高透气性湿型砂铸件表面粘砂控制.pdf

高透气性湿型砂铸件表面粘砂控制 杜 文科(广西玉柴机器股份有限公司铸造厂，广西玉林5 3 7 0 0 5)摘要：介绍了生产 H T 2 5 0 气缸盖铸件的型砂系统构成，对铸件表面粘砂缺陷进行分析认为是机械粘砂，采取提高铸型硬 度，控制含泥量在工艺上限，原砂 S i O 量相对偏低时，加入一定比例的细新砂等措施，有效解决了问题。关键词：粘砂；铸型硬度；含泥量；粒度分布 中图分类号：T G 2 5 1 文献标识号：B 文章编号：1 0 0 3 8 3 4 5(2 0 1 3)O l 一 0 o 6 7 0 4 D OI：1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 3 8 3 4 5 2 0 1 3 0 1 0 0 1 1 Su r f a c e Me t a l P e n e t r a t i o n De f e c t Co n t r o l o f Ca s t i n g s Pr o d u c e d wi t h Hi g h P e r me a b i l i t y Gr e e n Mold i n g S a n d DU W e n k e (Gu a n g x i Yu c h a i Ma c h i n e r y Co 。L t d ，Yu l i n 5 3 7 0 0 5，C h i n a)Ab s t r a c t：T h e mo l d i n g s a n d s y s t e m u s e d f o r p r o d u c t i o n o f HT 2 5 0 g r a d e g r a y i r o n c y l i n d e r h e a d c a s t i n g s w a s i n t r o d u c e d T h e s u r f a c e d e f e c t s o f t h e c a s t i n g w a s a n a l y z e d a n d i t w a s c o n f i r me d t h a t t h e d e f e c t wa s me t a l p e n e t r a t i o n B y i n c r e a s i n g t h e mo l d h a r d n e s s，k e e p i n g t h e c l a y c o n t e n t a t u p p e r l i mi t a n d a d d i n g p r o p e r a mo u n t fi n e n e w s a n d wh e n S i 0 2 c o n t e n t o f r a w s a n d b e i n g r e l a t i v e l y l o w e r，a n d S O o n，t h e d e f e c t h a s b e e n e f f e c t i v e l y e l i mi n a t e d Ke y wo r d s：me t a l p e n e t r a t i o n；mo l d h a r d n e s s；c l a y c o n t e n t；g r a i n d i s t r i b u t i o n 随着科学技术的不断发展，人们对铸件质量 的要求不断提高，而且对于铸件质量，人们如今 关注的已不仅仅是废品率、尺寸精度、材料性能 等常规项目，铸件外观质量也越来越受到重视。提升铸件外观质量，不仅仅要在铸件清理、表面 处理方面开展工作，更重要的是要在制芯、造型、熔炼等方面进行有效控制。对于流水线作业的铸 造车间来说，如果生产工序对铸件外观质量不能 有效控制，仅靠后期的清理工序来保证，则会造 成待清理的铸件积压。目前，国内很多生产线都将多种不 同砂铁 比 的铸件混线进行生产，这种生产模式导致芯砂大 量混入造型线砂处理系统，造成型砂透气性高，甚至高达 1 5 0以上，导致铸件表面粘砂严重，难 以控制。面对这一问题，笔者以缸盖生产线生产 收稿 日期：2 0 1 2 0 7 1 4 修定 日期：2 0 1 2 1 2 2 5 作者简介：杜文科(1 9 8 0 一)，男，甘肃泾川人，毕业于华中科技大 学材料成型及控制工程专业，工程师，主要从事现场生产及质量 管理等工作。