吳殿杰，何歡，夏禹，朱佳森，朱以松（.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林長春 300; .無錫錫南鑄造機(jī)械股份有限公司，江蘇無錫 44）

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子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)在復(fù)合造型工藝中的應(yīng)用

吳殿杰1，何歡2，夏禹2，朱佳森2，朱以松2
（1.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林長春 130011; 2.無錫錫南鑄造機(jī)械股份有限公司，江蘇無錫 214142）

摘要：子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)的混砂工藝采用面砂和背砂兩種粘結(jié)劑種類和不同加入量來保證面砂既能抵抗高溫鐵液又能保證良好透氣性能，并保證背砂具有一定強(qiáng)度和潰散性?？傊?，面、背砂混制工藝的關(guān)鍵是合適的造型（芯）材料、合適的粘結(jié)劑及用量和理想的砂型（芯）強(qiáng)度。所以，子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)的研制成功使自硬砂復(fù)合造型工藝生產(chǎn)各種高質(zhì)量的合金鑄鋼件成為現(xiàn)實(shí)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合造型；面背砂；子母式連續(xù)混砂機(jī)

稿件編號(hào):1603-1267

1 復(fù)合造型工藝技術(shù)及裝備應(yīng)用現(xiàn)狀

鑄鋼件的生產(chǎn)工藝一直是業(yè)內(nèi)人士特別關(guān)注的。呋喃樹脂砂、堿酚醛樹脂砂、水玻璃自硬砂、Pepset樹脂砂等都在鑄鋼件生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

呋喃樹脂砂由于砂型高溫退讓性差，易導(dǎo)致鑄件裂紋缺陷。所以工藝上采用的防范措施較復(fù)雜，部分企業(yè)在砂型局部使用鉻鐵礦面砂及涂鋯英粉涂料來解決。

堿酚醛樹脂雖然屬有機(jī)酯類，不含N、S因而不會(huì)產(chǎn)生鑄鋼件氣孔缺陷，還有受熱二次硬化過程，因此高溫尺寸穩(wěn)定，鑄件裂紋傾向??；但其常溫下濕強(qiáng)度較低，導(dǎo)致樹脂加入量大，鑄件生產(chǎn)成本較大，并且通風(fēng)不良時(shí)會(huì)導(dǎo)致操作環(huán)境差等。部分企業(yè)采用堿酚醛樹脂砂作面砂，背砂用酯硬化水玻璃砂復(fù)合造型工藝[1]。

水玻璃砂一直是業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可以及國家十三五規(guī)劃綱要提倡推廣的環(huán)保型粘結(jié)劑砂型工藝。但由于潰散性差，鑄件清理困難、舊砂再生處理也困難。新型有機(jī)酯水玻璃可使水玻璃加入量降至3%以下，舊砂再生回用達(dá)90%左右[2]。

目前，酯硬化水玻璃自硬砂是鑄鋼件的鑄造生產(chǎn)的主要型砂工藝。但是生產(chǎn)實(shí)踐證明，由于鋼液對(duì)砂型的熱作用溫度高、持續(xù)時(shí)間長，因此對(duì)砂型的高溫力學(xué)性能和型砂材料的抗粘砂能力有較高的要求。常規(guī)多采用鉻鐵礦砂做面砂或全部采用寶珠砂作為型砂。

寶珠砂顆粒圓整且表面存在許多微孔，增強(qiáng)了水玻璃在砂粒表面的成膜能力，提高了水玻璃自硬砂常溫強(qiáng)度。寶珠砂與一般擦洗石英砂相比，可減少50%以上的水玻璃加入量；寶珠砂在酯硬化水玻璃自硬砂中的高溫性能良好，但潰散性能差，如采用100～200 ℃左右低溫加熱及機(jī)械再生，其脫膜率能比一般機(jī)械干法再生提高7%～10%左右[2]。

日本川崎和海螺重工合資的堿酚醛樹脂和寶珠砂自硬砂流水線投產(chǎn)已經(jīng)證明了寶珠砂的用于鑄鋼生產(chǎn)是成功的范例。但是寶珠砂價(jià)格較貴，相當(dāng)多企業(yè)都用作復(fù)合造型工藝的面砂，背砂采用石英砂。

在面砂和背砂的混制方面，有如下幾種做法：

在模型凹凸轉(zhuǎn)角處人工填加鉻鐵礦砂，然后使用連續(xù)混砂機(jī)出砂作為背砂，椿實(shí)或振實(shí)，然后醇基涂料點(diǎn)燃；

使用一個(gè)小型固定連續(xù)混砂機(jī)混制面砂，往砂箱內(nèi)模型凹凸處連續(xù)加面砂，然后將填好面砂的砂箱移動(dòng)到背砂連續(xù)混砂機(jī)下面的振實(shí)臺(tái)工位，填充背砂并振實(shí)；

在移動(dòng)式連續(xù)混砂機(jī)的移動(dòng)車上安裝一臺(tái)小型固定連續(xù)樹脂砂混砂機(jī)。在輥道或振實(shí)工位先啟動(dòng)面砂連續(xù)混砂機(jī)加面砂，然后啟動(dòng)背砂連續(xù)混砂機(jī)填充背砂。

