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靜壓造型濕型砂性能 實時控制
2016-11-22 08:44

濕砂型鑄造因其生產率高,鑄件生產成本低廉,故是目前應用最廣泛的一種鑄造方法,但因很多鑄造工廠的型砂質量低下,鑄件表面質量差,廢品率居高不下。我公司主要采用KW靜壓造型線生產發動機缸體、缸蓋的毛胚件,尺寸大,技術要求高,形狀復雜度高,最小壁厚3.5mm,綜合廢品率在3%~5%。其中由于濕型砂引起的廢品率約占一半。原因是濕型砂的強度低、含水多、發氣量大、流動性差,鑄件易產生缺陷。

 

  一、型砂的成分控制

  

 ?。?)含泥量  型砂和舊砂的泥分是由有效膨潤土、煤粉及灰分組成的。所謂“灰分”包括失效的膨潤土和煤粉,由新砂、煤粉、膨潤土等原材料帶進來的粉塵,以及硅砂顆粒破碎而成的細粉。型砂或舊砂中泥分的含量稱為含泥量。

型砂的灰分過多會使含水量增高、透氣性下降,鑄件容易產生氣孔類缺陷。而且在濕壓強度維持不變的情況下,型砂韌性、熱濕拉強度明顯降低,鑄件容易產生砂孔類和夾砂類缺陷。我公司主要生產發動機的缸體、缸蓋,大量芯砂摻入舊砂,從而使型砂泥分過少。而泥分過少,會導致型砂含水量和吸水能力低,加水量的少許偏差,就會引起型砂各項性能劇烈波動,型砂對水分的敏感性大幅增強。

  含泥量偏低的主要影響因素有舊砂溫度高、水分低;大量的冷芯砂混入;除塵系統造成灰分的損失等。

  筆者所在車間砂處理系統設計時缺少舊砂冷卻設備,且在技術改造前對整個砂系統容量的計算裕度小,每日型砂循環次數過多,熱砂問題比較嚴重,夏季舊砂溫度高達70℃以上。而型砂溫度過高對型砂性能、造型操作、鑄件品質和環境衛生都有不良影響。

  如今鑄造工廠大量應用樹脂做為砂芯粘結劑,改善了落砂性能,使潰散和破碎的芯砂進入舊砂中的數量大為增加。我公司生產的發動機缸體,在落砂時,80%的潰散砂芯流入了舊砂當中。濕型砂的粒度是70/140目,而樹脂砂芯粒度是用50/100目或70/40目,散粒的砂芯混入過多使舊砂的粒度變粗,型砂含泥量偏低,造成鑄件表面粗糙。 此外,部分未燒結的芯砂混入舊砂中,因芯砂表面附有一層樹脂模,將低了型砂的強度,影響型砂性能。所以鑄造工廠在選用芯砂時,一般要求芯砂的粒度比自有的型砂粒度大一等級。

  筆者所在車間的型砂含泥量過低,檢測數據常低于9%(工藝要求:9.5%~11.5%),是舊砂中混入大量潰碎樹脂砂芯造成的,以致型砂適宜含水量太低,透氣率太高,性能難以控制。高密度造型最理想的鑄鐵用型砂含泥量應為10%~13%,理想的舊砂含泥量為8~11%。

 

 ?。?)型砂水分  一方面濕型砂不可太干,否則膨潤土未被充分潤濕,造成起模困難,砂型易碎,表面的耐磨強度低,鑄件容易生成砂孔和沖蝕缺陷。另一方面型砂也不可太濕,過濕型砂易使鑄件產生針孔、氣孔、嗆火、水爆炸、夾砂及粘砂等缺陷。再者,還會造成型砂粘度大,流動性降低,進而使砂型的型腔表面緊實度不均,復雜局部處充填不實。因此,從減少鑄件氣孔缺陷的角度出發,要求最適宜干濕狀態下型砂的含水量盡可能低。

 