的牌号为 H T 2 5 0的柴油机气缸盖铸件为例，对 高透气性湿型砂铸件表面粘砂问题进行了探讨。1 生产情况 1 1 生产设备 采用国产气冲造型线混线生产平浇 A缸盖 和侧浇B缸盖两种机型的铸件，两种缸盖产量所 占比例约为 4：6。两种铸件均为实体芯射芯，其 中平浇A缸盖采用全套热芯盒覆膜砂射芯工艺，利用 Z 8 6 4 0 C热芯盒射芯机制芯；侧浇 B缸盖为 全套冷芯盒射芯工艺，利用 L B 6 5冷芯机制芯。砂处理线配备滚筒筛、圆盘机、沸腾冷却床等 相关设备，2台双转子混砂机，混砂量为 1 1 t 辊。熔炼设备为 7 t 冲天炉和工频炉。1 2 生产工艺及参数 采用冲天炉+工频炉双联熔炼，对铸件表面 的质量的要求是：经开箱、粗清、退火后，表面无 大面积连续粘砂(如图 l 所示)，抛丸处理后铸件 表面光洁。(1)型砂性能：含泥量为 1 2 5 1 3 5、造型 2 0 1 3 1现 代 铸 铁1 6 7 机处的紧实率为 3 0 4 0、透气性大于 1 2 0、湿压强 度为 0 1 1 0 1 4 MP a。(2)铸型紧实度：用湿型砂硬度计检测，型腔 底面大平面不低 于 9 0，型腔侧面不低于 7 5。(3)浇注工艺：浇注温度为 1 3 8 0 1 4 2 0，浇注时间为 1 2 2 0 s。1 3 型砂、芯砂比例 平浇 A缸盖分型面以下为实体砂芯形成铸 件外形，分型面以上为湿型砂铸型形成铸件外 形，粘砂控制主要指分型面以上部分。砂铁比约 4 5：1，型、芯砂 比约 1 0：1。侧浇 B缸盖采用全砂芯组芯造型，铸件所有 内腔、外形均由实体砂芯形成。砂铁 比约 2 5：1，型、芯砂 比约 3 5：1。铸件开箱落砂时无型、芯砂分离功能，故开 箱后形成 内腔 的部分芯砂及形成外形 的全部芯 砂混入了旧砂系统。结合该生产线生产铸件的产 量以及型、芯砂比例分析，混入的芯砂主要以 5 0 1 0 0目的冷芯硅砂为主。2 试验结果与分析 铸件表面出现牢固粘附砂粒的现象称为粘 6 8 l 现 代 铸 铁 2 o l 3 1 砂。按其形成原理，粘砂分为机械粘砂、化学粘 砂、热粘砂等。用湿型砂生产铸铁件，由于铁液中 含有大量的碳，不会产生大量 F e 2 0 等金属氧化 物，砂 型中含有足够 的煤粉，浇注时产生 的还原 性气氛也可 防止金属氧化物的产生，所以一般只 会产生机械粘砂。因此，对产生机械粘砂 的主要 因素进行分析如下。2 1 砂型硬度 从开箱后 的铸件表面粘砂情况看，粘砂主要 集中在铸件前、后端面和排气面，铸件顶面大平 面较好。造型后砂型各部位 的硬度有差异，而造 型机的能力对砂型各处的硬度均匀性起决定作 用。以笔者公司现有 的气冲造型线生产的 A种 缸盖为例，利用湿型硬度计对砂型进行检测，测 得顶面大平面的铸型硬度最高，硬度值在 9 2 左 右；铸件前、后端面(砂箱宽向两侧)次之，硬度值 在 8 5 左右；铸件排气面(砂箱长向两端)最差，硬 度值在 8 0左右。由于型砂质量、造型机性能等的波动，每箱 的砂型硬度也有差异。为进一步验证砂型硬度对 外型粘砂的影响，对每箱 的砂型硬度进行检测，同时在相 同的浇注温度下对 比铸件表面粘砂情 况。经长期统计对比发现，在本生产线的生产条 件下，砂型硬度相差 2以上，外型粘砂就会有 明 显差别。结合此试验结果，对造型机各处的密封 结构进行了检修与更换。此后再次对砂型进行硬 度检测，发现平浇 A缸盖铸型顶面大平面硬度达 到了9 4以上，其他各部位硬度也同步提高。对比 批量生产的铸件表面质量情况，发现铸型硬度提 高后的铸件表面粘砂率大大降低。2 2 型砂含泥量 含泥量是型砂控制的核心要素之一，也在一 定程度上代表着型砂控制能力。从对机械粘砂的 影响来看，含泥量的影响主要表现在型砂流动性 和砂型透气性两方面。含泥量过高，在相同紧实 度的条件下型砂水分升高，流动性变差，造型时 边角或结构复杂部位铸型硬度差，铸件表面很容 易产生粘砂缺陷；含泥量过低，使型砂透气性升 高，铁液更容易渗入砂粒之间的孑 L 隙中，产生机 械粘砂。从控制机械粘砂的目的来选择合适的含泥 量，则需要依据各生产线实际能力而定。以本生 产线为例，铸件表面粘砂的主要原因在于型砂透 气性过高，理论分析需要偏高的含泥量。为验证 这一假设，依据实际情况，将型砂含泥量分为 1 2 5 1 3 0(A)和 1 3 0 1 3 5(B)两个 区域，进 行连续大批量生产对 比。从生产结果来看，B区 域透气性的平均值比A区域透气性的平均值下 降约 1 0个单位。