消失模铸造阳极钢爪爪部中心距尺寸控制要点

袁艳林1    贾柏林1   苏继勇1  张永奇2
（1.山西运城市关铝设备材料有限公司；2.太钢集团临汾钢铁有限公司机械制造公司）
摘要：本文介绍了消失模生产阳极钢爪尺寸控制的常见问题、影响因素及控制要点。通过对白模组装、涂刷、烘烤、造型、浇注的各工序进行严格地控制，消失模生产钢爪的铸造尺寸符合率可达95%以上。并提出了铸件的尺寸控制是一个系统问题。
关键词：阳极钢爪、线收缩率、工艺加强筋
阳极钢爪是电解铝工业重要的导电部件，有三、四、六、八爪之分。其与铝导杆、阳极碳块一同组成阳极组，其特殊的使用要求对钢爪爪头部的中心距有严格的要求。其中六、八爪由于其中心距数量多且方向二维，尺寸控制难度大。钢爪往往由于尺寸超标造成后序处理费用增大，严重的将作废，直接影响企业效益。笔者所在的公司是专业从事铝电解配套的服务企业，消失模生产钢爪量在6000t/年。通过对生产各工序的严格控制，钢爪铸造尺寸符合率在95%以上。下面以六爪为例浅谈消失模生产阳极钢爪中心距尺寸（以下简称尺寸）的控制。
1.钢爪的使用要求及存在的问题
1.1电解铝用阳极钢爪材质为ZG230-450，如图一所示，为便于与阳极碳块的组装，1、2、3、4、ⅠⅡⅢ处形位公差均为±3mm。
1.2由于在X、Y方向的形位公差都需保证，增加了尺寸控制的难度多数企业在生产中常存在如下问题：
（1）某一产品单个或多个尺寸不合格。
（2）某一批次产品，尺寸变化的随机性。
（3）某一产品尺寸虽合格，但在X方向，三个爪头不在同一直线，平行度不合格。
2影响铸件尺寸变化因素
2.1收缩率因素
铸件凝固收缩时，由于在不同方向收缩阻碍力大小不同，造成在不同方向收缩率不一。
2.2结构因素
六爪结构中心部位厚大，肩部薄，凝固过程冷却速度不同，产生热应力造成铸件翘曲变形，引起钢爪爪部尺寸变化。
2.3工艺因素
消失模的工艺特点及EPS自身的特性决定了白模成形、涂料涂刷、烘烤、造型、浇注等工艺环节，都会引起铸件尺寸变化。
3 生产各工序控制要点
3.1 铸件线收缩率的确定
铸件白模尺寸的确定是由铸件的线收缩所产生决定的。而铸件线收缩率的确定需充分考虑铸件在不同方向的收缩阻碍力大小及冷却速度不同产生热应力引起翘曲变形对铸件收缩率的影响。根据经验初步拟定钢爪各部位收缩为（见图一 ）：ⅠⅢ处1.5%；Ⅱ处0%；1.2.3.4处0.6%测量数据见表一。为便于测量表一数据为中心距加爪部直径。从以上数据分析得知：ⅠⅡⅢ大中心距线收缩率偏大，1.2.3.4小中心距浅收缩偏小。特作如下调整：ⅠⅢ处中心距缩小4mm，收缩率调为0.9%；Ⅱ处中心距缩小2 mm，收缩率调整为—0.5%。（出现负值，是由于翘曲变形使尺寸扩大）；1.2.3.4处中心距增大3 mm，收缩率调整为1%，经再次试生产测量，尺寸在标准范围内。若仍不符合标准，可依据此方法再次调整。
表一
尺
寸
编
号
铸
件
编
号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
1
2
3
4
1
白模
850
842
852
623
622
624
622
铸件
843
843
846
617
614.5
616
613.5
2
白模
852
842
850
622
622
623
623
铸件
843
844
847
614
615
614
612
3
白模
851
843
850
622
