湿型铸造铸件缺陷产生的原因与控制

作者：瓦房店轴承铸造有限责任公司 于荡洲

欢迎访问e展厅 展厅 11 铸造机械/压铸设备展厅 造型机, 压铸机, 消失模铸造设备, 混砂机, 烘砂机, ... 摘要： 通过对湿型铸造小件产品缺陷产生的原因分析，从型砂的选择及配制，造型工艺，浇注工艺等方面提出控制缺陷产生的工艺方法。 关键词：湿型铸造 缺陷 原因 工艺措施 一．前言： 我们瓦轴铸造有限责任公司主要生产机床类铸件，其中小件车间采用湿型粘土砂造型，生产湿型灰铸铁小件，主要有机床溜板箱、变速箱、皮带轮等各种机床类小件产品。湿型铸造的优点是不用烘干设备和燃料，生产周期短，材料成本低，便于组织流水作业，落砂容易，灰尘小，劳动条件好，砂箱寿命长。其缺点是型砂强度较低，含有水分，铸件容易产生砂眼、气孔、粘砂、夹砂等缺陷。因此，湿型砂必须控制严格，保持较稳定的性能。 二．废品统计情况 我们小件车间生产的产品产量占总产量的12-15%，虽然生产的都是小型铸件，最大的不超过90kg，但是废品多了，也会积少成多，给企业带来很大的损失。因此小件产品的质量控制也是不容忽视的，2003年小件车间共生产6000吨，废品率为5.24%，其中砂眼占56.7%，气孔占7.8%，粘砂占13.5%，其它占22 %。 三．产品报废的原因及分析 由以上湿型小件车间灰铸铁小件废品统计情况可以看出，砂眼、粘砂、气孔类缺陷是产品报废的主要原因。根据统计，加工后因气眼类缺陷报废的湿型灰铁小件，其中最常见的是气孔，铁豆气孔，缩孔，气缩孔等铸造类缺陷，此外，粘砂，夹层，表面质量差也是影响产品质量的一个重要原因。分析产生废品的原因及防止措施，主要有以下几点： 1．夹砂：因砂型表层受热膨胀而造成的铸件缺陷以夹砂形态最为典型，在湿型铸造生产条件下铸件产生夹砂极为常见，但干型铸件就很少产生这种缺陷。它常见于铸件上表面，并且上表面越大越容易产生夹砂。产生这种缺陷主要由以下三个方面：1）型砂的导热率差，甚或有砂粒晶型转变而增大膨胀率，使砂型型壁各层间造成大的温度梯度，从而使各层膨胀不均而产生压应力。2）提高干砂层后背的高湿度弱砂带的阻力，可以通过提高高湿度弱砂带的热湿拉强度以使型壁表面的干砂层难以鼓出，翘起。将钙膨胀土用碳酸钠进行活化处理，变成钠膨润土，可以增加高湿度弱砂带的热湿拉强度，要使用优质粘土，还应增加型砂中粘土含量，以保证有高热湿拉强度。可以在湿型型砂中添加淀粉来增加型砂的热湿拉强度。在手工造型时，造型完毕，常在上箱型腔顶面插入钉子，并使钉子头与型腔表面齐平，钉子的作用是浇注时，将型壁表层的干砂层牢牢地钉住在后背的砂层中，使干砂层不能突出，翘起，防止夹砂产生。3）砂型紧实均匀，有利于减少夹砂缺陷。另外在造型操作中砂型扎出通气孔对防止夹砂缺陷是有效的。 防止夹砂有以下三方面对策： （1）减少砂型（芯）的宏观膨胀量。 （2）增加干砂层与砂型本体之间的水份凝聚区的热湿拉强度 （3）增加干砂层的热变形量，使热变形量值超过它的受热膨胀值。 2．砂眼生成原因主要来自于造型材料，型砂和芯砂灰分高，强度低或水分及发气物质过多，则浇注时由于砂型或砂芯的强度不足或甚至金属液发生沸腾而使型砂掉落。造型时紧实不匀，修型不当，以及在下芯，合箱时因不注意而发生碰撞都会造成砂粒的掉落，从而造成砂眼。防止砂眼除了要注意造型和合箱操作以及尽量减少金属液对砂型的过分冲刷外，主要应合理控制型砂水份，提高型砂的韧性和强度。 3．气孔：金属液在凝固过程中，陷入金属中的气泡在铸件中形成的孔洞，称之为气孔，气孔属于孔壁光滑的孔洞类铸件缺陷。与缩松，缩孔，砂眼，夹渣是不一样的，其形成原因也非常复杂。