对比开箱后铸件表面的粘砂情 况可见，B区域优于 A区域。由此得到初步结论，对于高透气性的砂处理 系统，含泥量控制取工艺上 限利于机械粘砂的控 制。2 3 芯砂粒度及 S i O，含量 粒度分布直接影 响型砂透气性和铸件的表 面粗糙度。但硅砂 的粒度并不能代表型砂粒度，因为在铸造过程 中一部分砂粒可能被破碎成细 粉，另一部分可能烧结成粗粒。经过多个铸造过 程的积累就会使型砂的粒度逐渐改变，尤其当芯 砂大量冲入型砂系统时，芯砂的粒度分布对型砂 性能的影响更为重要。以本生产线为例，由于侧 浇 B缸盖生产量大，且开箱后部分芯砂混入型砂 系统，所以该缸盖所用的冷芯原砂 的好坏对型砂 性能有着至关重要的影响。原砂的(S i O，)量也对型砂系统的粒度分布 有重要影响。相同的粒度分布、不同 w(S i O。)量的 原砂所决定的型砂系统粒度分布也有较大差别。以两种不同产地的原砂进行对比试验验证：A种砂的 W(S i O )量为 9 8；B种砂的 W(S i O )量 为9 4，两种原砂的A S F值均为 5 1。以砂 A和砂 B作为冷芯原砂生产侧浇 B缸 盖，其他各物料和控制参数不变，各连续大批量 生产一个月以上，分析型砂系统各关键参数 的变 动情况，两种芯砂 的透气性对 比如图 2所示，图 中 2 0 1 1 1 0 1 8之前采用 A种砂，之后采用 B种 砂。由图 2 可见，两种砂的型砂透气性有差别，其中砂 B的透气性比砂 A的透气性低 2 0 个单 位左右。取原砂每批次进料检验 的平均值作为原砂 粒度，取每天做完含泥量的旧砂做为旧砂粒度，分别进行粒度分析，如表 1 所示。从表 1 的粒度对 比可以看 出，在砂 A和砂 B 原砂粒度分布相同的情况下，旧砂粒度发生了明 显的变化。砂 A中粒度为 5 0目的砂粒增加，粒 度为 7 0目和 1 0 0目的砂粒减少，且 旧砂有相对 变粗 的倾 向；砂 B中粒度为 7 0目的砂粒减少，粒 度为 1 4 0目的砂粒增加，且旧砂有相对变细的倾 向。这也是图 l 所反应的透气性显著降低的原因 所在。分别对 比 A、B两种原砂所生产 的铸件粘砂 情况，使用砂 B生产平浇 A缸盖后，铸件表 面粘 表 l 砂 A、B的原砂 与旧砂 粒度对 比 T a b 1 Gr a i n d i s t r i b u t i o n c o mp a r i s o n o f r a w s a n d a n d r e t u r n e d s a n d u s e d f o r s a n d A a n d s a n d B 项 目 4 0 5 0 7 0 1 0 0 1 4 0 2 0 0+底 盘 原砂 A()8 8 旧砂 A()9 原砂 B()8 9 旧砂 B()9 8 2 0 l 3 1 现 代 铸 铁1 6 9 4 l 3 1 O O 1 3 5 9 9 4 4 4 6 9 5 0 2 9 6 O 1 1 1 2 2 O 5 6 6 2 8 0 6 3 2 3 2 6 4 2 4 4 O 5 4 3 4 3 3 砂问题明显好转，经抛丸工序后，表面质量基本 满足要求。分析认为，砂 A和砂 B旧砂粒度显著变化的 根本原因主要在 w(S i O )量不同。砂 B的w(S i O：)量低，则砂粒的硬度低，破碎倾向更大。2 4 新砂调整 芯砂大量混入型砂系统会导致粒度变粗、透 气性上升问题，在调整芯砂性能的同时，也可通 过加入细新砂到砂处理 旧砂系统中，进行粒度调 整。结合生产实际情况，笔者公司试验了加入粒 度为 7 0目和 1 4 0目的新砂进行 粒度调整。按 1 5 的比例连续生产一个星期，分析型砂透气性 变化情况如图 3 所示，图中2 0 1 l 一 1 1 2 2 之前采 用 A种砂，之后采用 B种砂。连续统计发现，型 砂透气性平均值下降了2 0 个单位。3结论(1)砂型硬度对铸件表面粘砂有重要影响，提高铸型硬度有利于控制机械粘砂。(2)对于高透气性湿型砂系统，含泥量控制 偏工艺上限利于控制铸件表面粘砂。(3)原砂的(S i O，)量不 同，型砂系统中的旧 砂粒度分布变化倾向也不同。当 (s i o：)量相对 偏低时，则型砂系统中旧砂粒度倾向于细筛分 布。(4)加入一定比例的细新砂调整，可有效降 低型砂透气性。断(编辑：吕姗姗，E m a i l：x d z t _ l s s 1 2 6 c o m；编审：陆文华，E ma i l：C R Q 9 1 1 6 3 c o rn)7 0 l 现代铸铁 2 0 1 3 1