铸钢件表面质量提升工艺改进研究
贾旭1，刘健明2，姜伟航2
2.江苏朗锐茂达铸造有限公司，江苏江阴214445）
关键词：铸钢件；表面质量；工艺改进
密接式车钩属于典型的薄壁框型铸件，主要壁厚12mm，铸件中间空腔结构由一个整体坭芯形成，如图1 所示。铸件材质为公司自主研发的低碳合金钢ZG18MnNiV。采用酯硬化水玻璃砂进行造型、制芯，砂型表面均采用醇基锆英粉涂料进行刷涂。砂型通过表干炉烘干后进行合箱，12h 内完成浇注。钢水采用中频感应炉进行熔炼，使用底注式钢包进行浇注，初始浇注温度不低于1565℃。
主要采用铬铁矿砂、碱酚醛树脂砂、酚脲烷自硬树脂砂、覆膜砂等不同型砂作为车钩内腔坭芯的成型材料，外模制作工艺不变，其余铸造工艺参数（浇冒口、冷铁、浇注温度等）保持不变，通过铸件浇注试验，查看铸件的表面质量情况。
原砂采用笔者公司使用的硅砂，粒度40/70目，SiO2含量不小于96%，树脂采用国内某知名厂家生产的酚脲烷自硬树脂，树脂共2 种组份，Ⅰ组份型号为NP-101HB、Ⅱ组份型号为NP- 102HB，催化剂型号为NP103。按照推荐比例进行型砂混制，具体如下：树脂Ⅰ组份占原砂重量的0.75%，树脂Ⅱ组份占原砂重量的0.65%，催化剂占树脂Ⅰ组份的1%，铁红加入量为原砂的3%。
坭芯制作过程：首先进行原砂称重，放入碗型混砂机，准备树脂Ⅰ组份和Ⅱ组份。将催化剂加入Ⅰ组份后放入混砂机中，启动后放入Ⅱ组份，混制时间30s。混好后进行坭芯制作，坭芯制作完成后第二天表面刷2 遍涂料，吊进表干炉进行烘烤，时间20min 左右。然后进行落芯、合箱。按照熔炼工艺进行浇注，试验铸件的浇注顺序为第二箱和最后一箱。
原砂采用铬铁矿砂，粒度50/100 目，采用改性水玻璃、有机酯进行混制。根据公司规定的配比进行型砂混制，具体如下：水玻璃占原砂重量的2.5%，有机酯占水玻璃重量的15%。
坭芯制作过程：首先进行原砂称重，放入碗型混砂机，准备改性水玻璃和有机酯，将有机酯放入混砂机中，启动后混制时间30s，接着放入水玻璃进行混制30s，混好后进行坭芯制作。坭芯制作完成后第二天表面刷2 遍涂料，吊进表干炉进行烘烤，表干温度200℃，时间40~50min。然后进行落芯、合箱，按照工艺要求进行浇注，试验铸件的浇注顺序为第二箱和最后一箱。
原砂采用宝珠砂，角形系数1.06，耐火度≥1800℃，密度（1.95~2.05）g/cm3，主要成分为Al2O3和SiO2，热膨胀率0.13%，原砂粒度40/50 目，宝珠砂的水分为0.16%。宝珠砂40、50 两筛集中度达到93%，粒度较为集中，具体数据见表1。粘结剂和固化剂采用笔者公司使用的改性水玻璃、有机酯。根据公司规定的配比进行型砂混制，具体如下：水玻璃占原砂重量的2.5%，有机酯占水玻璃重量的15%。
坭芯制作过程：首先进行原砂称重，放入碗型混砂机，准备水玻璃和有机酯，将有机酯放入混砂机中，启动后混制时间30s，接着放入水玻璃进行混制30s，混好后进行坭芯制作。坭芯制作完成后第二天表面刷2 遍涂料，吊进表干炉进行烘烤，表干温度200℃，时间1h。然后进行落芯、合箱，按照工艺要求进行浇注，试验铸件的浇注顺序为第二箱和最后一箱。
原砂采用笔者公司使用的硅砂，粒度40/70目，树脂采用国内某知名厂家生产的铸造用碱性酚醛树脂及固化剂，树脂型号为JF- 103D，固化剂型号HQG20。按照比例进行型砂混制，具体如下：树脂组份占原砂重量的1.5%，固化剂占树脂重量的25%。
坭芯制作过程：首先进行原砂称重，放入碗型混砂机，准备树脂和固化剂。先将固化剂放入碗型混砂机中，启动后混制30s，再放入树脂，再次混制30s 后放砂进行坭芯制作。坭芯制作完成后第二天表面刷2 遍涂料，吊进表干炉进行烘烤，表干温度150℃，表干时间1h。然后进行落芯、合箱，按照工艺要求进行浇注，试验铸件的浇注顺序为第二箱和最后一箱。
铸件浇注后按照工艺规定的时间进行开箱，开箱后震动落砂机进行清砂，内腔未掉落砂块使用机械工具进行辅助清理，清理后使用吊挂式抛丸机进行抛丸处理，观察铸件的内腔表面情况，各种试验方案的内腔表面质量如下图3~6 所示。
为验证工艺方案的稳定性，进行产品的小批量试验。结合前期覆膜砂试验的情况，进行覆膜砂模具的设计及制作。坭芯制作完成后需在200℃条件下烘烤1.5h，表面刷涂料一遍。清除芯头部位涂料淤积，进行落芯、合箱，共浇注密接式车钩试验20 件。铸件开箱后进行清砂、切割浇冒口、抛丸等工序，查看铸件内腔表面质量情况，无浇不足、冷隔、裂纹、褶皱、气孔等表面缺陷。车钩表面处理后进行磁粉探伤、射线探伤，均满足要求。经过尺寸检查与加工验证，铸件尺寸均满足要求。
（1）使用覆膜砂作为铸钢件的砂型材料，不仅可以解决铸钢件的冷隔、褶皱等表面铸造缺陷，而且可以提升表面粗糙度，较好地提高铸钢件的表面质量。
