语 由于风力发电机工作环境的特殊性（高空，部分时间工作于低温下），因此维修非常困难，并且代价非常高，因此对铸件内在质量及机械性能要求极为严格；解析铸造生产全过程，其核心环节是熔炼合格的铁水，注到合格的铸型中成形，合格的铸型主要保证铸件的形状和尺寸精度。合格的铁水内在质量，是保证铸件的使用性能，保证使用寿命，使用的可靠性。故铁水的熔炼质量是铸造生产过程中的关键环节。 有些工厂对检测手段很不重视。我曾到一个厂，看到一份质检报告中简单地写了“石墨形态A 型”，而调出样品在显微镜下观察才发现,试样中A 型石墨只有52% 。宏观不直度( 直线度) 本来应该是检测项目，但大多数企业都未能提供检测数据，据我看来，大平面铸件能达到每米长度上的不直度≤1. 5mm 的为数不多。表面粗糙度一般不是必检项目，但铸造厂应自行控制。由于不是必检项目，就不做了。对于这项质量指标，大多数企业都不予理睬的。 目前我国铸件产量很大，但其铸件在国际上的竞争能力还有待加强。现在我们不是喊口号，空谈什么“达到国际先进水平”。不少企业挂出了“研究开发中心” “某某大学试验基地”等的牌子，实际上连企业的基础铸造技术工作都不做，这种徒有虚名的情况应尽快改变。