大批量铸件生产中砂处理的过程控制

大批量铸件生产中砂处理的过程控制

天津一汽夏利汽车股份公司内燃机制造分公司

刘劲虹

摘要：本文主要介绍了在大批量发动机缸体铸造中，如何控制好砂处理各项指标，通过指标化管理，从纷繁的数据中摸索规律，找到适合自己生产线特点的工艺参数，从而制定标准，达到稳定铸件质量的目的。

关键词：粘土湿砂型、参数控制、柔和

引言：投身铸造行业已经十年有余，从刚开始的一知半解，到逐渐的深入，从第一感觉的脏乱差，到践行丰田管理的不断改善，慢慢地体会到其中的博大精深，铸造在中国已经有了几千年的历史，如何在我们这代人手上得以继承和发扬，是我们每一个铸造人都应为之努力奋斗的终极目标，铸造本身涉及的相关行业十分广泛，其中包括机械、电子、化工等集多种学科为一体的综合专业，每一个铸造工序都涵盖了大量的技术与知识，铸造的废品率既关系到企业利益，也关系到中国是否能走向铸造强国的根本大事，而型砂质量问题又是决定铸件废品率的关键因素，所以控制好型砂是我们必须面对的重要问题。

提起型砂，我们脑海中自然会联想起一系列的数据，CB值、水分、强度、透气性、破碎指数、灼烧减量、有效煤粉、有效膨润土、含泥量等等，一时间脑袋发大，容易晕头转向，其中任意一个指标拿出来都能写出几千字的论文，而事物总是在变化当中，型砂好比一匹野马，任意一碾子型砂我有理由认为都是不同的，而如何处理这些纷

繁的数据，理解它们之间的联系，驾驭好这匹野马，是我们应该做的工作，其总体思路应该是化繁为简，以简驭繁。

丰田管理方式实际上就很好的贯彻了这一思路，在他们的生产车间里看不见很多的技术人员，然而废品保持的很低，这很值得我们去思考。首先我先说说原材料的问题。膨润土、煤粉、淀粉是型砂使用的主要辅料，在原材料方面我的意见是使用优质的，即便价格贵点，相比废品的损失还是划算的，源头控制住了，我们就会发现，膨润土的吸蓝量、膨润值变得十分稳定，在CB值和有效膨润土一定下，湿压强度和热湿拉强度变得十分稳定，煤粉、淀粉亦是如此，我就不一一赘述了，总之在铁水与型砂接触后，我们并不清楚发生了什么，它很复杂，这就叫繁，但是我们通过经验或一系列的实验知道什么样的铁水与什么样的型砂反应后出来好的铸件这就相对简单，然后通过有效的数据控制型砂与铁水就叫以简驭繁。

下面我所要讲述的就是这个简化过程，我厂主要生产的是汽缸体与之配件，当然是一家之谈，每个厂家都有各自的实际情况，我不能以偏概全，但总体的砂处理工艺与思路应是一致的。

自动化的砂处理生产线，最终控制型砂是否合格都是以CB值为标准的，虽然它模拟了人手紧实型砂的压缩过程，但我们发现同样CB值的情况下，型砂的性能会有很大的差别，其手感是机器所不能模拟的，通过一段时间的积累，我感觉好用的砂是柔而不粘的，其实说起来简单，但实际要做到这一点并不容易。其工作应该做在砂处理生产线以

外的型砂实验室，以及砂子在进入混砂机之前。所谓的柔和感觉实际上是煤粉、膨润土、以及粉尘的综合作用，当我们所确定的含泥量偏低时，我们会感觉到砂子与手之间的摩擦会加大，有一种粗糙的感觉，这种砂子实际上保水性能差，容易形成砂眼缺陷；当我们膨润土设置偏高，CB偏高时，砂子会沾手，而且强度很高也很粘，这时的砂子容易多发气孔类缺陷。虽然手感判断在手工造型中应用广泛，显然在大批量生产中会受到很大制约，所以能够把这种柔而不粘的砂子稳定一致的处理出来，把所有的参数固定下来才是我们需要做的工作。下面我就以三家主要生产

汽车发动机缸体的砂处理控制指标作简要介绍。

表中只是显示三个厂家的控制中值，从中也会发现同样是生产发动机的厂家，指标有很大的差距，说明每个厂家都有自己生产的实际情况，绝不能照抄照搬，从中选择思路、参考就好，铸造的指标都是一个范围，范围之内就是可控的，范围之外就容易出问题。姑且不论哪种指标更好，我们要做的首要工作是怎样使这些指标可控。

谈到控制指标我们不可能脱离设备来谈，设备是基础、是硬件而工艺参数是保障是软件。两者相辅相成。

首先，我们要做的是稳定CB值与水分，控制好两者比例，这是整个砂处理控制的核心，要想在造型处达到理想的CB值首先要控制砂温，也就是砂的安定，从混砂机到造型线CB值多多少少都会有所损失，我们要做的就是使这种损失最小，要想达到目的，就必须做到进入混砂机前的旧砂温度足够低，水分足够稳定。这就牵扯到整个砂处理系统的加水冷却系统，我们知道要想使热砂降温就必须加水以散发热量，简单的加水，效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发，才能有效地冷却。

以下，给出一个简略的计算比较：

型砂的比热大致是：9.22×102J/kg·℃，

水的比热是：4.19×103J/kg·℃，

水的蒸发热是：2.26×106J/kg，

1吨砂中加20℃的水10kg（加水1%），使其温度升到80℃，所能带走的热量为4.19×103×10×60，即25.14×105J。

1吨砂温度降低1℃，需散热9.22×102×1000 J，即9.22×105 J。所以，在旧砂中加水1%，只能使温度降低2.72℃。

使1吨砂中的水分蒸发1%（10kg），能带走的热量为2.26×107J，却可使砂温降低24.5℃。

以上的分析表明：简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水，冷却效果是

很差的。即使加水后向砂表面吹风，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均匀，然后向松散的砂吹风，使水分迅速蒸发，同时将蒸汽排除。

目前，型砂冷却装置的品种、规格很多，主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等，都是利用水分蒸发冷却型砂。其中，常州法迪尔克的双盘冷却器无论在工艺保障和设备可靠稳定性方面都有出色的表现。

温度降下来了，下一步就需要确定进入混砂机前的水分控制，我厂控制的水分是1.8%，而天津丰田（TFTE）则控制在2.5% ,之所以有这么大的差距，是由于我厂生产的缸体比丰田要多得多，每天我们使用30吨的覆膜砂，我们不但不会加新砂反而型砂排废就有10吨，大量的覆膜砂进入型砂系统对整个砂系统是一种考验，它会冲淡型砂，大量的未烧损的或半烧损的覆膜砂使得含泥量偏低，粘土团难以发挥作用，CB/水分大约在13左右，偏高，型砂敏感度偏大，造型处CB值不稳定，也就是说假设同样要得到38的CB值，我厂的水分就只能是2.8%，而丰田就能加到3.8%的水，为克服此缺点我们采取了以下措施：

1、在砂系统中增加预混。

2、在终混处加入0.1%的淀粉。

3、选用300吨的砂仓，增加循环时间，使旧砂熟化。

4、旧砂水分严格控制，不得低于1.8%