某公司安裝了一條KW靜壓自動線并全線生產汽車灰鐵材質的系列制動鼓，在投產初期毛坯外觀粗糙度低，無氣孔、砂眼等缺陷，質量一直處于穩定狀態，滿足了主機廠對制動鼓的質量要求，深得客戶好評。然而新線運行到大約3個月的時候，出現了圖1中型規格的制動鼓無規律的局部粘砂，在毛坯圓弧過渡區域同時發生了局部無規律的圖2中型規格制動鼓倒扒模現象，實為型砂反彈拉裂所致。由于這些缺陷面積小、數量少、危害程度輕，因而并沒有引起足夠重視，隨著車間更換生產大規格制動鼓后，大規格制動鼓發生砂眼缺陷（見圖3），且逐漸增多起來，直到某一天砂眼件量突然占到當日生產量約10%時，才發現問題的嚴重性。

圖1  中型規格的制動鼓局部粘砂缺陷

圖2  中型規格的制動鼓局部倒扒模

圖3 大規格制動鼓砂眼

砂眼特征與砂子來源

1、砂眼特征

      在鑄件表面或內部包容著砂粒的孔穴，稱之為砂眼。根據其位置可分為表面砂眼與內部砂眼，表面砂眼直接可以目測識別，而內部砂眼需要超聲波或者射線探傷或者加工后才能發現。其形狀極不規則，內腔不像比較光滑的氣孔孔洞那樣，也不像縮孔縮松存在明顯樹枝晶末梢的極不規則的孔洞，其有時與夾渣的孔洞極為相似，很難目測區分。砂眼既可以孤立存在，又常常與掉砂、夾砂、擠砂、沖砂相伴而生。砂眼的突出特征是孔內含有砂粒、砂塊或者砂團。

2、砂子來源

      砂眼內既然存在砂粒、砂塊或者砂團，那么找到砂子從何而來，就找到了其形成的根本原因。通常型內砂子的來源由以下因素引起：

      ① 砂型的表面強度低，型壁上的砂子經不住高溫鐵液沖蝕而剝落；

      ② 澆注速度過快，鐵液沖擊力大造成砂粒從型壁上脫落；

      ③ 由于金屬液澆注溫度高，而澆冒注系統設計又不合理，造成澆注系統發生掉砂、夾砂、擠砂、沖砂以及涂層脫落等缺陷引起；

      ④ 鑄件發生了掉砂、夾砂、沖砂、擠砂以及涂層脫落等缺陷引起；

      ⑤ 合箱前檢查不仔細，致使型內的浮砂沒有被清理干凈，或者明出氣孔以及型內的虛砂、尖砂沒有清理到位而在合箱后或者澆注過程中砂子又落入型內引起；

      ⑥ 合箱后有外來砂子由明冒口、明出氣孔或者直澆道口落入型內引起。這些途徑都是砂子的來源，也是形成砂眼的主要原因。

砂眼的確認與原因分析

1、制動鼓砂眼的確認

      根據砂眼的特征以及鑄件上的缺陷，即其位置多在鑄件的中下部，有在平面頂端的，有在剎車面或外表面的，也有在內澆口附近或遠離內澆口的，毫無規律的分布在鑄件上；數量也不能確定，少則一處，多則五六處，甚至八九處；大小不等，或小米粒，或大米粒，或綠豆粒，或黃豆粒，大的有時比花生米還大；孔內形狀極不規則，內含砂子。因此認定該缺陷為砂眼，圖3為大規格制動鼓砂眼缺陷。

2、成因分析

      根據砂眼形成機理，我們首先排除了②③的可能，因制動鼓為HT250材質，鐵液的出爐溫度與澆注溫度是限制好的，特別是鐵液起澆溫度完全小1430℃，且之前鑄件一直沒有出現大面積的粘砂，所以直接排出澆注速度過快、鐵水溫度過高以及澆注系統設計不合理的原因，圖4為大鼓制動鼓上下模板布置圖。又由于大規格制動鼓已經批量生產過，之前的質量是穩定的，這足以排除了④的可能。在確認排除②③④的同時，仔細觀察合箱前后的變化時發現：合箱前的檢驗以及對型腔與澆冒系統吹氣清理浮砂的操作到位；而鑄件均沒有設置明出氣孔，全是暗出氣孔，加上上箱翻正前人工與機器設置了專門氣吹直澆道操作過程；合箱后的鑄型直接進入澆注段，不存在外來砂子落入直澆道現象。因此，基本排除了⑤⑥因素。現在只剩下①為最大懷疑對象

圖4  一種大規格制動鼓上下模板布置圖

之后調查型砂的情況是：型砂的濕壓強度存在波動，一個班次的型砂濕壓強度從0.127MP到0.156MPa不等；近期的與沒有發生問題時的0.145～0.179MPa對比，發現濕壓強度存在明顯下降的趨勢，雖然現場的砂型濕型硬度依然保持在85以上。然而發生砂眼量大的時期，無論中等規格的制動鼓，還是大規格制動鼓偶爾也存在的局部粘砂，說明型砂內的有效膨潤土以及煤粉含量特別是對大規格制動鼓而言，已經偏低。經過詢問混砂操作者得知，膨潤土與煤粉是在KW線試線運行后不久給減下來的，原因是當時兩者的加入量已經很高了，很高的直接證據是很多鑄型只造型而沒有澆注，這樣經過多次循環后，抽查的型砂濕壓強度多數碾次已經達到或者超出工藝給定的0.18MPa，同時現場澆注的鑄型放炮聲音很大、煤粉燃燒后的氣味也非常濃烈，所以車間技術人員減少了膨潤土與煤粉的加入量。自從減下來后再也沒有明顯增加過，一直維持每碾次按膨潤土0.6%、煤粉0.4%的水平給予補加。

