淺談提升鑄件清潔度解決方案

應(yīng)澤博　馮長(zhǎng)虹　騫曉娜

摘 要：本文主要介紹如何通過(guò)鑄造、加工、清洗等方面工作，提升汽車(chē)鑄件進(jìn)排氣歧清潔度的方案。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)進(jìn)排氣歧管；沙芯；鑄造；清洗機(jī)；清洗劑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.039

0 引言

隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總成清潔程度的不斷提升，汽車(chē)零部件清潔度要求變得越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)于如何提升產(chǎn)品的產(chǎn)品清潔程度，滿(mǎn)足配套主機(jī)廠的清潔度要求，汽車(chē)零部件企業(yè)投入了大量的人力、物力，最后得到的效果甚微，這樣的情況長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下去，不僅給企業(yè)帶來(lái)了更高的成本，并造成了大量的時(shí)間和資源的浪費(fèi)。對(duì)于產(chǎn)品清潔度的問(wèn)題也困擾了我公司多年，通過(guò)幾十年的摸索，我們公司的產(chǎn)品清潔度已得到明顯提升。

1 鑄造階段

鑄造階段，鑄件內(nèi)腔的平整和光滑程度，將直接影響后期產(chǎn)品清洗階段的清潔度重量和顆粒尺寸大小，而影響鑄件澆鑄后工件內(nèi)腔粗糙的因素主要存在以下方面。

1.1 制芯

在制芯階段，沙芯表面的光滑程度將直接影響鑄造件內(nèi)腔表面的光潔程度。所以制芯時(shí)要嚴(yán)格控制沙芯表面光滑。

排氣歧管的制芯為例，我們?cè)谏a(chǎn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)的措施：

（1）砂芯強(qiáng)度不夠。 在制作比較復(fù)雜的砂芯或者彎道較多的砂芯時(shí)，由于芯盒模具排氣不暢，導(dǎo)致制芯時(shí)有輕微的射不實(shí)的情況，造成沙芯強(qiáng)度不夠，工件澆鑄時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)腔產(chǎn)生輕微的多肉。

（2）制芯毛刺。芯盒模具合模不嚴(yán)，上模和下模之間間隙過(guò)大，在制芯完成后，芯子外面會(huì)出現(xiàn)比較大的毛刺，沙芯在去毛刺過(guò)程中，在刮刀的作用下又傷傷害了砂芯表面，從而導(dǎo)致砂芯表面粗糙，工件澆鑄后，產(chǎn)品內(nèi)腔產(chǎn)生的坯縫加大，粗糙度較大。

（3）砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)。砂芯在制作完成后，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，每個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有各自的專(zhuān)用的流轉(zhuǎn)架，造成芯子與芯子之間，因沒(méi)有防護(hù)，造成磕碰比較嚴(yán)重。

（4）修芯。對(duì)與有缺陷的沙芯進(jìn)行修復(fù)時(shí)，大多工廠用的是“修補(bǔ)膏是石墨+膨潤(rùn)土”的方法。這種方法存在兩種缺點(diǎn)。第一種是修補(bǔ)膏耐火度不是很高，在澆鑄的高溫下易產(chǎn)生粘沙現(xiàn)象，在拋丸時(shí)不易清理；第二種是芯子表面攜帶的石墨，在澆鑄的高溫下附著在工件內(nèi)腔表面，部分石墨已經(jīng)滲透到內(nèi)腔表層，普通拋丸根本清除不了。

以上制芯過(guò)程提到的四點(diǎn)的問(wèn)題，在鑄造企業(yè)非常普遍，但往往不能引起相應(yīng)管理者的重視，最終釀成工件藏污納垢的根源，為工件后期清洗增加難度。我們要有相應(yīng)的措施，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，把問(wèn)題消滅在源頭，對(duì)于以上問(wèn)題我提出四點(diǎn)建議僅供參考：

（1）加強(qiáng)管理，增強(qiáng)員工的質(zhì)量意識(shí)，對(duì)于砂芯射不實(shí)、強(qiáng)度不夠等有缺陷的芯子要及時(shí)分離報(bào)廢。

