砂型水基石墨涂料在離心鑄管生產(chǎn)中的應(yīng)用

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455133）

鑄管承口內(nèi)腔形狀和尺寸是靠承口砂芯形成的，離心鑄管生產(chǎn)工藝要求砂型具有良好的尺寸精度、較好的抗粘砂性能、較高的強(qiáng)度。其砂型尺寸精度和抗粘砂性能直接影響離心鑄管澆注承口質(zhì)量。砂型工作表面涂層厚度與鑄管承口內(nèi)腔尺寸大小有關(guān)，涂層厚鑄管承口內(nèi)腔尺寸大，超公差后成為廢管；涂層薄，鑄管承口內(nèi)腔尺寸小，精整打磨工作量增加；砂型涂層工作表面要承受高溫高壓鐵液的沖刷與侵蝕作用，鐵液可能透過(guò)涂層滲入砂芯，致使鑄管內(nèi)表面出現(xiàn)粘砂缺陷，粘砂缺陷將破壞密封性能，增加精整打磨工作量。永通鑄管公司為解決生產(chǎn)過(guò)程中存在的上述問(wèn)題，對(duì)砂型水基石墨涂料和涂刷工藝進(jìn)行了探索，經(jīng)過(guò)大量的DN80-300 砂型試驗(yàn)，解決了上述問(wèn)題，減少了鑄管粘砂缺陷，保證了鑄管承口加工精度，降低了打磨工序成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，帶來(lái)了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 問(wèn)題的提出

1.1 砂型要求

鑄管砂型形狀見(jiàn)圖1，鑄管承口形狀見(jiàn)圖2，砂型見(jiàn)圖3，鑄管承口見(jiàn)圖4.

鑄管生產(chǎn)用承口砂型在生產(chǎn)中起決定性的作用，砂型芯既要保證鑄管承口成型，又要承受離心機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的離心力，以及鐵水的沖擊力與侵蝕。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，DN80-300 砂型約有2%的廢品率是由離心鑄造過(guò)程中碎芯造成的。鑄管承口各型面尺寸公差都在毫米級(jí)別，要求承口砂芯在制芯結(jié)束和刷涂結(jié)束后都要有足夠的加工精度，因此承口砂芯既要保證成型面尺寸精度，又要具有一定的強(qiáng)度。

圖1 鑄管砂型形狀

圖2 鑄管承口形狀

圖3 砂型

圖4 鑄管承口

2.2 涂敷方式要求

使用DN80-300 mm 制芯中心后，以DN100 mm砂芯為例，生產(chǎn)方式由一模兩芯提高到一模四芯，生產(chǎn)效率由80 個(gè)/h 提高到220 個(gè)/h，效率提升3倍，原人工刷涂速度與質(zhì)量與制芯效率不能匹配，遠(yuǎn)不能滿足制芯中心生產(chǎn)需要，為了滿足生產(chǎn)，對(duì)刷涂、流涂、浸涂三種方式進(jìn)行對(duì)比，刷涂方式速度慢，趕不上生產(chǎn)節(jié)拍；流涂方式需旋轉(zhuǎn)砂芯，工作效率低，涂料飛濺嚴(yán)重，涂層不均勻；浸涂方式浸涂時(shí)間短，涂層均勻，節(jié)約涂料，能滿足生產(chǎn)節(jié)拍，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，選擇浸涂方式。

2.3 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

鑄管生產(chǎn)過(guò)程中因砂芯涂料問(wèn)題易造成的缺陷見(jiàn)表1，砂芯工作面t、t4、d2、d3、d5、d6 位置見(jiàn)圖2.

t 為鑄管承口端面，t4 為鑄管密封槽工作面、d2、d5 為鑄管密封膠圈工作面、d3、d6 為鑄管安裝配合工作面。

表1 砂芯及鑄件缺陷

隨著砂芯生產(chǎn)效率的提高和涂刷方式的改變，如何完善浸涂砂芯的涂層質(zhì)量是急需解決的問(wèn)題。

3 現(xiàn)場(chǎng)工藝對(duì)涂料的要求

3.1 浸涂過(guò)程

取芯浸涂機(jī)器人將砂芯從模具上將砂芯取下，在浸涂池內(nèi)浸涂，甩涂料三次，然后將砂芯倒放在工作臺(tái)上，機(jī)器人夾具從砂芯的另一面夾取砂芯，將砂芯大端面向下放置在烘干爐的托盤(pán)上面。

整個(gè)浸涂過(guò)程涂料流動(dòng)方向如圖5 所示，小端面先與涂料池中的涂料接觸，隨著夾具的下沉，由下而上完成浸涂工序，為了減少機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中的滴撒，設(shè)計(jì)機(jī)器人甩涂料動(dòng)作，此時(shí)涂料由大端面流到小端面；在翻轉(zhuǎn)工位，機(jī)器人夾具實(shí)現(xiàn)砂芯的翻轉(zhuǎn)，此時(shí)殘余的涂料又由小端面到大端面。

