制動(dòng)鼓砂眼缺陷的控制

張百堂，陳海生，盧吉成

（1.廣東富華鑄鍛有限公司，廣東新會(huì) 529147；2.濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司，山東濟(jì)南 250200）

制動(dòng)鼓砂眼缺陷的控制

張百堂1，陳海生2，盧吉成1

（1.廣東富華鑄鍛有限公司，廣東新會(huì) 529147；2.濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司，山東濟(jì)南 250200）

在一條新的KW靜壓自動(dòng)線正式投產(chǎn)不久，其所生產(chǎn)的制動(dòng)鼓漸次發(fā)生了批量砂眼缺陷，因砂眼量多且孔大而導(dǎo)致報(bào)廢。依據(jù)砂眼的特點(diǎn)與產(chǎn)生機(jī)理，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)縝密的排查，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的根源。通過(guò)采取對(duì)應(yīng)措施，控制了鑄件砂眼，使生產(chǎn)回到正常狀態(tài)。各級(jí)人員必須對(duì)型砂品質(zhì)與過(guò)程品質(zhì)的波動(dòng)高度重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程異常并及時(shí)調(diào)整型砂各指標(biāo)使其與產(chǎn)品品質(zhì)形成一一對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系；嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律，不輕易變更操作過(guò)程；建立健全必要的型砂性能檢測(cè)機(jī)制，是鑄件砂眼得以控制并持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。

砂眼；鑄件品質(zhì)；控制

某公司安裝了一條KW靜壓自動(dòng)線并全線生產(chǎn)汽車灰鐵材質(zhì)的系列制動(dòng)鼓，在投產(chǎn)初期毛坯外觀粗糙度低，無(wú)氣孔、砂眼等缺陷，鑄件品質(zhì)一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足了主機(jī)廠對(duì)制動(dòng)鼓的品質(zhì)要求，深得客戶好評(píng)。然而新線運(yùn)行到大約3個(gè)月的時(shí)候，出現(xiàn)了中型規(guī)格的制動(dòng)鼓無(wú)規(guī)律的局部粘砂，在毛坯圓弧過(guò)渡區(qū)域同時(shí)發(fā)生了局部無(wú)規(guī)律的中型規(guī)格制動(dòng)鼓倒扒?，F(xiàn)象（圖1），實(shí)為型砂反彈拉裂所致。由于這些缺陷面積小、數(shù)量少、危害程度輕，因而并沒(méi)有引起足夠重視，但是隨著車間更換生產(chǎn)大規(guī)格制動(dòng)鼓后，大規(guī)格制動(dòng)鼓發(fā)生圖2砂眼缺陷，且逐漸增多起來(lái)，直到某一天砂眼鑄件量突然占到當(dāng)日生產(chǎn)量的約10%時(shí)，才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的嚴(yán)重性。

圖1 中型規(guī)格的制動(dòng)鼓局部粘砂（左）和倒扒模（右）缺陷

圖2 大規(guī)格制動(dòng)鼓砂眼

1 砂眼特征與砂子來(lái)源

1.1 砂眼特征

在鑄件表面或內(nèi)部包容著砂粒的孔穴，稱之為砂眼。根據(jù)其位置可分為表面砂眼與內(nèi)部砂眼，表面砂眼直接可以目測(cè)識(shí)別，而內(nèi)部砂眼需要超聲波、射線探傷或者加工后才能發(fā)現(xiàn)[1]。其形狀極不規(guī)則，內(nèi)腔不像比較光滑的氣孔孔洞那樣，也不像縮孔縮松存在明顯樹(shù)枝晶末梢的極不規(guī)則的孔洞那樣，其有時(shí)與夾渣的孔洞極為相似，經(jīng)常很難目測(cè)區(qū)分。砂眼既可以孤立存在，又常常與掉砂、夾砂、擠砂、沖砂相伴而生。砂眼的突出特征是孔內(nèi)含有砂粒、砂塊或者砂團(tuán)。