（2）提高芯盒模具的精度，減小合模間隙，減小砂芯批縫毛刺，確保砂芯表面的光滑度。

（3）在砂芯的儲(chǔ)存和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要制作專(zhuān)用的流轉(zhuǎn)護(hù)具，避免芯子磕碰劃傷。

（4）若輕微劃傷的砂芯需要修補(bǔ)時(shí)，要選用耐高溫的修補(bǔ)膏和耐高溫的涂料現(xiàn)結(jié)合的方法。

1.2 拋丸

拋丸質(zhì)量的好壞將直接影響產(chǎn)品清潔度和顆粒度指標(biāo)。我們公司主要是從事汽車(chē)水泵類(lèi)及汽車(chē)排氣歧管類(lèi)鑄件產(chǎn)品的生產(chǎn)，產(chǎn)品種類(lèi)較多，產(chǎn)品形狀大小不一，很不規(guī)則，工件內(nèi)腔流道彎曲，要完全去除工件內(nèi)腔的氧化廢物非常困難。

在鑄造企業(yè)常見(jiàn)的去除氧化廢物的方法有三種：滾桶拋丸法、懸掛拋丸法、定向拋丸法。其中滾桶拋丸法和懸掛拋丸法比較常用，這樣的拋丸方法最大的優(yōu)勢(shì)是一次進(jìn)行拋丸的工件數(shù)量比較多，但是這種拋丸方法對(duì)提升產(chǎn)品的清潔度作用不大。滾桶拋丸法針對(duì)的主要是處理附著在工件外表面的氧化物的作用。由于此種拋丸方法一次性投入的工件過(guò)多，造成工件堆放疊加，在拋丸的過(guò)程中，靠堆放中間的工件，鋼丸根本進(jìn)不去；堆放表層的工件鋼丸就算進(jìn)入工件內(nèi)腔，對(duì)內(nèi)腔的氧化廢物也起不到去除的作用；懸掛拋丸法雖然把工件懸掛了起來(lái)，避免了工件的疊放，但在拋丸的過(guò)程中把鋼丸射進(jìn)工件內(nèi)腔的次數(shù)是不可控的，并且若工件吊掛姿勢(shì)不對(duì)，鋼丸也根本掃射不進(jìn)工件內(nèi)腔，造成拋丸不徹底。第三種方法定向拋丸，大多數(shù)廠家都很少采用，因?yàn)槭忻娼?jīng)常采用的定向拋丸操作工藝為：一人一機(jī)，每個(gè)工件每個(gè)氣道孔定向拋丸10秒鐘以上，并逐次進(jìn)行的拋丸的方法。若需要拋丸工件的產(chǎn)量多，那么就需要投入大量的設(shè)備和人員，致使企業(yè)的投資成本比較高，但是這種方法是提升工件清潔程度的最優(yōu)方法。我公司采用的是懸掛拋丸法和定向拋丸相結(jié)合拋丸工藝。

1.3 毛坯防銹

毛坯件的表面防銹，對(duì)產(chǎn)品清潔度的影響也不可忽視。大多鑄造企業(yè)選用的防銹劑都是黏度較大防銹油，來(lái)預(yù)防長(zhǎng)時(shí)間庫(kù)存和長(zhǎng)途運(yùn)輸帶來(lái)的生銹風(fēng)險(xiǎn)。但這樣會(huì)帶來(lái)大量粉塵吸附工件表面的問(wèn)題，若長(zhǎng)時(shí)間庫(kù)存和運(yùn)輸，油膜干燥后，清洗工序很難把毛坯內(nèi)外的油和粉塵的混合物清洗干凈。

針對(duì)這種情況，對(duì)于毛坯的防銹，盡量選用水基型的防銹劑使用；對(duì)于距離加工基地較近的鑄造廠，盡量不要選用防銹劑防銹，可選用毛坯密封袋包裝運(yùn)輸方法。

2 清洗階段

清洗階段，根據(jù)產(chǎn)品現(xiàn)形狀不同、工件流道的復(fù)雜程度不同、產(chǎn)品材質(zhì)的不同，選擇何種清洗工藝、清洗方式、清洗參數(shù)及清洗劑類(lèi)型等都將直接影響產(chǎn)品清潔度數(shù)值的高低。

