对湿砂型铸件表面缺陷的研究(上)

HEATS · 发表于 2010-9-12 19:21:42

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　　“获得优质型砂的条件首先是选用优质原材料，也还需要应用优良的混砂过程。一些技术管理比较严格的湿型砂铸造工厂要求在每班结束前将混砂机中的砂子完全清除干净。美国主要的湿型铸造厂大多要求混砂机刮板与底盘的距离为一个硬币厚度。日本几家使用碾轮式混砂机的汽车件铸造工厂的混砂周期都是6min。但是我国有的铸造厂的混砂机碾盘中和碾轮上的砂子都长期不清理，刮板磨损也不调整，碾轮混砂时间最多3min。”

　　型砂品质表现在于性能如何，加强型砂性能的检测和控制才能制备出优等型砂。江苏某日资汽车件铸造工厂静压造型线用面砂的日常检测项目有二十余种，还未包括背砂和原材料的检测项目在內。我国有的铸造工厂的型砂实验室中仪器设备简陋，湿型砂性能的日常检测项目可能只有三、四种。

　　与其它铸造方法相比，湿型铸件是较容易产生粘砂、砂孔、夹砂、气孔等缺陷的。如果铸造工厂注意控制湿型砂的品质，这些缺陷本来是有可能减少或避免。以下用实例说明型砂性能与铸件表面缺陷的关系。

　　一.粘砂

　　研究工作表明，一般湿砂型铸件，不论铸钢还是铸铁，粘砂缺陷都是属于机械粘砂，而不是化学粘砂。机械粘砂的产生原因有多种，最多见的如下的实例：

　　1.砂粒太粗和透气性过高，金属液容易钻入砂粒间孔隙，使铸件表面粗糙，或将砂粒包裹固定在表面上。江苏某外资工厂的铸铁旧砂中不断混入大量30/50目粗粒芯砂，以致型砂透气性达到220以上，铸件表面极为粗糙。内蒙某工厂铸钢车间的气动微震造型机生产中、小铸件。使用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂混制型砂，铸件表面产生严重粘砂。平时不检测型砂透气性，认为已经符合工艺规程规定的≥80。为了找到粘砂原因而专门检测一次，发现透气性居然高达1070左右，表明这就是产生粘砂的原因。因此型砂透气性必须有上限，型砂粒度粗细和透气性应当处于适宜范围内。一般震压机器造型单一砂最适宜的型砂粒度大多为70/140目，透气性大致为70~100，高密度造型的型砂粒度最好是50/140或100/50，透气性为80~140。有些生产发动机的铸造厂大量使用50/100目粗原砂制造砂芯，落砂时不断混入旧砂中，使型砂透气性可能达到180以上，就应加入100/140目细砂，或将旋流分离器中的细颗粒部分返回到旧砂中，以便纠正型砂粒度。

　　2.铸铁型砂中煤粉含量不足或煤粉品质不良。北京某铸造厂生产高速列车刹车盘，铸件材质符合要求，而表面有严重粘砂，需整体打磨后才能交货。型砂中所用煤粉来自郊区一家关系密切的私营小供应商。粘砂的产生原因可能是煤粉品质太差，还可能是型砂中有效煤粉量也不足够。安徽某阀门总厂使用的“煤粉”是生产焦炭洗选下来的废料，灰分高达76%。使用后整个型砂性能遭破坏，铸件废品超过一半。铸造工厂应该对购入的煤粉品质加强检验。优质煤粉要求灰分≤10%，挥发分30~37%，焦渣特征4~5级。型砂的有效煤粉含量可以用发气量进行检测。中小灰铁铸件震压造型应用普通煤粉的的型砂每1g的发气量大约在22~26mL，折合普通品质有效煤粉量约为6~7%，或优质煤粉5~6%，或增效煤粉4~5%。高紧实度造型用型砂发气量大体在18~24mL，折合增效煤粉含量3~4%。我国一些外资铸造工厂大多用灼减量(LOI)估计铸铁用湿型砂抗粘砂性能。例如江苏一汽车铸件厂的静压造型线规定面砂的灼减量为4.10±0.30%。国内有多家造型材料公司供应各种“煤粉代用品”。铸造厂应先进行浇注试验，与优质煤粉或增效煤粉比较铸件表面效果、型砂性能变化以及铸件生产成本，然后确定是否选用。