1.2 砂子來(lái)源

砂眼內(nèi)既然存在砂粒、砂塊或者砂團(tuán)，那么找到砂子從何而來(lái)，就找到了其形成的根本原因。通常型內(nèi)砂子的來(lái)源無(wú)非由以下因素引起：①砂型的表面強(qiáng)度低，型壁上的砂子經(jīng)不住高溫鐵液沖蝕而剝落；②澆注速度過(guò)快，鐵液沖擊力大造成砂粒從型壁上脫落；③由于金屬液澆注溫度高，而澆冒注系統(tǒng)設(shè)計(jì)又不合理，造成澆注系統(tǒng)發(fā)生掉砂、夾砂、擠砂、沖砂以及涂層脫落等缺陷引起；④鑄件發(fā)生了掉砂、夾砂、沖砂、擠砂以及涂層脫落等缺陷引起；⑤合箱前檢查不仔細(xì)，致使型內(nèi)的浮砂沒(méi)有被清理干凈，或者明出氣孔以及型內(nèi)的虛砂、尖砂沒(méi)有清理到位而在合箱后或者澆注過(guò)程中砂子又落入型內(nèi)引起；⑥合箱后有外來(lái)砂子由明冒口、明出氣孔或者直澆道口落入型內(nèi)引起[1]。這些途徑都是砂子的來(lái)源，也是形成砂眼的主要原因。

2 砂眼的確認(rèn)與原因分析

2.1 制動(dòng)鼓砂眼的確認(rèn)

根據(jù)砂眼的特征以及鑄件上的缺陷，即其位置多在鑄件的中下部，有在平面頂端的，有在剎車面或外表面的，也有在內(nèi)澆口附近或遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的，毫無(wú)規(guī)律的分布在鑄件上；數(shù)量也不能確定，少則一處，多則五六處，甚至八九處的也有；大小不等，或小米粒狀，或大米粒狀，或綠豆粒狀，或黃豆粒狀，大的有時(shí)比花生米還大；孔內(nèi)形狀極不規(guī)則，內(nèi)含砂子。因此認(rèn)定該缺陷為砂眼，圖2為大規(guī)格制動(dòng)鼓砂眼缺陷。

2.2 成因分析

根據(jù)砂眼形成機(jī)理，我們首先排除了②③的可能，因制動(dòng)鼓為HT250材質(zhì)，鐵液的出爐溫度與澆注溫度是限制好的，特別是鐵液起澆溫度完全小于1 430 ℃，且之前鑄件一直沒(méi)有出現(xiàn)大面積的粘砂，所以直接排出澆注速度過(guò)快、鐵液溫度過(guò)高以及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理的原因，圖3為大鼓制動(dòng)鼓上下模板布置圖。又由于大規(guī)格制動(dòng)鼓已經(jīng)批量生產(chǎn)過(guò)，之前的鑄件品質(zhì)是穩(wěn)定的，這就足以排除了④的可能。在確認(rèn)排除②③④的同時(shí)，仔細(xì)觀察合箱前后的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)：合箱前的檢驗(yàn)以及對(duì)型腔與澆冒系統(tǒng)吹氣清理浮砂的操作是到位的；而鑄件均沒(méi)有設(shè)置明出氣孔，全是暗出氣孔，加上上箱翻正前人工與機(jī)器設(shè)置了專門(mén)氣吹直澆道操作過(guò)程；合箱后的鑄型直接進(jìn)入澆注段，也不存在外來(lái)砂子落入直澆道現(xiàn)象。因此，基本排除了⑤⑥因素?，F(xiàn)在只剩下①為最大懷疑對(duì)象了。

圖3 一種大規(guī)格制動(dòng)鼓上下模板布置圖

之后調(diào)查型砂的情況是，型砂的濕壓強(qiáng)度存在波動(dòng)，一個(gè)班次的型砂濕壓強(qiáng)度從0.127 MP到0.156 MPa不等，與沒(méi)有發(fā)生問(wèn)題時(shí)的0.145～0.179 MPa對(duì)比，發(fā)現(xiàn)濕壓強(qiáng)度存在明顯下降的趨勢(shì)，雖然現(xiàn)場(chǎng)的砂型濕型硬度依然保持在85以上。然而發(fā)生砂眼量大的時(shí)期，無(wú)論中等規(guī)格的制動(dòng)鼓，還是大規(guī)格制動(dòng)鼓偶爾也存在局部粘砂，說(shuō)明型砂內(nèi)的有效膨潤(rùn)土以及煤粉含量（特別是對(duì)大規(guī)格制動(dòng)鼓而言），已經(jīng)偏低。進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，膨潤(rùn)土與煤粉的含量是在KW線試線運(yùn)行后不久才降低的。原來(lái)試生產(chǎn)之初，很多鑄型只造型而沒(méi)有及時(shí)澆注，這樣經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后，抽查的型砂濕壓強(qiáng)度多數(shù)碾次已經(jīng)達(dá)到或者超出工藝給定的0.18 MPa，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)澆注的鑄型“放炮”聲音很大、煤粉燃燒后的氣味也非常濃烈，所以車間技術(shù)人員減少了膨潤(rùn)土與煤粉的加入量，一直維持每碾次按膨潤(rùn)土0.6%、煤粉0.4%的水平給予補(bǔ)加。