針對(duì)排氣歧管的清洗，我公司在清洗機(jī)的使用上發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題如下：

（1）通過(guò)式清洗機(jī)主要呈現(xiàn)問(wèn)題為：

1）工件在通過(guò)清洗區(qū)域時(shí)，噴嘴噴出的水絕大對(duì)數(shù)噴射在工件外表面，噴進(jìn)工件內(nèi)腔的清洗液非常有限，根本起不到清洗工件內(nèi)腔的作用。

2）通過(guò)式清洗機(jī)的通用能力比較強(qiáng)，清洗的工件有大有小，所以這類(lèi)清洗機(jī)的清洗壓力比較底，通常在0.6 MPa -0.8MPa左右。

（2）定向清洗機(jī)呈現(xiàn)問(wèn)題為：定向清洗機(jī)主要是針對(duì)工件內(nèi)腔清洗，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)腔的清潔度提升非常明顯。其優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)備噴嘴比較少，工件每個(gè)氣道口，都有一個(gè)噴嘴對(duì)氣道口進(jìn)行繞圓噴射清洗，設(shè)備的清洗壓力比較大，壓力可達(dá)到幾十兆帕。設(shè)備的缺點(diǎn)是，設(shè)備的產(chǎn)能低下，工人操作的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，生產(chǎn)效率低下。

（3）超聲波清洗。超聲波清洗機(jī)是一種已聲音震動(dòng)，以水位介質(zhì)，產(chǎn)生氣泡，并已氣泡爆炸，軟化和去除工件表面附著物的清洗方式。這種清洗方式去除工件表面的油污和管壁表面凹槽內(nèi)的附著物比較好，并且工件在清洗槽內(nèi)精洗的時(shí)間越長(zhǎng)、超聲波頻率越高去污效果越好。但這種清洗方式一次投入的產(chǎn)品個(gè)數(shù)有限，并且我們生產(chǎn)的排氣歧管、水泵等產(chǎn)品，工件復(fù)雜大，產(chǎn)品種類(lèi)過(guò)多，材質(zhì)型號(hào)多等問(wèn)題，若完全依靠超聲波清洗機(jī)來(lái)提高產(chǎn)品的清潔程度，需要投入的設(shè)備會(huì)很多，造成投資成本太高。

目前汽車(chē)配件企業(yè)針對(duì)產(chǎn)品的清洗主要運(yùn)用這三種清洗方式，這三種清洗方式在我公司也都有使用。從使用的效果看，這三種清洗方式，若任何一種單獨(dú)使用其清洗效果都不是很好。經(jīng)過(guò)我們多年對(duì)產(chǎn)品清洗方法的研究，根據(jù)三種清洗方式的優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，合理安排清洗工藝，現(xiàn)已設(shè)計(jì)制作出一臺(tái)，集三種清洗方式與一身的清洗設(shè)備，不但提升了我公司產(chǎn)品的清潔度，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，還減少了人員的數(shù)量，詳見(jiàn)下圖：

此設(shè)備的清洗工作流程為：1上料-2超聲波清洗-3噴淋清洗-4超聲波清洗-5噴淋清洗-6定向清洗內(nèi)腔-7漂洗-8反轉(zhuǎn)倒水及切水-9風(fēng)干-10下料。整個(gè)清洗流程總共投入兩人操作。

設(shè)備優(yōu)點(diǎn)為：工件進(jìn)入清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行超聲波清洗，軟化工件表面及內(nèi)腔油污；在第二道工序進(jìn)行高壓噴淋清洗、超聲波、噴淋，反復(fù)去除工件表面軟化后的附著物；第三道工序進(jìn)行高壓定向清洗，主要進(jìn)行正對(duì)工件內(nèi)腔表面軟化后的附著物清洗；第四道工序利用干凈的清洗劑對(duì)工件整體內(nèi)外表面進(jìn)行漂洗，進(jìn)一步確保工件內(nèi)外表面徹底干凈；第五道工序經(jīng)過(guò)工件180度反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)倒水、切水，確保工件內(nèi)腔及彎道內(nèi)的積水徹底排出；第六道工序通過(guò)冷風(fēng)吹干，降低工件清洗溫度，為后面的防銹作基礎(chǔ)。