由于離心澆注的特殊性，以及水基涂料的滲透性問(wèn)題，還未有水基涂料離心鑄管行業(yè)應(yīng)用，針對(duì)目前的現(xiàn)狀，根據(jù)水基涂料的特性，試驗(yàn)其在機(jī)器人浸涂方式中的使用。

3.2 離心鑄造對(duì)水基涂料的要求

制芯生產(chǎn)過(guò)程效率高，以DN100 芯盒為例，每小時(shí)生產(chǎn)55 模220 個(gè)砂芯，平均1 min 就要在浸涂池浸涂一次，每次浸涂四個(gè)砂芯，這就要求涂料在浸涂池內(nèi)具有極好的懸浮性能；

圖5 砂芯浸涂、翻轉(zhuǎn)、放置過(guò)程

在浸涂過(guò)程中，為了形成均勻的涂層就要求涂料具有優(yōu)異的浸涂流變性能，形成的涂層均勻，涂層厚度有保障，為減少粘砂現(xiàn)象濕態(tài)涂層平均厚度要求300 μm～400 μm.

浸涂結(jié)束后，隨著砂芯翻轉(zhuǎn)，涂料受重力作用向下流動(dòng)，因此要求整個(gè)涂層光滑、平整，無(wú)滴流、堆積。

放置在芯盤(pán)上的砂芯隨著運(yùn)輸鏈進(jìn)入烘干爐，在經(jīng)過(guò)烘干爐烘干后要求涂層常溫強(qiáng)度高，不起皮，無(wú)裂紋。

4 試驗(yàn)過(guò)程

4.1 砂型制造原材料要求及配比

為了保證試驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確性，采用表2 所示原材料及配比。

砂型使用40～100 目（占比95%以上）的型砂進(jìn)行制芯，雙組份樹(shù)脂（酚醛樹(shù)脂、聚異氰酸脂）粘結(jié)劑按照1：1，總配比占混砂重量的1.0%～1.1%，固化劑三乙胺按照15 ml～20 ml 配加。

表3 水基涂料技術(shù)指標(biāo)

4.2 涂料指標(biāo)對(duì)比

水基涂料一般由占70%～80%石墨、鋁硅酸鹽，占20%左右的粘結(jié)劑、懸浮劑和其他助劑組成，砂型表面涂敷涂料過(guò)程中的懸浮性、流平性、滲透性及高溫澆注過(guò)程中的耐火度、發(fā)氣量是其主要指標(biāo)。

在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)國(guó)內(nèi)3 個(gè)廠家的水基涂料懸浮性、耐火度、發(fā)氣量指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，指標(biāo)如表3.

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，三種涂料的懸浮性、耐火度、發(fā)氣量都能滿足要求，根據(jù)浸涂工藝要求，需對(duì)水基石墨涂料的流平性和滲透性進(jìn)一步試驗(yàn)，以選擇最佳的涂料。

4.3 水基石墨涂料流平性

砂型浸涂涂料后，不允許表面有明顯的流痕，面要光亮平整，不能有氣孔、裂紋、流痕等缺陷也不允許出現(xiàn)涂層厚度不均勻，因此涂料要有良好流平性。

圖6 三種水基涂料浸涂效果

表4 三種水基涂料流平性測(cè)試

表5 涂層厚度

如圖6 和表4 所示，通過(guò)對(duì)三種涂料的流平性和滲透性數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，涂料3 的指標(biāo)優(yōu)于其他兩個(gè)。

4.4 涂層厚度的確定

經(jīng)過(guò)上述流平性和滲透性試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比，選擇涂料3 用于生產(chǎn)，為防止涂料使用過(guò)程中出現(xiàn)粘砂、粘鐵等增加精整打磨量的缺陷，涂料3 按照不同配比進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試使用性能。

從表5 中可以看出涂層濕膜厚度達(dá)到0.285 mm～0.335 mm 時(shí)，鑄管承口內(nèi)腔表面光滑，僅有少量粘砂或不粘砂現(xiàn)象，沒(méi)有出現(xiàn)因涂料原因報(bào)廢，故將涂料的濕膜厚度確定在0.285 mm～0.315 mm 之間。為了方便現(xiàn)場(chǎng)控制涂料濕膜厚度，在生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)調(diào)節(jié)水的加入量，用波美度比重計(jì)測(cè)量攪拌后的水基石墨涂料的波美度，將指標(biāo)控制在35～40 之間。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)離心鑄管的特殊性，為保證鑄管承口質(zhì)量，提出了對(duì)砂型涂料的要求，選用砂型浸涂上涂料的方式，通過(guò)對(duì)水基涂料各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)研究，確定了波美度最佳指標(biāo)為35～40，涂料濕膜厚度確定在0.285 mm～0.315 mm 之間，減少了涂層缺陷，防止鑄管承口產(chǎn)生缺陷，大幅降低制造成本，大幅度降低鑄件清理工作量，提高生產(chǎn)效率。