而在型砂品質(zhì)發(fā)生下降趨勢(shì)時(shí)，車間又沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這個(gè)下降趨勢(shì)成了問(wèn)題的關(guān)鍵。由于該公司對(duì)型砂非常規(guī)指標(biāo)如有效膨潤(rùn)土、有效煤粉以及含泥量等幾乎處于不檢測(cè)狀態(tài)，透氣性儀也完全失效，因而只能根據(jù)常規(guī)指標(biāo)即濕壓強(qiáng)度、緊實(shí)率以及偶爾一次的水分檢測(cè)結(jié)果給予調(diào)整，同時(shí)結(jié)合鑄件表面粗糙度以及造型起模等情況進(jìn)行判定。然而，由于型砂性能的數(shù)據(jù)幾乎全在0.13～0.18 MPa范圍內(nèi)，所以沒(méi)有引起有關(guān)人員的足夠重視，甚至鑄件發(fā)生無(wú)規(guī)律的少量粘砂、倒扒模等缺陷也沒(méi)有引起足夠的警覺(jué)。這是型砂濕壓強(qiáng)度降低的一個(gè)主要原因。

除此之外的一個(gè)重要現(xiàn)象也被掩蓋。即生產(chǎn)大規(guī)格制動(dòng)鼓時(shí)，造型操作者有意調(diào)整了下箱加砂量。減少加砂量的結(jié)果是經(jīng)過(guò)刮砂后的下箱落在小車上時(shí)處于懸空狀態(tài)。那么為什么要減少加砂量呢？原來(lái)按工藝足量加砂時(shí)，下箱吊胎經(jīng)常拔不出來(lái)，吊胎會(huì)斷在下模內(nèi)，所以只有減少下箱加砂量，下箱吊胎才能順利起模。事實(shí)上，車間首次試線生產(chǎn)大規(guī)格制動(dòng)鼓時(shí)，就因?yàn)樾蜕靶阅苤笜?biāo)不合適導(dǎo)致大規(guī)格制動(dòng)鼓的吊砂胎不能正常起模，后來(lái)經(jīng)過(guò)多次增加膨潤(rùn)土與調(diào)整煤粉、水分等使之正常造型。之后的變化是，隨著型砂不斷地被一次次地澆注燒結(jié)，其內(nèi)有效膨潤(rùn)土與煤粉的損耗量在不斷地減少，加之除塵系統(tǒng)也會(huì)抽走一些而使其減少。這樣減少的量沒(méi)有通過(guò)下一輪混砂時(shí)得到足夠的補(bǔ)充，結(jié)果有效含量越來(lái)越少，致使型砂性能指標(biāo)慢慢地變得不能滿足大規(guī)格制動(dòng)鼓品質(zhì)要求了。而中等規(guī)格的制動(dòng)鼓雖然仍然可以生產(chǎn)，由于鑄件毛坯質(zhì)量輕，鐵液沖擊力分散，發(fā)生砂眼的概率就降低很多，即使偶爾發(fā)生局部粘砂、起模拉裂砂胎，因其不會(huì)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢而被忽視。生產(chǎn)大規(guī)格制動(dòng)鼓時(shí)唯一下箱吊胎斷掉的預(yù)警現(xiàn)象因被減少造型加砂量而掩蓋，從而失去了最佳調(diào)整型砂的時(shí)機(jī)。

