浅谈提升铸件清洁度解决方案

应泽博　冯长虹　骞晓娜

摘 要：本文主要介绍如何通过铸造、加工、清洗等方面工作，提升汽车铸件进排气歧清洁度的方案。

关键词：汽车进排气歧管；沙芯；铸造；清洗机；清洗剂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.039

0 引言

随着汽车发动机总成清洁程度的不断提升，汽车零部件清洁度要求变得越来越严格。对于如何提升产品的产品清洁程度，满足配套主机厂的清洁度要求，汽车零部件企业投入了大量的人力、物力，最后得到的效果甚微，这样的情况长时间持续下去，不仅给企业带来了更高的成本，并造成了大量的时间和资源的浪费。对于产品清洁度的问题也困扰了我公司多年，通过几十年的摸索，我们公司的产品清洁度已得到明显提升。

1 铸造阶段

铸造阶段，铸件内腔的平整和光滑程度，将直接影响后期产品清洗阶段的清洁度重量和颗粒尺寸大小，而影响铸件浇铸后工件内腔粗糙的因素主要存在以下方面。

1.1 制芯

在制芯阶段，沙芯表面的光滑程度将直接影响铸造件内腔表面的光洁程度。所以制芯时要严格控制沙芯表面光滑。

排气歧管的制芯为例，我们在生产中经常遇到的问题和应对的措施：

（1）砂芯强度不够。 在制作比较复杂的砂芯或者弯道较多的砂芯时，由于芯盒模具排气不畅，导致制芯时有轻微的射不实的情况，造成沙芯强度不够，工件浇铸时，产品内腔产生轻微的多肉。

（2）制芯毛刺。芯盒模具合模不严，上模和下模之间间隙过大，在制芯完成后，芯子外面会出现比较大的毛刺，沙芯在去毛刺过程中，在刮刀的作用下又伤伤害了砂芯表面，从而导致砂芯表面粗糙，工件浇铸后，产品内腔产生的坯缝加大，粗糙度较大。

（3）砂芯转运。砂芯在制作完成后，在转运过程中，每个产品没有各自的专用的流转架，造成芯子与芯子之间，因没有防护，造成磕碰比较严重。

（4）修芯。对与有缺陷的沙芯进行修复时，大多工厂用的是“修补膏是石墨+膨润土”的方法。这种方法存在两种缺点。第一种是修补膏耐火度不是很高，在浇铸的高温下易产生粘沙现象，在抛丸时不易清理；第二种是芯子表面携带的石墨，在浇铸的高温下附着在工件内腔表面，部分石墨已经渗透到内腔表层，普通抛丸根本清除不了。

以上制芯过程提到的四点的问题，在铸造企业非常普遍，但往往不能引起相应管理者的重视，最终酿成工件藏污纳垢的根源，为工件后期清洗增加难度。我们要有相应的措施，发现问题解决问题，把问题消灭在源头，对于以上问题我提出四点建议仅供参考：

（1）加强管理，增强员工的质量意识，对于砂芯射不实、强度不够等有缺陷的芯子要及时分离报废。

（2）提高芯盒模具的精度，减小合模间隙，减小砂芯批缝毛刺，确保砂芯表面的光滑度。

（3）在砂芯的储存和运转时，要制作专用的流转护具，避免芯子磕碰划伤。

（4）若轻微划伤的砂芯需要修补时，要选用耐高温的修补膏和耐高温的涂料现结合的方法。

1.2 抛丸

抛丸质量的好坏将直接影响产品清洁度和颗粒度指标。我们公司主要是从事汽车水泵类及汽车排气歧管类铸件产品的生产，产品种类较多，产品形状大小不一，很不规则，工件内腔流道弯曲，要完全去除工件内腔的氧化废物非常困难。