總之，鑄鋼件復(fù)合造型工藝是面砂（如酯硬化堿酚醛）和背砂（如酯硬化水玻璃）兩種造型工藝相互兼容的復(fù)合造型工藝，舊砂完全可再生回用。

無錫錫南鑄造機(jī)械股份有限公司研制的子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)就是針對(duì)綠色鑄鋼件生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢應(yīng)運(yùn)而生的，特別適合堿酚醛樹脂砂面砂和酯硬化水玻璃背砂的復(fù)合造型工藝。因?yàn)閮烧咝蜕岸际褂猛灰?guī)格原砂，同為堿性，造型兼容性好，混合后進(jìn)行再生回用，型砂質(zhì)量基本不受影響，使用面背砂可以達(dá)到較好的鑄件質(zhì)量，同時(shí)可以控制造型生產(chǎn)成本。

2 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)研制

2.1 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)研制目的

面背砂混砂工藝是自硬砂鑄造造型中的一種新的復(fù)合造型工藝，即一套裝置設(shè)計(jì)成兩臺(tái)連續(xù)混砂機(jī)布置成一種子母式形式，這種混砂機(jī)可同時(shí)獲得面砂和背砂，從而滿足造型、澆注和落砂工藝對(duì)貼近模型的面砂和遠(yuǎn)離模型的背砂不同灼燒減量及潰散性能的要求，同時(shí)又大大降低鑄件成本，是一種節(jié)能環(huán)保的創(chuàng)新性鑄造裝備。

面背砂混砂工藝采用面砂和背砂兩種粘結(jié)劑種類和不同加入量來保證面砂既能抵抗高溫鐵液又能保證良好透氣性能，保證背砂具有一定強(qiáng)度又能保證落砂潰散性。面背砂混制工藝的關(guān)鍵是保證再生砂的燒灼減量。現(xiàn)有技術(shù)中，由于在造型時(shí)無法同時(shí)提供面、背砂，故造型工必須先將面砂覆蓋模型，而面對(duì)模型直立面，砂子的安歇角是25~30 °。以1 m高摸型為例，需要600 mm左右厚的砂型，才能確保面砂覆蓋模型直立面。這樣使得面砂使用量過大，造成生產(chǎn)成本居高不下。在有面、背砂加砂工序操作時(shí)，既先混一定厚度面砂來覆蓋模型，然后再混背砂覆蓋面砂，這種人工操作方式即繁雜又難以保證砂型質(zhì)量。由于自硬砂具有大量的有毒氣味，對(duì)操作人員健康有影響，且生產(chǎn)效率低下，因此急需一種能同時(shí)混制面、背砂，并且同時(shí)出砂的一種面背砂連續(xù)混砂機(jī)。子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)，能夠同時(shí)混制面、背砂，并且同時(shí)出砂，大大減少了面砂用量，降低了生產(chǎn)成本[3]。

2.2 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)主要結(jié)構(gòu)

無錫錫南鑄造機(jī)械股份有限公司研制的子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)是專門用于復(fù)合造型工藝中面、背砂混砂使用的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩個(gè)大臂疊加分別輸送面、背砂，兩個(gè)小臂（混砂攪籠）分別混制面砂和背砂。整個(gè)混砂機(jī)結(jié)構(gòu)包括砂庫、第一面砂接砂斗、面砂皮帶機(jī)、背砂輸送大臂、第二面砂接砂斗、面砂混砂攪籠、背砂混砂攪籠、混砂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、背砂出砂管、面砂出砂管、底座、第一回轉(zhuǎn)支承和第二回轉(zhuǎn)支承。砂庫內(nèi)設(shè)有互相獨(dú)立分隔的面砂砂庫和背砂砂庫，砂庫下端分別設(shè)有面砂和背砂出砂口，砂庫正下方設(shè)有底座；底座上設(shè)有第一回轉(zhuǎn)支承，并由第一回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)，上部連接第一回轉(zhuǎn)支架，支架上鉸接背砂輸送大臂；背砂輸送大臂和第一回轉(zhuǎn)支承之間設(shè)有升降油缸，油缸推動(dòng)背砂輸送大臂實(shí)現(xiàn)上下垂直升降運(yùn)動(dòng)，背砂輸送大臂的進(jìn)砂口連接背砂出砂口。

所述背砂輸送大臂上部固定面砂皮帶機(jī)，面砂皮帶機(jī)的進(jìn)砂口處固定第一面砂接砂斗支架，支架上連接第一面砂接砂斗；第一面砂接砂斗上設(shè)有從上到下逐漸變小的漏斗形的第一接砂通道，通道的上端開口為弧形的第一接砂口，面砂出砂口位于第一接砂口正上方，背砂輸送大臂和面砂皮帶機(jī)在第一接砂口開口角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，面砂出砂口中流出的面砂都能進(jìn)入第一接砂口中，第一接砂通道的下端為第一出砂口。第一出砂口連接面砂皮帶機(jī)的進(jìn)砂口。