622
623
623
铸件
847
846
847
615
611
612
612
4
白模
851
842
850
624
622
623
623
铸件
846
842.5
841.5
613.5
613
615
613
3.2白模的精确组装要点
待拟定好钢爪线收缩率后就需制作专用的定位胎具来组装制作白模，定位胎具见其结构图二a。钢爪的肩部用18g/cm3的泡沫板材切割组装而成，爪部用模具制作成中空带球形冒口的两半粘结而成。肩部的组装、爪部与肩部的粘结都在定位胎具上完成。为防止白模尺寸变动，在六个冒口的纵向，横向都拉工艺加强筋〈见图二b〉。制作的定位胎具应可以微调，以应对收缩率的修正而对其进行的调整。用此定位胎具组装的六爪白模，其中心距偏差1 mm之内，保证了白模尺寸的精确控制。
3.3白模的涂刷与烘烤要点
首先涂料涂刷采用专用的勺瓢泼浇的方法，不可用力按压白模，特别需注意加强筋一定要涂刷到位以增强其强度，且不可折断。
其次白模采用爪部在下，工艺加强筋紧靠烘烤支架的方式烘干。需注意烘干后要小心取放模型，以防加强筋折断，不能满足后序造型对白模的要求。
3.4造型控制要点
首先造型时影响白模尺寸变动最重要的因素是激振力的大小及激振力的方向。大多数企业都采用在振动台底部与两侧部对称安装6振动台电机来实现三维振动。其实不然，根据振动台电机偏心振动原理，只需在振动台底部与一侧部对称安装4振动台电机即可满足三维振动且三维振动效果更好。在型砂能够紧实的前提下，尽量调低激振力大小来减小激振力对白模尺寸变动的影响。在生产实践中发现改变白模造型时摆放方向，铸件尺寸会由波动范围很大而变的相对稳定，这就是激振力在不同方向产生激振力大小不同所致。
其次，型砂的充填在铸件周围应均匀升上，以防型砂局部过多，而引起白模尺寸变化。
再次，当型砂充填至冒口部位且振实后，方可去掉加强筋。过早去掉会因型砂充填增加白模尺寸的变化，若不去掉会增大铸件的阻碍收缩，且会出现工艺加强筋有的浇成型，有的未成型，影响收缩，使铸件尺寸变的无规律可循。
3.5其他控制要点
3.5.1控制保压时间在合理的范围内，过早过迟都会引起收缩阻力的变化，严重时会导致铸件产生裂纹。
3.5.2明确钢爪的摆放方式为冒口挨地方式，以防止钢爪中心部位冷却缓慢而引起翘曲变形程度的不同，影响到钢爪尺寸。
4钢爪尺寸超标的处理
对于尺寸超过标准要求范围的铸件，采用液压千斤顶冷校正方法进行校正，对于尺寸超标过大，不能进行校正的作报废处理。
结束语
1.消失模铸件尺寸的生产控制是消失模生产过程中的一个系统问题，不是采取某项单一的措施就能解决好的。
2.通过对白模组装、涂刷、烘烤、造型、浇注的各工序进行严格地控制，消失模生产钢爪的尺寸符合率可达95%以上。
参考文献
1.陶杰.《消失模铸造方法与技术》   江苏科学技术出版社  2003.6.1
作者简介
1.     袁艳林 （1975-） 山西运城人   助理工程师  现主要从事消失模铸造工艺设计、管理
2.     苏继勇  （1957-） 山西运城人  高级工程师   现主要从事非标设备设计、制造管理及电解铝生产线专用设备研发、生产制造与销售
3.     贾柏林  （1967-） 山西运城人  经济师   现主要从事工业经济技术管理及电解铝生产线专用设备研发与生产销售工作。
4.     张永奇  （1974-）山西临汾人   助理工程师  现主要从事消失模铸造工艺设计、管理