摘要：众所周知，熔模精密铸造生产过程中，因型壳温度和钢水浇注温度较高，型壳透气性较差等因素导致疏松、气孔、渣孔等铸造缺陷时有发生，是车间质量控制的重点和难点，而产品质量的改善和管控能力，直接影响着企业的利润水平和客户服务能力，是企业的核心竞争力之一。本文以一种法兰疏松的改善为例，分享一些质量改善的经验与体会，供同行参考借鉴。
1.改善背景
一种法兰在小批量试产阶段，发现335件中有54件因疏松报废（疏松位置见图1红色区域），报废率为16.12%，远高于公司内部质量控制目标。且该零件与核心客户的重点项目配套，属于单件大批量产品。无论从市场角度还是从产值角度，都极具改善价值。
2.原因分析
初步分析，造成该零件疏松的原因是高温钢水浇注后，浇注系统整体上没有顺序冷却凝固，造成零件局部疏松。而浇注系统没有实现顺序凝固主要是局部散热不良产生结构性热节。从图1的零件结构来看，理想的冷却凝固顺序应该是1区→2区→3区，实际的凝固顺序为1区→3区→2区，造成2区法兰内腔产生疏松。而2区最后冷却与零件的结构和组树方案（即浇注系统设计）有关。
从法兰自身结构来看，法兰内腔（具体位置见图1）较深，在经过5.5层制壳后，内腔几乎被耐火材料填满，法兰内腔特别是根部散热困难。另外零件的浇注方案为横排顶注式浇注，中间两个零件受两边零件热辐射，散热更为困难。两种因素叠加造成法兰内腔根部产生疏松。
3.改善方案及验证
3.1.方案一
优化零件的浇注系统，改善散热条件。根据上述分析得知，零件在浇注系统中的排布方式对零件浇注后的散热条件影响很大，法兰内腔是散热比较困难的部位，为了改善其散热条件，对零件的组树方式进行调整，法兰内腔统一向外，详见图2
3.2方案二
增加保温措施，调节凝固顺序。陶瓷纤维棉有隔热保温的作用，因此在型壳焙烧前，在浇注系统横浇道侧面区域包裹陶瓷纤维棉，然后进行焙烧，型壳焙烧合格后，出炉带陶瓷纤维棉在6秒内完成浇注。以此来延缓横浇道部位的降温速度，形成温度梯度，增加浇注系统对法兰内腔的补缩能力，详见图3。
3.3方案三
局部强制冷却，调节凝固顺序。浇注前准备好砂盘，砂盘上铺满废旧的刚玉砂或莫来砂，并洒水将砂子浸湿，以砂盘上水不渗出为宜。沿模组摆放方向将砂子刨出两条“V”字形沟槽，沟槽间距以模组不碰撞为宜。零件浇注完毕后迅速放入沟槽中，用沟槽两侧的湿砂子迅速对零件进行填埋，依靠湿润的砂子快速带走热量，达到局部强制降温，改变凝固顺序的目的（见图4）。
4、改善方案验证
第一阶段，在人、机、料、法、测等试验条件不变的情况下，各投入200件零件对三个方案分别进行试验，其中方案一疏松废品率为12.81%，方案二疏松废品率为14.22%，方案三疏松废品率为4.35%。
根据验证结果综合评估三种方案会发现，第一种方案改善幅度有限，但操作方便，不影响效率，不增加成本，只需一次制造射蜡模具即可长期使用。方案二对疏松有一定改善，但陶瓷纤维棉需长期外协采购，型壳焙烧前需人工包裹，增加成本且影响生产效率。方案三操作较为繁琐，对熔炼浇注的效率有一定影响，但改善幅度最大，砂盘上使用的砂子为废旧砂，属于废料复用，另外自来水价格也相对便宜，对成本响应可以忽略。
第二阶段，综合考虑改善效果，劳动效率，生产成本等因素，决定方案一和方案三被采纳，放弃对方案二的继续验证。在第一阶段试验的基础上，选取500件零件在其它测试条件不变的情况下，对方案一和方案三进行叠加测试（即优化浇注系统的同时，在浇注后用湿砂填埋局部降温），此批试验件经检验有11件零件有疏松缺陷，疏松废品率为2.20%，经过三个月的连续验证，该零件的疏松废品率稳定的1.5%-2.0%之间，达到公司内控要求。技术部将上述方案纳入受控作业指导书和检验规范，形成标准作业方法。
5、改善总结
5.1通过两个阶段的生产验证可以确定，通过调节浇注系统的凝固顺序可以达到改善铸件疏松的目的，且效果明显。
5.2熔模精密铸造工序多流程长、手工作业环节多，问题产生的原因错综复杂，解决难度大，需要从人、机、料、法、测等不同维度全面分析综合施策，才能快速有效的解决问题，满足客户的需求。
5.3对问题的改善不能仅以一次的测试结果为依据，盲目的导入生产。因为生产验证环节存在偶然性和不确定因素，一次测试不能充分的评估和暴露所有风险。应反复验证至少三次以上，才可以转入量产，避免产生不必要的损失。
5.4对改善方案进行优选时，要综合考虑改善效果，劳动效率，生产成本，组织难度，技能要求，生产环境等因素，以提升综合经济效益。
6.结语
本案例通过优化浇注系统设计，调整浇注系统的凝固顺序，大幅降低了铸件疏松的废品率，使生产得以顺利进行。但疏松问题并没有得到彻底的根治，另外熔炼浇注环节的降温措施操作较为繁琐，这些都是我们下一步改善和努力的方向。在后续的改善过程中，我们将借助浇注模拟软件对改善方案做系统全面的分析，精准施策，以求彻底解决问题。
参考文献：
[1]王明光. 基于ProCAST的拨叉件熔模精密铸造工艺优化[J]. 铸造，2015，64（7）.
[2]何连英. 摆杆铸件的熔模精密铸造工艺实践[J]. 铸造技术，2010，31（1）.
论文作者:贾磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：疏松论文; 方案论文; 零件论文; 法兰论文; 顺序论文; 系统论文; 砂子论文; 《基层建设》2019年第14期论文;