导读：顶管属于薄壁加长管，其铸造毛坯件对成品质量有很大影响。主要研究采用真空消失模铸造工艺在现行国产设备条件下生产微顶管的工艺过程。详细分析了微顶管生产过程中存在的夹渣、夹杂等缺陷的原因，制定防治措施，通过设备改造，浇注系统的优化形成工艺方案，通过不断改进试制，收到良好效果。
关键词：消失模工艺；微顶管；缩松
顶管技术彻底解决了管道埋设施工对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。对交通繁忙、人口密集、建筑物众多、地下管线复杂的城市非常重要，目前国内球墨铸铁整铸微顶管产品没有相关的生产记录，结合我公司现有的生产工艺，经采用消失模铸造进行微顶管结构设计开发，通过一系列工艺设计与开发，合格率实现了突破，进入了稳定生产。
1 微顶管产品结构特点
当前国内顶管材料种类较多，其中钢筋砼管、钢管、钢管钢筋砼复合管、钢管塑料复合管等，我司主要采用QT420-10生产微顶管，其主体呈回转体结构，直径从DN250~DN2000,无论主体直径大小，长度分为1 000 mm和2 000 mm两种规格，看似结构简单，但在消失模铸造中属薄壁细长件，顶管结构与管件结构相似，因外部为固定水泥的需要，均匀添加了数道加强筋，使模片拼组增加用胶量，给水压合格率检测带来隐患，因此顶管在消失模生产过程当中，变形的控制，水压检测合格率均是攻关的难点。为了提高一次打压合格率，先后采取了阶梯浇注、顶注等多种工艺设计，最后经过一系列攻关，最终将一次水压合格率提升到90%。微顶管铸件示意图见图1，铸件成品图见图2。
图1 顶管铸件示意图
1.水泥保护层 2.法兰 3.球墨铸铁管
图2 微顶管铸件图
2 原设计工艺
根据产品布局，采用真空消失模铸造工艺生产微顶管，其材质为QT420-10,铁水成分见表1。
表1 铁水的化学成分
消失模原料采用龙王H-S型EPS，涂料为水基消失模涂料，浸涂3遍，涂料厚度控制在1.0~1.5 mm，根据顶管本身的结构，属于加长类铸件，浇注温度在1 460~1 500 ，内浇道采用200 mm×120 mm×20 mm的浇道片，根据顶管本身长度以300 mm为间隔进行内浇道粘接，见图3，按照此要求制定工艺卡，并对顶管合格率进行了跟踪，见表2，发现合格率较低，仅为53%~65%，远低于结构类似的管件类产品。
图3 模型制作
表2 合格率跟踪
3 水压检测漏水原因分析
通过对各工序生产时间间隔、单体线造型砂箱、浇注次序以及浇注工进行数据采集分析，得出缺陷件集中在某几个砂箱中，由于顶管高度尺寸较大，个别砂箱真空度无法满足的原因导致铸型刚度不够，球铁石墨化膨胀自补缩得不到重复发挥，导致缩松、缩孔的产生，同时浇注系统设计不合理，浇道不能发挥补缩作用，而且还出现倒抽现象，导致内浇道处缩松，从而产生严重的打压漏水问题，需要通过设备改造和浇注系统优化进行工艺讨论并制定整改措施。
4 工艺措施优化
经过前期生产经验与漏水原因分析，保障模型的稳定成型是首要解决的问题，消失模生产线通过对单体线砂箱以及辅助设备进行升级与改造（见图4）：①保证箱内模型压头高度，放置压箱铁；②确保箱内真空达到规定数值，加高节与砂箱面对接缝采用PE膜封堵，防止漏气，同时在浇注前测量砂箱内真空度，当负压值小于-0.06 MPa时方可浇注；③浇注时保持砂箱稳定。
图4 工艺改进和实施方案
通过设备和工艺的改造后，微顶管铸件合格率从53%提高至86%，毛坯件的成形基本稳定。通过工艺讨论会，要求对浇注系统进行优化，并对漏水位置进行统计分析，以达到工艺的稳定性。尝试使用4种浇注系统后，确定其中一种作为生产标准工艺。浇注系统的试验方案见图5：①方案1，插口朝上顶注雨淋式；②方案2，插口朝上多层单片斜向下浇道；③方案3，承口朝上多层斜向下耙子浇道；④方案4，承口朝上双层斜向下耙子浇道。
图5 浇注系统的试验方案
4种试验方案，除上下位置和浇道设置的改变外，其余工艺参数均相同，见表3。试验结果见图6。
表3 浇注系统试验跟踪表
方案1浇注过程中垮箱（见图6a），试验终止。方案2~方案4均浇注成功，但方案2和方案3一打合格率低，且漏水点位置较多，废品率高，方案2漏水点多集中在浇道对面（见图6b），方案3漏水点多集中在承口位置（见图6c）。方案4成形效果好，一打合格率高，漏水点多为局部单点，废品率低（见图6d）。后续生产以此次方案4参数为基准，形成工艺卡。
图6 浇注系统的试验结果
5 效果验证
通过对浇注系统的改进和造型过程中的辅助设施运用，以及浇注过程中细节的管控，微顶管的一次打压检测合格率由原来的53%提高到了90%以上，见图7。
图7 合格率趋势图
6 结语
消失模铸造微项管的水压检测合格率是一个综合指标，下斜45°的内浇道设计有利于铁水的顺序充型，顺序凝固，同时对于加长类铸件，除了浇注系统设计的合理性，浇注前注意扒渣，浇注过程中仔细挡渣等保证铁水的纯净度外，辅助真空管的使用也有利于铁水的充型和集渣，从而保证了铸件材质的致密，进而提高了一次打压合格率。