背砂輸送大臂前端的出砂口處連接第二回轉(zhuǎn)支架，支架上連接由第二回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)的第二回轉(zhuǎn)支承，第二回轉(zhuǎn)支承下端連接背砂混砂攪籠，背砂輸送大臂前端的出砂口通過背砂輸送管連接背砂混砂攪籠的進(jìn)砂口。

背砂混砂攪籠上固定面砂混砂攪籠，面砂混砂攪籠的進(jìn)砂口處固定第二面砂接砂斗支架，支架上連接第二面砂接砂斗；第二面砂接砂斗上設(shè)有從上到下逐漸變小的漏斗形的第二接砂通道，通道的上端開口為弧形的第二接砂口，面砂皮帶機(jī)的出砂口位于第二接砂口的正上方，面砂混砂攪籠和背砂混砂攪籠在第二接砂口開口角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，面砂皮帶機(jī)中流出的面砂能進(jìn)入第二接砂口中，第二接砂通道的下端為第二出砂口，第二出砂口連接面砂混砂攪籠的進(jìn)砂口。

背砂混砂攪籠的出砂口連接背砂出砂管，背砂出砂管的管體穿過上回轉(zhuǎn)板和下回轉(zhuǎn)板上的背砂出砂管容納孔，面砂混砂攪籠的出砂口連接面砂出砂管，面砂出砂管穿過上回轉(zhuǎn)板和下回轉(zhuǎn)板上的面砂出砂管容納孔，上回轉(zhuǎn)板和下回轉(zhuǎn)板在上回轉(zhuǎn)電機(jī)和下回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)背砂出砂管和面砂出砂管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)[3]。

圖1 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)

3 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)的應(yīng)用

青島某公司采用1臺(tái)80/10 t/h移動(dòng)升降式子母面背砂連續(xù)混砂機(jī)和兩臺(tái)20/5 t/h固定升降式子母面背砂連續(xù)混砂機(jī)混制鉻鐵礦面砂和堿酚醛樹脂背砂，生產(chǎn)大型高端鑄鋼件砂型和砂芯（圖2）。

具體工藝流程：子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)→振實(shí)臺(tái)→大型起模翻轉(zhuǎn)溜涂機(jī)械手→醇基涂料點(diǎn)燃室→下芯→合箱澆注。

圖2 青島某公司大件造型圈布置示意圖

4 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)應(yīng)用成熟性分析

4.1 鑄鋼市場分析

據(jù)初略統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)各行業(yè)自硬砂工藝生產(chǎn)鑄件比例如表1。

表1 目前國內(nèi)自硬砂鑄鋼件生產(chǎn)概況[4]

隨著我國鑄鋼行業(yè)的發(fā)展以及產(chǎn)品檔次水平的提高，酯硬化水玻璃砂型工藝和堿酚醛樹脂砂復(fù)合造型工藝的應(yīng)用會(huì)不斷擴(kuò)大。子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)的應(yīng)用也會(huì)得到不斷延伸。

4.2 子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)成熟性分析

子母式面背砂連續(xù)混砂機(jī)已獲發(fā)明專利（專利號(hào)：ZL20141024441.6）。其使用從型砂鑄造工藝角度改變了鑄鋼行業(yè)水玻璃砂鑄鋼件的質(zhì)量，從而解決了鑄鋼行業(yè)水玻璃砂“清砂難”和“回收難”的問題。青島海納特鋼有限公司的試用證明，產(chǎn)品性能穩(wěn)定；經(jīng)無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所測試認(rèn)證，技術(shù)性能和指標(biāo)達(dá)到國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)

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Application of facing sand and backing sand continuous mixing machine in composite molding process

WU DianJie1，HE Huan2，XI Yu2，ZHU JiaSen2，ZHU YiSong2
(1.MMI Planning & Engineering Insititute Ⅸ Co.,Ltd., Changchun 130011, Jilin ,China; (2.Wuxi Xi′Nan Foundry Machinery Co., Ltd., WUXI 214142,Jiangsu,China)

Abstract:The facing sand and backing sand continuous mixing machine adopts by facing sand and backing sand of two type binder and different addition amount to ensure that the sand molds surface is resistant to high temperature molten iron and can guarantee good permeability,and guarantee sand molds has a certain strength and can guarantee the shakeout ability, in short, the facing sand and backing sand mixing technology of key performance is the right model (core) materials, the appropriate binder and dosage and the ideal strength of sand mold (core).So, mother-son type of backing sand and facing sand continuous mixing machine make composite molding process and the successful development of the production of various kinds of high quality alloy steel become a reality.

Keywords:composite modelling；facing sand and backing sand ；mother-son type continuous sand mixing machine

中圖分類號(hào)：TG231；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

文章編號(hào):1006-9658（2016）03-0069-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.021

收稿日期:2016-03-03

作者簡介：吳殿杰（1949—），男，研究員高級(jí)工程師，從事鑄造設(shè)備研究及設(shè)計(jì).