技术丨高精度篦板负压成型工艺

前言

水泥设备中应用较多的铸钢件主要有篦冷机篦板、预热器挂片、磨机辗套、破碎机锤头等。锤头和挂片等对外形尺寸公差要求不高，用一般的型砂铸造或钢模铸造即可满足使用要求，而应用于步进式冷却机的篦板装配精度高，表面光洁度要求高，本文针对技术特点，对一种高精度篦板的负压成型工艺进行介绍。

篦冷机篦板为铸件，常用材质ZG35Cr26Nil2，其化学成分见表1。该材质具有良好的高温抗氧化性、耐腐蚀性，很高的高温韧性和强度。

本文研究的高精度篦板外形总体为长方形，带有安装的卡爪和圆形安装孔，见图1。从上表面看通风孔为多条细长的长方形孔，不是传统的圆孔或长圆孔。孔的宽度根据工艺需求，有多种规格，一般为3~6mm。因缝隙较小，传统的钢模或者型砂铸造难以达到精度要求，会产生许多的夹渣，难以清理（见图2），以及缝隙大小不一致等质量问题。从剖面看，通风隔板为带喉舌的变形的平行四边形，有60°的锐角和过渡圆角，见图3各通风隔板间隔叠加，形成通风风道，满足高压气流附壁作用（Coanda Effect）。篦板上表面要求光滑，满足科恩达效应要求。高精度篦板的长宽高和垂直度都有高精度的要求。

负压成型工艺是在负压状态下，将与泡沫塑料模型刷涂耐火材料经烘干后埋置于干砂或自硬砂中，振动抽负压紧实，在负压状态下浇注金属液使泡沫塑料模型热解气化“消失”，液态金属冷却凝固后形成所需的篦板铸件。负压成型工艺的特点：

（1）传统的篦板型砂造型工艺，需要待篦板模芯压实成型后再从分型面分上下箱取出，取出过程中模芯还可能碰到型砂，需要再次修补型砂。而泡沫塑料模芯在1000℃高温金属溶液下可以消失，不需要再开箱取出模芯，不需要清理。

（2）泡沫塑料模芯在高温消失过程中，封闭空腔内形成负压，有助于高温合金熔液体朝向负压处流动，从而减少了气孔、缩孔等瑕疵的形成。在陶粒砂（或称宝珠砂）急冷左右下，加上负压作用，金属溶液成型后内部组织致密，还可提高产品的力学性能。

（3）负压泡沫塑料模芯，没有分型面，因而铸件无飞边、毛刺，较少，没有分箱组合引起的尺寸偏差，可取消后续打磨和机械加工工序，机械加工量可减少50%~80%。泡沫模型和实际零件尺寸公差也很小，可以达到CT6-CT9级。

（4）型砂采用陶粒砂（或称宝珠砂），砂中不含化学粘接剂，塑形效果更好，且型砂还可以多次回收利用，大大节约生产成本。

3.1 模芯制作方案设计

确定好成型工艺后（见图4），首先要制作模芯。高精度篦板整体外形相对规整，在制作好长方体后，把卡抓粘贴上即可，再挖去端部的安装螺栓孔。因此整体可分为长方体和卡抓两个部位。

通风隔板为异型，直接影响到篦板的通风性能和使用效果，为篦板模芯加工制作的难点和要点。因此将长方体分为篦板外框和通风隔板分开制作，篦板外框见图5。通风隔板需单独制作小模芯见图6，隔板作为插片，插入外框中，线性阵列成设计所需尺寸，后期通过粘接剂和外框粘接，就形成了模芯的成品，见图7，8。通风隔板缝隙可调，可根据不同的物料（如水泥熟料、氧化铝、锂辉石、球团等）冷却工艺需求，通过调节通风隔板间距，配置不同宽度的篦板缝隙。

3.2 无机砂浆喷涂型壳

篦板模芯的外壳成型，不是传统的刷高温涂层，而是直接在篦板模芯外喷涂无机砂浆，无机砂浆干燥凝固后在篦板模芯表面形成一层坚固的外壳。模芯外壳具有一定的强度，可以防止陶粒砂塌落，可保护泡沫塑料的型芯。砂浆外壳有一定的气密性，也有助于负压环境的形成。采用喷涂工艺，可以保证通风隔板的异形面喷涂无死角，全面喷涂到位，比传统的刷高温涂层，覆盖更为全面。

3.3 装箱震实

模芯埋入装满陶粒砂的箱中，在合适位置预埋好浇口。刮平砂面，固定完毕就放置在调频气囊悬浮震实台，通过PLC调频控制器，对砂箱进行三维震实，每次震实2min，正反转各30s。震实后用塑料薄膜覆盖整个盖板，形成砂箱的封闭环境，保证浇注时的负压度。

3.4 负压浇注成型

浇注成型工艺同传统的浇注成型，在此不细述。主要是把负压值控制在0.06MPa左右最佳。

3.5 高精度篦板负压成型成品

负压成型与传统工艺篦板质量对比见表2，可以看出:负压模芯尺寸精确满足尺寸要求，篦板尺寸得到保证，加工量明显减少；篦板成品较传统成型工艺减轻，在耐热钢原料价格飞涨的当下，大大节约了生产成本。

高精度篦板外观质量良好，篦板成品表面光洁度达到设计要求，无变形、涨形等外观缺陷。

采用负压成型工艺生产的篦板，满足了步进式冷却机对篦板装配尺寸的高精度要求，能满足表面质量要求，同时可以降低成本，适合各种水泥装备中高精度产品的成型需求。

作者：李程伟1，茹睿哲2

企业：《1合肥水泥研究设计院有限公司；2中北大学材料科学与工程学院》

来源：《水泥工程》

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