殼型鑄造是利用覆膜砂作為原材料，將模具加熱到一定溫度，通過射砂、保溫使覆膜砂固化、成型，形成一定厚度的殼型，將上下殼型使用黏結劑粘結在一起，形成完整的型腔用于澆注成型鑄件。殼型鑄造具有設備投資少、生產(chǎn)效率高、周期短、制造成本低，生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵少、噪音小、對環(huán)境污染小，生產(chǎn)的鑄件表面光潔度高、尺寸、工藝性能穩(wěn)定等特點，現(xiàn)已廣泛應用于汽車、摩托車、工程機械等行業(yè)。

1 背景介紹

精鑄自引進殼型工藝以來，已初步實現(xiàn)殼型鑄鐵工藝的穩(wěn)定、高效生產(chǎn)，但在生產(chǎn)鑄鋼件時發(fā)現(xiàn)鑄件表面橘皮、粘砂現(xiàn)象尤為嚴重，表面質量較差，不良品中橘皮、粘砂占比高達50%左右，嚴重降低了鑄件的清理效率及產(chǎn)品品質。

1.1 原生產(chǎn)工藝簡介

生產(chǎn)部分鑄鋼產(chǎn)品工藝方案，采用覆膜砂殼型鑄造工藝，一型兩件，疊箱兩層 ，采用雙工位翻轉射砂機制殼。

1.2 缺陷比例及位置

對現(xiàn)場缺陷位置與數(shù)量進行了統(tǒng)計，橘皮、粘砂缺陷在鑄件內澆口、上表面部位尤為明顯。

2 缺陷及原因分析

2.1 缺陷形成機理

橘皮是指在鑄件表面上，金屬與型砂混合在鑄件表面形成的片狀物或瘤狀物。在澆注時，型殼表面由于高溫金屬液不斷沖刷，導致型殼表面局部潰散，潰散砂粒塊與鋼水一起進入型腔在鑄件表面形成的凸出的疤痕，即形成橘皮、結疤等缺陷，鑄鐵產(chǎn)品較少，常見于鑄鋼產(chǎn)品。粘砂是一種呈現(xiàn)在鑄件表面缺陷，在鑄件表面粘附著難以清除的砂粒狀毛刺或型砂與金屬氧化物形成的化合物，致使鑄件表面粗糙，通常會增加鑄件清理的工作量，降低精整效率，影響產(chǎn)品外觀。

2.2 原因分析

結合粘砂、橘皮的形成機理可判斷，殼型鑄鋼表面粘砂、橘皮的形成原因為：

(1)澆注過程中鋼水溫度高，鑄件澆口附近部位型殼受熱時間長，由于覆膜砂型殼易潰散，受熱時間長，造成該部位砂殼過熱，型腔表面砂殼潰散造成鑄件表面粘砂、橘皮現(xiàn)象；

(2)砂殼固化層薄，砂殼強度較低，當澆注溫度較高或鋼水沖刷時間較長、沖刷力度較大時砂殼表面易破裂潰散，導致鐵液“滲透”至砂殼內部，或潰散砂粒與鋼水一同凝固從而形成粘砂缺陷；

(3)覆膜砂耐火度低，當鋼水進入型腔后，鋼水凝固前砂殼型腔表面已開始潰散，導致鐵液“滲透”至砂殼內部，或潰散砂粒與鋼水一同凝固，形成粘砂；

(4)直澆道受到的沖擊力較大，且澆口部位沖刷時間最長，直澆道直接連接內澆口，當高溫鋼水沖入直澆道后直接進入型腔，由于鋼水的紊流，導致澆口根部砂殼表面潰散，浮砂隨鐵液進入型腔。

3 工藝優(yōu)化試驗與分析

3.1 降低澆注溫度

鑄鋼用覆膜砂為石英系耐火材料，澆注溫度過高或局部過熱，易出現(xiàn)潰散、破裂、沖砂等現(xiàn)象，產(chǎn)生粘砂、橘皮等鑄造缺陷。在殼型工藝生產(chǎn)過程中，為壓縮制造成本，殼型鑄造過程中一般不使用耐火涂料，直接組型后澆注。鑄件內澆口附近作為入水口，鋼水溫度較高，砂殼該部位過熱時間較長，砂殼表面潰散，高溫鋼水持續(xù)沖刷，造成粘砂、橘皮。在不影響產(chǎn)品質量前提下，適當降低澆注溫度，殼型澆注為冷殼澆注，澆注溫度不宜太低，防止冷隔出現(xiàn)，因此降低澆注溫度對表面質量提升有一定效果，但不能徹底解決表面橘皮、粘砂問題。

3.2 提高砂殼固化層厚度

砂殼固化層薄，砂殼強度較低，當澆注溫度較高或鋼水沖刷時間較長、沖刷力度較大時砂殼表面易破裂、潰散，導致鐵液“滲透”至砂殼內部，或潰散砂粒與鋼水一同凝固從而形成粘砂、橘皮。結殼層過薄，砂殼強度降低，澆注過程存在結殼層過熱潰散沖砂風險，由于該部位為鋼水直接沖擊部位，此處的砂殼強度對鑄件的表面質量有直接關系，連續(xù)生產(chǎn)過程中模具降溫快，出現(xiàn)生砂、砂殼未熟透現(xiàn)象。直澆道底部厚度過大，結殼時間會導致砂殼其它部位過燒，砂殼強度降低，優(yōu)化后砂殼在連續(xù)生產(chǎn)中砂殼完全固化，無生砂、皮包骨現(xiàn)象。

3.3 提高覆膜砂耐火度

覆膜砂耐火度低，當鋼水進入型腔后，鋼水凝固前砂殼型腔表面已開始潰散，導致鐵液“滲透”至砂殼內部，或潰散砂粒與鋼水一同凝固，形成粘砂。覆膜砂成分調整后小批量驗證發(fā)現(xiàn)，鑄件表面的橘皮現(xiàn)象基本消除，粘砂現(xiàn)象仍存在，并未能徹底解決產(chǎn)品表面粘砂缺陷。

3.4 優(yōu)化澆注系統(tǒng)設計

澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的鑄件影響極大，充型過程中澆口附近砂殼提前潰散，導致鐵液“滲透”至砂殼內部或潰散砂粒與鋼水一同凝固，從而在澆口附近以及大平面形成粘砂、橘皮等缺陷。減少鋼水對砂殼表面的沖擊力度，增加澆注系統(tǒng)的緩沖能力，也可以改善產(chǎn)品表面粘砂、橘皮現(xiàn)象。經(jīng)過考慮采用穩(wěn)流式澆注系統(tǒng)替代原澆注系統(tǒng)，使得進入型腔的鋼水平穩(wěn)，降低對型殼的沖刷力度；澆道的形狀采用扁平梯形，可以減少鐵液出現(xiàn)紊流現(xiàn)象沖刷砂殼；澆道的長度應盡可能短，降低鑄件因鋼水降溫而產(chǎn)生冷隔、流紋等缺陷。