 ?。?)型砂有效成分  型砂中的有效成分主要指有效膨潤土和有效煤粉,對于自動化程度較高的靜壓造型線,一般要求有效膨潤土控制在7%~9%, 有效煤粉控制在4%~6%,過高或過低都會影響型砂質量。

 

  二、型砂的性能

 

 ?。?型砂強度

  濕型砂如果濕態強度不足,在起模、搬運砂型、下芯及合型等過程中,砂型有可能破損和塌落,澆注時可能沖壞砂型而造成砂孔缺陷甚至“跑火”;由于砂型缺乏足夠強度,澆注鐵液后會造成型壁位移而導致鑄件疏松和脹砂缺陷。對于高大鑄件,由于金屬液壓頭高,澆注沖刷力大,高溫作用時間長,對砂型強度的要求更高。但是,強度也不宜過高,因為高強度的型砂需要加入更多的膨潤土,不但影響型砂的水分和透氣性,還給混砂、緊實和落砂等工序帶來困難。對于容易產生熱裂缺陷的鑄件也要求強度低些。

 

 ?。?)濕壓強度  筆者所在車間使用的是進口的KW靜壓造型線,生產效率高、鑄件尺寸精度高,對型砂性能的要求更為嚴格。就KW靜壓造成而言,筆者認為濕壓強度不宜過高,型砂強度過高,必須加入大量膨潤土,降低型砂的流動性,雖KW靜壓造型帶有氣流預緊實功能,但在使用時型砂隨氣流向砂箱邊緣流動,造成型砂不均勻,型腔硬度分布不均。且震動落砂機破碎效果較低,濕壓強度高的大塊型砂難于破碎。一般KW靜壓造型型砂的濕壓強度應控制在150~170kPa較為合適。

 

 ?。?)熱濕拉強度  用濕型砂澆注較厚大的平板類鑄件時,最容易產生夾砂類缺陷,因此要求型砂應具備一定的熱濕拉強度。型砂中加入煤粉、渣油、瀝青、木粉和糊精等附加物都可使型砂的熱壓應力降低,從而起到抗夾砂作用。

 

 ?。?)型砂表面強度  濕砂型應有足夠高的表面耐磨性,能夠經受起模、清吹、下芯及澆注等過程的擦磨作用。如果砂型表面耐磨性不高,表面砂粒受外力作用下容易脫落,不僅直接影響鑄件的表面粗糙度,而且還會造成砂孔、粘砂等鑄造缺陷。從造型、起模到合箱、澆注之間,砂型敞開放置一段時間,在這期間中鑄型表面水分不斷蒸發,即所謂“風干現象”,可能導致表面耐磨性和表面強度急劇下降。合箱前的間隔時間長,環境濕度低,以及型砂溫度較高時,“風干現象”尤其嚴重。相關資料顯示,在型砂中加入?–淀粉可增加型砂的表面強度。

 

  2. 型砂流動性

  具有良好流動性的型砂能保證砂型的硬度分布均勻,棱角、凸臺清晰,鑄件表面光潔。對于KW靜壓造型,型砂具有良好的流動性是極其關鍵的。濕型砂的流動性除了受緊實率影響外,原砂的粒度、形狀也有明顯影響。一般情況下,提高型砂的膨潤土量或加入糊精雖能提高型砂韌性,但會使流動性下降。

 

  3. 型砂的韌性

  型砂應當具有一定的韌性,否則在起模、下芯、合型和運搬時砂型的棱角和吊砂部位受到沖擊和震動容易碰碎或掉落。但型砂韌性也不應太高,以免其流動性下降而影響砂型的緊實均勻度。

 

  結語

  原輔材料的選用和濕型砂的性能是生產高品質鑄件最基本的要求。為了準確反映型砂的真實性能,生產中應對各項性能指標進行實時控制,型砂檢驗人員應按規定頻率取樣檢測,并隨時記錄測定結果,以便追溯、分析。還可繪制圖表顯示每日各種性能的變化情況,在型砂性能出現異常時立即采取有針對性的措施,以保證生產的順利進行。

 

作者簡介:傅佳斌、萬修根,江鈴股份鑄造廠。

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