　　二.砂孔

　　铸件表面的砂孔和渣孔通常合称为“砂眼”。渣孔大多是由于用了稻草灰或干砂当做聚渣剂形成的。关于砂孔的形成原因如以下几个实例：

　　1.天津某合资铸造厂手工造型生产电机壳等中、小灰铁铸件。主要缺陷是整个铸件上表面都可看到弥散分布的砂粒。分析这种砂孔形成原因是冲砂，是浇注系统和型腔被铁液冲蚀而掉落的零散砂粒漂浮在液面上形成的。该厂平常并不控制型砂品质，据云以前曾检测湿压强度只有25kPa。手工造型用型砂湿压强度最好在70~80kPa左右，震压机器造型应90～120kPa。如果是高密度造型，型砂湿压强度可以是140~180 kPa。大件可以再增高些。为了提高型砂的湿压强度，应避免使用劣质膨润土，0.2g膨润土吸蓝量最好在35mL以上。型砂还需要含有足够的有效膨润土，例如高密度造型的型砂5g吸蓝量大多在55~65mL。折合优质有效膨润土量6~7%。

　　2.山东某铸造工厂只有一台震压造型机，上班后先造下型铺满地面和下芯。半天以后更换模板制造上型和扣箱合型，准备浇铸。铸件经常出现砂孔等缺陷。其原因是湿砂型表面脱水干燥后表面強度急剧下降，表面砂粒很容易被冲蚀落入铁液中。天气干燥季节中“风干”现象更加严重。湿型砂下箱敞开时间最好不超过半小时。如果发觉砂型表面有干燥脱水的迹象，合型前应用喷雾器向砂型表面喷水使恢复潮湿状态。天津某日资汽车发动机厂过去曾用进口表面强化剂喷涂型腔表面，现也改用喷水。

　　3.四川某汽车件铸造厂使用静压造型机流水线生产汽缸体和汽缸盖，铸件表面都有多少不等的砂孔。该厂型砂采用本省品质不高的膨润土和煤粉，未对旧砂进行经常性除尘处理，致使旧砂中含泥量有时升高达到24%。为了保持型砂含水量4.0%左右以防止产生气孔缺陷，不得不将型砂紧实率压低在27～32%范围內。型砂的湿压強度并不低，在170～210kPa，不是产生砂孔的原因。由于型砂的灰分过高和紧实率很低，影响韧性不足，破碎指数只有65～75%左右。这种型砂性能太脆，起模性差，砂型的棱角和边缘容易破碎，因而引起砂孔缺陷。该厂应当改用优质膨润土和煤粉；还应使用旧砂除尘设备，将旧砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量不超过13%；将型砂破碎指数控制为80～85%。在造型处的型砂紧实率提高为35～38%，含水量为3.2~3.6%，使(紧实率)/(含水量)的比例在10~12的范围內。这样就能提高型砂韧性和减少砂孔缺陷。上海、北京、哈尔滨有几家工厂在砂子中加入少量α-淀粉用来改善型砂韧性，降低起模摩擦阻力，增強表面风干強度。对防止砂孔缺陷和改善铸件表面光洁程度都有益处。

　　4.河南某拖拉机厂的发动机铸造分厂由于大量冷芯盒砂芯的混入，使型砂变脆，起模性能越来越差。不但砂型边棱易碎，而且吊砂易断。根据工厂规定，碾轮混砂机的周期时间只有3min，不能加长混砂时间以免影响造型机用砂需要。后来尽最大努力使混砂周期延长了1min，发现型砂的手感起了变化，起模性也有了改善。这说明原来的混砂时间太短，不能混制出优良的型砂性能。

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