那么可不可以說(shuō)，型砂強(qiáng)度低與性能變差是本次砂眼的根本原因呢？單純的這個(gè)推斷仍然不足以證明型砂品質(zhì)變差導(dǎo)致型腔或者澆注系統(tǒng)經(jīng)不住鐵液沖擊而使砂粒脫落并形成砂眼。因?yàn)殍T件砂眼畢竟不是幾個(gè)或者幾十個(gè)孤立砂粒形成的。幾個(gè)或者幾十個(gè)孤立砂粒只能形成淺層的小凹坑，不會(huì)形成如上所說(shuō)的砂孔。現(xiàn)在毛坯上多數(shù)砂孔為小砂塊或者小砂團(tuán)形成。既然如此，就一定有地方少了這樣的或者類似的砂子，就一定存在要么擠砂、要么沖砂、要么結(jié)疤等相伴的缺陷。為了進(jìn)一步找出原因，經(jīng)過(guò)對(duì)一個(gè)班次的多數(shù)鑄件與澆注系統(tǒng)觀察，發(fā)現(xiàn)放置的過(guò)濾網(wǎng)導(dǎo)致了放置過(guò)濾網(wǎng)處的橫澆道擠砂，擠落得部分或者全部砂子被沖開(kāi)后，又以小塊狀或者小團(tuán)狀被沖入型內(nèi)而形成了砂眼。然而過(guò)濾網(wǎng)自開(kāi)始生產(chǎn)就一直這樣安放且中間沒(méi)有發(fā)生過(guò)變更，為什么這時(shí)會(huì)出現(xiàn)擠砂呢？之前有沒(méi)有這個(gè)現(xiàn)象呢？唯一的解釋是，嵌入式的過(guò)濾網(wǎng)放在分型面上，破壞了濕壓強(qiáng)度逐步降低的砂型并形成橫澆道擠砂（圖4 橫澆道擠砂），起初因型砂強(qiáng)度高而沒(méi)有發(fā)生擠砂現(xiàn)象，之后隨著濕壓強(qiáng)度的降低而發(fā)生了明顯擠砂現(xiàn)象，但是卻沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。

圖4 橫澆道擠砂

由此推斷，型砂品質(zhì)變差是本次大規(guī)格制動(dòng)鼓砂眼增多的根本原因，嵌入式纖維過(guò)濾網(wǎng)因型砂強(qiáng)度降低而引發(fā)擠砂是誘因。

3 采取遏制措施

根據(jù)分析，立即采取了如下措施：①調(diào)整膨潤(rùn)土與煤粉加入量，分別調(diào)整至1.4%與0.8%并保持至型砂性能在工藝規(guī)定的中上限，只有當(dāng)鑄件不發(fā)生擠砂并持續(xù)穩(wěn)定后，才可以適量減少加入量；②增加過(guò)濾網(wǎng)防壓槽；③恢復(fù)下型造型的工藝加砂量，以充分發(fā)揮大規(guī)格制動(dòng)鼓吊胎斷掉時(shí)型砂性能需要調(diào)整的預(yù)警作用；④制定每日監(jiān)督型砂性能與鑄件品質(zhì)波動(dòng)報(bào)告制度；⑤建立健全濕型砂有效膨潤(rùn)土、含泥量、灼減量（或者有效煤粉）、透氣性等基本指標(biāo)的正常檢驗(yàn)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取措施并連續(xù)一周的生產(chǎn)，砂眼缺陷完全得到了遏制，同時(shí)粘砂與倒扒?，F(xiàn)象也隨之完全消失，鑄件品質(zhì)恢復(fù)到初始狀態(tài)。由此得出結(jié)論，各級(jí)人員必須對(duì)型砂品質(zhì)與過(guò)程品質(zhì)的波動(dòng)高度重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程異常并及時(shí)調(diào)整型砂各指標(biāo)使其與產(chǎn)品品質(zhì)形成一一對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系；嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律，不輕易變更操作過(guò)程；建立健全必要的型砂性能檢測(cè)機(jī)制，是鑄件砂眼得以控制并持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。

[1] 中國(guó)機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)編 鑄造手冊(cè)第五卷鑄造工藝 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2014：697-698.

[2] 黃政. 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂眼缺陷分析與改進(jìn)[J]. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù), 2013(3):19-21.

Brake drums blister defects control

ZHANG BaiTang1, CHEN HaiSheng2,LU JiCheng1
（1. Guangdong Fuwa Casting ＆ Forging Co., Ltd., Xin?hui 529147， Guangdong，China; 2.Jinan Shengquan Group Co.,Ltd.,Jinan 250200，Shandong，China）

In a new KW static pressure automatic line formally put into production soon, the production of brake drum gradually batch blister defects, scrap caused by the amount of sand holes and hole more big. Based on the characteristics of the sand holes and mechanism, after careful screening of the scene, found the root of the problem. By taking corresponding measures to control the casting sand holes, make the production back to normal. Thus concluded that workers at all levels must be sand attaches great importance to quality and process quality fl uctuation; Abnormal timely discovery process and adjust each parameter with the quality of the product form one-to-one relationship of dynamic balance; Strictly comply with process discipline, not easily change operation process; Establish and improve the necessary performance measurement, it is the key to the control and stable production of the casting sand holes.

sand holes; the mechanism; control

TG245；

A；

1006-9658（2016）05-0037-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.010

2016-03-07

稿件編號(hào):1603-1281

張百堂（1968—），男，高級(jí)工程師，主要從事從事鑄鐵鑄鋼砂型工藝研究.