在铸造企业常见的去除氧化废物的方法有三种：滚桶抛丸法、悬挂抛丸法、定向抛丸法。其中滚桶抛丸法和悬挂抛丸法比较常用，这样的抛丸方法最大的优势是一次进行抛丸的工件数量比较多，但是这种抛丸方法对提升产品的清洁度作用不大。滚桶抛丸法针对的主要是处理附着在工件外表面的氧化物的作用。由于此种抛丸方法一次性投入的工件过多，造成工件堆放叠加，在抛丸的过程中，靠堆放中间的工件，钢丸根本进不去；堆放表层的工件钢丸就算进入工件內腔，对内腔的氧化废物也起不到去除的作用；悬挂抛丸法虽然把工件悬挂了起来，避免了工件的叠放，但在抛丸的过程中把钢丸射进工件内腔的次数是不可控的，并且若工件吊挂姿势不对，钢丸也根本扫射不进工件内腔，造成抛丸不彻底。第三种方法定向抛丸，大多数厂家都很少采用，因为市面经常采用的定向抛丸操作工艺为：一人一机，每个工件每个气道孔定向抛丸10秒钟以上，并逐次进行的抛丸的方法。若需要抛丸工件的产量多，那么就需要投入大量的设备和人员，致使企业的投资成本比较高，但是这种方法是提升工件清洁程度的最优方法。我公司采用的是悬挂抛丸法和定向抛丸相结合抛丸工艺。

1.3 毛坯防锈

毛坯件的表面防锈，对产品清洁度的影响也不可忽视。大多铸造企业选用的防锈剂都是黏度较大防锈油，来预防长时间库存和长途运输带来的生锈风险。但这样会带来大量粉尘吸附工件表面的问题，若长时间库存和运输，油膜干燥后，清洗工序很难把毛坯内外的油和粉尘的混合物清洗干净。

针对这种情况，对于毛坯的防锈，尽量选用水基型的防锈剂使用；对于距离加工基地较近的铸造厂，尽量不要选用防锈剂防锈，可选用毛坯密封袋包装运输方法。

2 清洗阶段

清洗阶段，根据产品现形状不同、工件流道的复杂程度不同、产品材质的不同，选择何种清洗工艺、清洗方式、清洗参数及清洗剂类型等都将直接影响产品清洁度数值的高低。

针对排气歧管的清洗，我公司在清洗机的使用上发现的问题如下：

（1）通过式清洗机主要呈现问题为：

1）工件在通过清洗区域时，喷嘴喷出的水绝大对数喷射在工件外表面，喷进工件内腔的清洗液非常有限，根本起不到清洗工件内腔的作用。

2）通过式清洗机的通用能力比较强，清洗的工件有大有小，所以这类清洗机的清洗压力比较底，通常在0.6 MPa -0.8MPa左右。

（2）定向清洗机呈现问题为：定向清洗机主要是针对工件内腔清洗，对产品内腔的清洁度提升非常明显。其优点是，设备喷嘴比较少，工件每个气道口，都有一个喷嘴对气道口进行绕圆喷射清洗，设备的清洗压力比较大，压力可达到几十兆帕。设备的缺点是，设备的产能低下，工人操作的劳动强度比较大，生产效率低下。

（3）超声波清洗。超声波清洗机是一种已声音震动，以水位介质，产生气泡，并已气泡爆炸，软化和去除工件表面附着物的清洗方式。这种清洗方式去除工件表面的油污和管壁表面凹槽内的附着物比较好，并且工件在清洗槽内精洗的时间越长、超声波频率越高去污效果越好。但这种清洗方式一次投入的产品个数有限，并且我们生产的排气歧管、水泵等产品，工件复杂大，产品种类过多，材质型号多等问题，若完全依靠超声波清洗机来提高产品的清洁程度，需要投入的设备会很多，造成投资成本太高。

目前汽车配件企业针对产品的清洗主要运用这三种清洗方式，这三种清洗方式在我公司也都有使用。从使用的效果看，这三种清洗方式，若任何一种单独使用其清洗效果都不是很好。经过我们多年对产品清洗方法的研究，根据三种清洗方式的优缺点，取长补短，合理安排清洗工艺，现已设计制作出一台，集三种清洗方式与一身的清洗设备，不但提升了我公司产品的清洁度，提高了产品的生产效率，还减少了人员的数量，详见下图：