或是因为砂型中的水分含量过高，或是型腔的排气不好，砂芯之间通气不畅，或炉料没有烘干等都易造成气孔缺陷。跟据气孔形成的机理分为侵入气孔，裹携气孔，析出气孔，内生式反应气孔，外生式反应气孔，侵入气孔是从浇注到铸件表面凝固成固体壳的期间内，外部气体源（砂型，砂芯等）发生的气体侵入型腔内的金属液中，形成气泡而产生的气孔。防止侵入气孔生成的对策： （1）降低砂粒间毛细管中气体压力主要是增大砂型型壁或砂芯的通气能力，减少和控制砂型或砂芯等气体源真实发气量以降低砂粒间毛细管中的气体压力，避免外部气体侵入金属液中，首先要控制型砂湿透气性和湿型表面硬度，人工增强砂型型壁和砂芯-砂型排气系统的通气能力，除了依靠型砂和芯砂的透气性来保证通气能力外，生产中主要采取人工增强通气能力的措施来防止和消除侵入气孔。减少和控制砂型或砂芯等气体源浇注时的真实发气量。防止砂型或砂芯中发气物质的局部集中。另外湿型灰铸铁件其上箱的型腔顶面到浇口之间的高度，即直浇道的有效高度不应小于65mm。 （2）使侵入型腔内金属液的气体所形成的气泡，再从金属液 （3）裹携气孔是由于浇注时，浇注系统中的金属液流裹携着气泡，气泡液流进入型腔，或液流冲击型腔内金属液面，将气泡带入金属液中，当气泡不能从型腔金属液中排除，就会使铸件产生气孔。可以通过控制金属液的含气量，脱气处理，采用金属型，使浇注后的金属液在压力下凝固等措施来消除气孔的产生。 由于是湿型砂铸造，型和芯都没有烘干，所以极易形成气孔缺陷，这是湿型铸造最大的缺点。所以型砂含水量不要过高，发气物质的加入量不要过多，砂型硬度不要过高，上型的紧实度可比下型略低，适当提高型砂的透气性，型砂中加入少量可减少金属液体氧化的保护剂。 4．缩孔，缩松和缩陷减小了铸件有效承载面积，承载时在缺陷处应力集中，如果铸件工作时是承载零件则极易断裂失效，特别是不易检验出来的内缩孔，缩松更是危险的隐患，故它们都是导致铸件报废的缺陷。缩松会使高压容器铸件（气缸，油缸等）液压或水压试验时发生渗漏，铸件机械加工后暴露出来的内缩孔，缩松破坏了加工表面质量。为了防止这些缺陷通常采用的措施是正确设计补缩作用良好的冒口，设置外冷铁，加冷却筋，增加铸型的刚性等。 5．表面粗糙和粘砂，随着铸造技术的发展，对铸件的外观质量要求越来越高，表面粗糙和粘砂大大地增加了铸件清理的工作量。表面粘糙是型砂铸造特有的缺陷，在湿型时常发生在上表面，在干型中，则发生那些涂料太少或没有涂料的地方。原砂的矿物质组成及化学成分没能达到工艺要求。砂子的石英含量过低会使其耐火度，复用性降低，导致铸件的表面质量差。粘砂现象与砂子的氧化物含量过高有关，因为碱金属氧化物（Na2O，K2O）存在于长石和云母中，与石英形成低熔点的化合物，造成化学粘砂。氧化铁与其它氧化物形成低熔点的化合物，使耐火度降低，出现粘砂。为防止粘砂主要可以采取也下措施1）用较细的原砂，提高型砂的流动性及砂型的紧实度，以减小砂型表面的孔隙。2）适量加入抗粘砂附加物，使砂粒表面及砂粒间形成碳膜或烧结壳，以减少金属液体表面的氧化及对砂型表面的润湿和渗透。3）在砂型表面喷.涂耐火度较高，不易被金属液润湿且不易与金属液体表面氧化物产生化学反应的涂料，以减少金属液体对砂型表面的熔蚀和渗透。 6．裂纹，铸件产生裂纹缺陷的原因很复杂，有铸件材质的问题，也有铸造工艺及造型材料的问题。铸件裂纹的防止除了改进浇注工艺和铸件结构外，其他能够减少砂型（芯）受热膨胀量，提高型（芯）砂退让性的措施有：在型砂中加入木屑或有机粘结剂，采用粒度较分散的原砂等都有利于防止铸件产生裂纹。 7．原砂的选用不当，没按生产工艺分类。这也是产生气孔和粘砂的一个原因。