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静压造型湿型砂性能 实时控制
2016-11-22 08:44

湿砂型铸造因其生产率高,铸件生产成本低廉,故是目前应用最广泛的一种铸造方法,但因很多铸造工厂的型砂质量低下,铸件表面质量差,废品率居高不下。我公司主要采用KW静压造型线生产发动机缸体、缸盖的毛胚件,尺寸大,技术要求高,形状复杂度高,最小壁厚3.5mm,综合废品率在3%~5%。其中由于湿型砂引起的废品率约占一半。原因是湿型砂的强度低、含水多、发气量大、流动性差,铸件易产生缺陷。

 

  一、型砂的成分控制

  

  (1)含泥量  型砂和旧砂的泥分是由有效膨润土、煤粉及灰分组成的。所谓“灰分”包括失效的膨润土和煤粉,由新砂、煤粉、膨润土等原材料带进来的粉尘,以及硅砂颗粒破碎而成的细粉。型砂或旧砂中泥分的含量称为含泥量。

型砂的灰分过多会使含水量增高、透气性下降,铸件容易产生气孔类缺陷。而且在湿压强度维持不变的情况下,型砂韧性、热湿拉强度明显降低,铸件容易产生砂孔类和夹砂类缺陷。我公司主要生产发动机的缸体、缸盖,大量芯砂掺入旧砂,从而使型砂泥分过少。而泥分过少,会导致型砂含水量和吸水能力低,加水量的少许偏差,就会引起型砂各项性能剧烈波动,型砂对水分的敏感性大幅增强。

  含泥量偏低的主要影响因素有旧砂温度高、水分低;大量的冷芯砂混入;除尘系统造成灰分的损失等。

  笔者所在车间砂处理系统设计时缺少旧砂冷却设备,且在技术改造前对整个砂系统容量的计算裕度小,每日型砂循环次数过多,热砂问题比较严重,夏季旧砂温度高达70℃以上。而型砂温度过高对型砂性能、造型操作、铸件品质和环境卫生都有不良影响。

  如今铸造工厂大量应用树脂做为砂芯粘结剂,改善了落砂性能,使溃散和破碎的芯砂进入旧砂中的数量大为增加。我公司生产的发动机缸体,在落砂时,80%的溃散砂芯流入了旧砂当中。湿型砂的粒度是70/140目,而树脂砂芯粒度是用50/100目或70/40目,散粒的砂芯混入过多使旧砂的粒度变粗,型砂含泥量偏低,造成铸件表面粗糙。 此外,部分未烧结的芯砂混入旧砂中,因芯砂表面附有一层树脂模,将低了型砂的强度,影响型砂性能。所以铸造工厂在选用芯砂时,一般要求芯砂的粒度比自有的型砂粒度大一等级。

  笔者所在车间的型砂含泥量过低,检测数据常低于9%(工艺要求:9.5%~11.5%),是旧砂中混入大量溃碎树脂砂芯造成的,以致型砂适宜含水量太低,透气率太高,性能难以控制。高密度造型最理想的铸铁用型砂含泥量应为10%~13%,理想的旧砂含泥量为8~11%。

 

  (2)型砂水分  一方面湿型砂不可太干,否则膨润土未被充分润湿,造成起模困难,砂型易碎,表面的耐磨强度低,铸件容易生成砂孔和冲蚀缺陷。另一方面型砂也不可太湿,过湿型砂易使铸件产生针孔、气孔、呛火、水爆炸、夹砂及粘砂等缺陷。再者,还会造成型砂粘度大,流动性降低,进而使砂型的型腔表面紧实度不均,复杂局部处充填不实。因此,从减少铸件气孔缺陷的角度出发,要求最适宜干湿状态下型砂的含水量尽可能低。

 

  (3)型砂有效成分  型砂中的有效成分主要指有效膨润土和有效煤粉,对于自动化程度较高的静压造型线,一般要求有效膨润土控制在7%~9%, 有效煤粉控制在4%~6%,过高或过低都会影响型砂质量。

 

  二、型砂的性能

 

  1.型砂强度

  湿型砂如果湿态强度不足,在起模、搬运砂型、下芯及合型等过程中,砂型有可能破损和塌落,浇注时可能冲坏砂型而造成砂孔缺陷甚至“跑火”;由于砂型缺乏足够强度,浇注铁液后会造成型壁位移而导致铸件疏松和胀砂缺陷。对于高大铸件,由于金属液压头高,浇注冲刷力大,高温作用时间长,对砂型强度的要求更高。但是,强度也不宜过高,因为高强度的型砂需要加入更多的膨润土,不但影响型砂的水分和透气性,还给混砂、紧实和落砂等工序带来困难。对于容易产生热裂缺陷的铸件也要求强度低些。

 

  (1)湿压强度  笔者所在车间使用的是进口的KW静压造型线,生产效率高、铸件尺寸精度高,对型砂性能的要求更为严格。就KW静压造成而言,笔者认为湿压强度不宜过高,型砂强度过高,必须加入大量膨润土,降低型砂的流动性,虽KW静压造型带有气流预紧实功能,但在使用时型砂随气流向砂箱边缘流动,造成型砂不均匀,型腔硬度分布不均。且震动落砂机破碎效果较低,湿压强度高的大块型砂难于破碎。一般KW静压造型型砂的湿压强度应控制在150~170kPa较为合适。

 

  (2)热湿拉强度  用湿型砂浇注较厚大的平板类铸件时,最容易产生夹砂类缺陷,因此要求型砂应具备一定的热湿拉强度。型砂中加入煤粉、渣油、沥青、木粉和糊精等附加物都可使型砂的热压应力降低,从而起到抗夹砂作用。

 

  (3)型砂表面强度  湿砂型应有足够高的表面耐磨性,能够经受起模、清吹、下芯及浇注等过程的擦磨作用。如果砂型表面耐磨性不高,表面砂粒受外力作用下容易脱落,不仅直接影响铸件的表面粗糙度,而且还会造成砂孔、粘砂等铸造缺陷。从造型、起模到合箱、浇注之间,砂型敞开放置一段时间,在这期间中铸型表面水分不断蒸发,即所谓“风干现象”,可能导致表面耐磨性和表面强度急剧下降。合箱前的间隔时间长,环境湿度低,以及型砂温度较高时,“风干现象”尤其严重。相关资料显示,在型砂中加入–淀粉可增加型砂的表面强度。

 

  2. 型砂流动性

  具有良好流动性的型砂能保证砂型的硬度分布均匀,棱角、凸台清晰,铸件表面光洁。对于KW静压造型,型砂具有良好的流动性是极其关键的。湿型砂的流动性除了受紧实率影响外,原砂的粒度、形状也有明显影响。一般情况下,提高型砂的膨润土量或加入糊精虽能提高型砂韧性,但会使流动性下降。

 

  3. 型砂的韧性

  型砂应当具有一定的韧性,否则在起模、下芯、合型和运搬时砂型的棱角和吊砂部位受到冲击和震动容易碰碎或掉落。但型砂韧性也不应太高,以免其流动性下降而影响砂型的紧实均匀度。

 

  结语

  原辅材料的选用和湿型砂的性能是生产高品质铸件最基本的要求。为了准确反映型砂的真实性能,生产中应对各项性能指标进行实时控制,型砂检验人员应按规定频率取样检测,并随时记录测定结果,以便追溯、分析。还可绘制图表显示每日各种性能的变化情况,在型砂性能出现异常时立即采取有针对性的措施,以保证生产的顺利进行。

 

作者简介:傅佳斌、万修根,江铃股份铸造厂。

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