此设备的清洗工作流程为：1上料-2超声波清洗-3喷淋清洗-4超声波清洗-5喷淋清洗-6定向清洗内腔-7漂洗-8反转倒水及切水-9风干-10下料。整个清洗流程总共投入两人操作。

设备优点为：工件进入清洗机内进行超声波清洗，软化工件表面及内腔油污；在第二道工序进行高压喷淋清洗、超声波、喷淋，反复去除工件表面软化后的附着物；第三道工序进行高压定向清洗，主要进行正对工件内腔表面软化后的附着物清洗；第四道工序利用干净的清洗剂对工件整体内外表面进行漂洗，进一步确保工件内外表面彻底干净；第五道工序经过工件180度反转转倒水、切水，确保工件内腔及弯道内的积水彻底排出；第六道工序通过冷风吹干，降低工件清洗温度，为后面的防锈作基础。

（4）在清洗阶段，除了清洗设备的运用合理外，清洗剂的洁净程度，将直接影响产品清洁度的高底。因为清洗剂的作用不但要起到清洗掉工件上的脏污，更重要的是要把清洗下来的脏污带走，并连续用干净的清洗液对工件清洗漂洗，而确保清洗后的工件不形成二次污染。所有清洗剂的干净程度，对提高工件的清洁度要求其到至关重要的影响。

为了即确保清洗剂的洁净度，又降低生产成本的投入，我们只有从清洗剂的过滤重复使用着手。通过加强清洗机滤网的过滤精度，特别是要加强精过滤器的过滤精度尤为重要。目前清洗机厂家用的最多的是“罐式+布袋”的过滤方式，这种过滤方式更换过滤网比较方便，并且滤袋比较廉价，是一种中非常好的清洗液过滤方法。对于清洗清洁度要求非常严的产品，在设计清洗机方案时，可以考虑选用两个或三个过滤罐串联的方式对清洁液进行逐级过滤，具体方式为：罐式（布袋滤网20um）+罐式（布袋滤网10um）。尽量确保清洗液的洁净度，从而确保工件的清洁度。

（5）清洗參数的设定对工件清洁度的影响也举足轻重。清洗液最适宜的清洗温度通常为 40-60℃，尤其在天冷时若清洗液温度低，清洗液内的清洗活性剂较差，清洗效果也差。因此有部分清洗机在清洗缸外边绕上加热电热丝进行温度控制，当温度升高后，并达到清洗液内表面活性剂的最佳活性温度，工件表面的污垢快速软化并溶解，所以清洗效果较好。

清洗液浓度在清洗过程也起着至关重要的作用。清洗液配兑浓度低，清洗液粘度小，流动性好，在清洗时的带走能力强，但是其溶液中的表面活性剂成份相应的含量就会减少，在清洗过程中清洗液的去污、溶污等能力减弱，相应的清洗能力就会减弱。清洗液清洗液配兑浓度过高，清洗液粘度大，流动性差，在清洗时的带走能力差，虽然溶液中表面活性剂的成份含量高，但是工件表面剥落下来的污垢，由于清洗液粘度大，在清洗过程中，清洗液流动性差，污垢会继续粘附在工件表面，造成清洗能力差。我公司通过多年的清洗经验积累，对我们使用的水溶性清洗剂浓度配兑标准为：粗洗工序清洗液浓度为4%-5%，精洗工序清洗液浓度为2%左右。（注：不同型号的清洗剂配比浓度可能有所差别）

3 结束语

总而言之，产品清洁度是个持续改进的过程，是系统控制的过程，是各部门配合管控的过程、是从研发到应用的控制工程。只依赖清洗解决产品清洁度的思想是偏面的，是不可能大幅度提高产品清洁度指标的。随着汽车发动机总成清洁程度的不断提升，汽车零部件的清洁度要求变得越来越严格。对于如何工件的产品清洁程度这项工作还需我们继续研究下去，严格加强各个环节的管控，各个部门的紧密配合，产品清洁度才能不断提升。