      在型砂質量發生下降趨勢時，車間有沒有發現這個下降趨勢成了問題的關鍵。由于該公司對型砂非常規指標如有效膨潤土、有效煤粉以及含泥量等幾乎處于不檢測狀態，透氣性儀也完全失效，因而只能根據常規指標即濕壓強度、緊實率以及偶爾一次的水分檢測結果給予調整，同時結合鑄件表面質量以及造型起模等情況進行判定。由于型砂性能的數據幾乎全在0.13～0.18MPa范圍內，所以沒有引起有關人員的足夠重視，甚至鑄件發生無規律的少量粘砂、倒扒模等缺陷也沒有引起足夠的警覺，這是型砂濕壓強度降低的一個主要原因。

      除此之外的一個重要現象也被掩蓋。生產大規格制動鼓時造型操作者故意調整了下箱加砂量，減少加砂量的結果是經過刮砂后的下箱落在小車時處于懸空狀態。那么為什么要減少加砂量呢？據主機操作者說，假設按工藝足量加砂，那么下箱吊胎就經常拔不出來，吊胎會斷在下模內，所以只有減少下箱加砂量，下箱吊胎才能順利起模。減少加砂量也是車間負責人安排的。負責人解釋說，這樣做可以節約膨潤土與煤粉的加入量，降低了成本，也不影響生產節拍。事實上，車間首次試線生產大規格制動鼓時，就因為型砂性能指標不合適導致大規格制動鼓的吊砂胎不能正常起模，后來經過多次增加膨潤土與調整煤粉、水分等使之正常造型。隨著型砂不斷地被一次次地澆注燒結，其內有效膨潤土與煤粉的損耗量在不斷地減少，加之除塵系統也會抽走一些而減少，這樣減少的量沒有通過下一輪混砂時得到足夠的補充，結果有效含量越來越少，致使型砂性能指標慢慢地變得不能滿足大規格制動鼓質量要求。而中等規格的制動鼓雖然仍然可以生產，由于鑄件單重輕，鐵液沖擊力分散，發生砂眼的概率降低，即使偶爾發生局部粘砂、起模拉裂砂胎，因其不會導致鑄件報廢而被忽視。生產大規格制動鼓時唯一下箱吊胎斷掉的預警現象因被減少造型加砂量而掩蓋，從而失去了最佳調整型砂的時機。

      型砂強度低與性能變差是本次砂眼的根本原因呢？單純的這個推斷仍然不足以證明——型砂質量變差導致型腔或者澆注系統經不住鐵水沖擊而使砂粒脫落并形成砂眼。因為這個砂眼畢竟不是幾個或者幾十個孤立砂粒形成的。幾個或者幾十個孤立砂粒只能形成淺層的小凹坑，不會形成如上所說的砂孔。現在毛坯上多數砂孔為小砂塊或者小砂團形成。既然如此，就一定有地方少了這樣的或者類似的砂子，就一定存在要么擠砂、要么沖砂、要么結疤等相伴的缺陷。只有找到這樣的缺陷，才能前后一一對應。經過對一個班次的多數鑄件與澆注系統觀察，發現放置的過濾網導致了放置過濾網處的橫澆道擠砂，擠落得部分或者全部砂子被沖開后，又以小塊狀或者小團狀被沖入型內而形成了砂眼。然而過濾網自開始生產就一直這樣安放且中間沒有發生過變更，為什么這時會出現擠砂呢？之前有沒有這個現象呢？唯一的解釋是，嵌入式的過濾網放在分型面上，破壞了濕壓強度逐步降低的砂型并形成橫澆道擠砂（見圖5 橫澆道擠砂），起初因型砂強度高而沒有發生擠砂現象，隨著濕壓強度的降低而發生了明顯擠砂現象。

圖5 橫澆道擠砂

由此推斷，型砂質量變差是本次大規格制動鼓砂眼增多的根本原因，嵌入式纖維過濾網因型砂強度降低而引發擠砂是誘因。

采取遏制措施

      根據分析，①立即調整膨潤土與煤粉加入量，分別調整至1.4%與0.8%并保持至型砂性能在工藝規定的中上限，只有當鑄件不發生擠砂并持續穩定后，才可以適量減少加入量；②增加過濾網防壓槽；③回復下型造型的工藝加砂量，以充分發揮大規格制動鼓吊胎斷掉時型砂性能需要調整的預警作用；④制定每日監督型砂性能與鑄件質量波動報告制度；⑤建立健全濕型砂有效膨潤土、含泥量、灼減量（或者有效煤粉）、透氣性等基本指標的正常檢驗工作。

結語

      通過采取上述措施特別是前四條并連續一周的生產，砂眼缺陷完全得到了遏制，同時粘砂與倒扒模現象也隨之完全消失，鑄件質量恢復到初始狀態。由此得出結論：各級人員必須對型砂質量與過程質量的波動高度重視；及時發現過程異常并及時調整型砂各指標使其與產品質量形成一一對應的動態平衡關系；嚴格遵守工藝紀律，不輕易變更操作過程；建立健全必要的型砂性能檢測，是鑄件砂眼得以控制并持續穩定生產的關鍵。