（4）在清洗階段，除了清洗設(shè)備的運(yùn)用合理外，清洗劑的潔凈程度，將直接影響產(chǎn)品清潔度的高底。因?yàn)榍逑磩┑淖饔貌坏鸬角逑吹艄ぜ系呐K污，更重要的是要把清洗下來(lái)的臟污帶走，并連續(xù)用干凈的清洗液對(duì)工件清洗漂洗，而確保清洗后的工件不形成二次污染。所有清洗劑的干凈程度，對(duì)提高工件的清潔度要求其到至關(guān)重要的影響。

為了即確保清洗劑的潔凈度，又降低生產(chǎn)成本的投入，我們只有從清洗劑的過(guò)濾重復(fù)使用著手。通過(guò)加強(qiáng)清洗機(jī)濾網(wǎng)的過(guò)濾精度，特別是要加強(qiáng)精過(guò)濾器的過(guò)濾精度尤為重要。目前清洗機(jī)廠家用的最多的是“罐式+布袋”的過(guò)濾方式，這種過(guò)濾方式更換過(guò)濾網(wǎng)比較方便，并且濾袋比較廉價(jià)，是一種中非常好的清洗液過(guò)濾方法。對(duì)于清洗清潔度要求非常嚴(yán)的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)清洗機(jī)方案時(shí)，可以考慮選用兩個(gè)或三個(gè)過(guò)濾罐串聯(lián)的方式對(duì)清潔液進(jìn)行逐級(jí)過(guò)濾，具體方式為：罐式（布袋濾網(wǎng)20um）+罐式（布袋濾網(wǎng)10um）。盡量確保清洗液的潔凈度，從而確保工件的清潔度。

（5）清洗參數(shù)的設(shè)定對(duì)工件清潔度的影響也舉足輕重。清洗液最適宜的清洗溫度通常為 40-60℃，尤其在天冷時(shí)若清洗液溫度低，清洗液內(nèi)的清洗活性劑較差，清洗效果也差。因此有部分清洗機(jī)在清洗缸外邊繞上加熱電熱絲進(jìn)行溫度控制，當(dāng)溫度升高后，并達(dá)到清洗液內(nèi)表面活性劑的最佳活性溫度，工件表面的污垢快速軟化并溶解，所以清洗效果較好。

清洗液濃度在清洗過(guò)程也起著至關(guān)重要的作用。清洗液配兌濃度低，清洗液粘度小，流動(dòng)性好，在清洗時(shí)的帶走能力強(qiáng)，但是其溶液中的表面活性劑成份相應(yīng)的含量就會(huì)減少，在清洗過(guò)程中清洗液的去污、溶污等能力減弱，相應(yīng)的清洗能力就會(huì)減弱。清洗液清洗液配兌濃度過(guò)高，清洗液粘度大，流動(dòng)性差，在清洗時(shí)的帶走能力差，雖然溶液中表面活性劑的成份含量高，但是工件表面剝落下來(lái)的污垢，由于清洗液粘度大，在清洗過(guò)程中，清洗液流動(dòng)性差，污垢會(huì)繼續(xù)粘附在工件表面，造成清洗能力差。我公司通過(guò)多年的清洗經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)我們使用的水溶性清洗劑濃度配兌標(biāo)準(zhǔn)為：粗洗工序清洗液濃度為4%-5%，精洗工序清洗液濃度為2%左右。（注：不同型號(hào)的清洗劑配比濃度可能有所差別）

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，產(chǎn)品清潔度是個(gè)持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程，是系統(tǒng)控制的過(guò)程，是各部門(mén)配合管控的過(guò)程、是從研發(fā)到應(yīng)用的控制工程。只依賴(lài)清洗解決產(chǎn)品清潔度的思想是偏面的，是不可能大幅度提高產(chǎn)品清潔度指標(biāo)的。隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總成清潔程度的不斷提升，汽車(chē)零部件的清潔度要求變得越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)于如何工件的產(chǎn)品清潔程度這項(xiàng)工作還需我們繼續(xù)研究下去，嚴(yán)格加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的管控，各個(gè)部門(mén)的緊密配合，產(chǎn)品清潔度才能不斷提升。