湿型小件的湿型砂对砂子的颗粒大小，均匀程度，形状和表面状况要求相对地要高些，既要有较高的强度，又要有一定的耐火度和良好的透气性。 8．型砂的配制可能不符合要求，没有制定合理的加料顺序，装载量，混砂时间和必要的调匀时间，此外，型砂的配方也没有标准，影响其透气性和流动性。 10．造型工艺存在问题，型砂的紧实度不均匀，透气性差。容易形成侵入性气孔。 11．浇注工艺控制不当，浇注速度和浇注温度不适中。从缺陷的现象看，缩孔与浇注的速度过快，浇注温度过高有关；铁豆气孔是由于操作不当及其它原因引起铁水飞溅所致；析出性气孔，主要是浇注温度过高及炉料带入气体所致。 四．防止湿型铸造灰铁小件产生铸造缺陷的工艺措施 1．型砂的选择及配制 为了获得优质的铸件和良好的经济效益，要求型（芯）砂应具备以下一些性能：1）良好的成形性，包括良好的流动性，可塑性，韧性和不粘模性。2）足够的强度。3）一定的透气性，较小的吸湿性，较低的发气量。4）较高的耐火度，较好的热化学稳定性，较小的膨胀率和收缩率。5）较好的退让性，溃散性和耐用性。由于湿型铸铁件容易产生砂眼，气孔，粘砂，夹砂，等缺陷，在选择湿型砂及配制过程中，就要遵循一条原则，既要有一定的表面强度和抗夹砂能力，又要有相当的透气性，为此，湿型砂最好采用较细的55/100，70/140，100/200的半多角形，圆形的天然石英砂，并且粒度均匀分布在相邻四个筛号上，每筛余留量都超过10%，但最高不能超过35%，同时，型砂中配置适当的煤粉，以提高抗夹砂能力，降低型砂的热压应力，提高热湿拉强度。我厂主要采用70/140的多角形石英砂。 （1）原砂要求： 粒度：55/100，70/140，100/200 形状：□——〇 〇——□ 种类：4S 1SC 2SC 1N；4S最佳 （2）粘土选择钠膨润土 （3）煤粉：采用95%以上能通过100号筛的30%以上挥发物的煤粉。 （4）湿型砂的配方：按湿型小件单一砂配制。 加料顺序：回用砂，新砂，粘土，煤粉，水分 碾压时间：2min-3min 调匀时间：2h-3h 2．工艺措施 （1）采用ZB148振动造型机，保证砂型紧实度均匀，确保透气性良好。 （2）设置出气冒口，多扎出气孔，防止侵入性气孔的发生。 （3）提高金属液的静压头；热节圆大的采用放置冒口。 （4）合理设计浇注系统，确定内浇口的横截面积； ΣF内= G/(0.31*μ*t*HP1/2) 式中：G——毛坯重量； μ——流量系数，取值：0.5-0.55(1280℃取0.5,每增高50℃,加0.05)； t——浇注时间； HP——平均压力头。 3．浇注工艺 对于湿型灰铁小件的生产，要控制浇注温度和浇注时间，金属液要进行镇静处理，浇注时要平稳连续。 （1）采用高温出炉，低温浇注，温度控制在1340℃-1380℃，但浇注温度不能过低，否则，易发生侵入气孔，铁豆气孔； （2）浇注时间：浇注时间要适中，浇注不宜过快，浇注时间要进行计算。 t=s*G1/2 式中G——型腔内金属液的总重量（包括浇冒口系统）kg； S——系数，一般取2.2。 4．熔炼时要考虑炉料的处理、防锈、除污、烘干。 五．结束语 湿型铸造灰铸铁小件产生的主要缺陷是气眼、砂眼、粘砂类缺陷，只要在型砂的配比，造型工艺，浇注工艺和熔炼方面采取措施，就能控制缺陷，减少废品的产生。在以上方面采取措施后，我厂小件车间生产灰铸铁小件取得了良好的效果，说明此工艺性是可行的。 参考文献 《造型材料》 孟爽芬 主编 哈尔滨工业大学出版社 《铸造工艺及设计基础》 李魁盛 主编 北京：机械工业出版社 《铸铁及其熔炼》 北京：机械工业出版社(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/20/2006)