知識篇——如何防止鑄件機械粘砂
發布時間： 2020-03-19 來源：洛陽順祥機械有限公司 點擊：1403
機械粘砂又稱為金屬液滲透粘砂，是由液態金屬或金屬氧化物通過毛細管滲透或氣相滲透方式鉆入型腔表面砂粒間隙，在鑄件表面形成的金屬和砂粒機械混合的粘附層。清鏟粘砂層時可見金屬光澤。機械粘砂表面呈海綿狀，牢固地粘附在鑄件表面，多發生在砂型和砂芯表面受熱作用強烈及砂型緊實度低的部位，如澆冒口附近、鑄件厚大截面、內角和凹槽處。
機械粘砂不僅影響鑄造鑄件的外觀質量，甚至引起報廢，因此對鑄件的機械粘砂必須引起足夠的重視，以提高產品成品率。筆者結合多年的生產實踐經驗并參閱有關資料，談談鑄件機械粘砂的產生原因及其防止措施。
1、鑄件和模樣設計
如果鑄件和模樣的結構會使砂型具有尖角、懸伸或突出的形狀，或具有扁薄的砂臺或砂芯，則這種設計會促進機械粘砂產生。因為這類結構的鑄件會使砂型、砂芯局部熱量集中，其正常的性能受到破壞，砂型、砂芯表面提前潰散，熔融金屬或金屬氧化物易于滲入而產生機械粘砂。對此，可在熱量集中的部位采用特殊砂型，如鋯砂或橄欖石砂，以提高其長時間受熱或受高溫輻照的能力。
2、模樣
(1)模樣的工藝設計不良，使砂型舂不緊實或緊實度不勻，會造成型腔表面粗糙或疏松，對產生機械粘砂有直接影響。模樣的工藝設計常出現以下錯誤：
一是分模面選擇不當，致使上型過高，或在砂型中形成很深的型腔。
二是模樣在模底板上的位置布置不當，使凹陷處難于舂實，這可能是由于模樣距箱壁太近，或模樣排列過密所致。由于模樣排列過于擁擠，會引起鑄件產生脹砂，即使沒有明顯的脹砂，也會發生機械粘砂。由于產生缺陷的根源相同，機械粘砂和脹砂會出現在同一個鑄件上。
三是直澆道、冒口和橫澆道的位置布置不當，會出現不易舂實的凹陷部位，這與澆冒口系統的布局有關。
四是起模斜度<1.5°時，即使整個砂型的緊實度合適，也會使砂型表面撕裂，易于使金屬或金屬氧化物滲入。
(2)模樣的工藝結構不良，導致金屬液靜壓力過高。由于靜壓力的增高，砂型的負荷也就加重，因此需要采用特殊的砂型或更緊實的造型方法，以抵擋金屬液對砂型的滲透壓力。
3、砂箱
砂箱的設計及構造不合理，致使砂型緊實度不勻或舂砂過軟。
產生這些問題的一般原因如下：
(1)箱帶的位置不當，妨礙某些凹陷部位的舂實，因而導致砂型局部過軟，引起脹砂或機械粘砂。
(2)因砂箱太小造成舂砂不實。
(3)箱帶位置不當，使直澆道和冒口不能放在合適的位置上，以致冒口或直澆道與模樣間的型砂舂不緊實。又因該處必然造成熱量集中，使機械粘砂更為嚴重。因此，如直澆道或冒口的位置不能改變，則必須將箱帶割去一塊或整個去掉。
(4)上箱過高。機械粘砂通常與型腔表面的抗滲透能力及金屬液的靜壓力有關，金屬液壓力的大小，與金屬的密度和上箱高度有關。如從鑄件補縮需要出發，上箱應有一定高度，但型砂性能也一定要隨之加以改善。
4、澆冒口系統
(1)澆冒口的位置不當導致砂型局部過熱，從而促使型腔表面過早毀壞，金屬液或在高溫下形成的金屬氧化物就更容易滲入型腔表面。
這類情況較典型的例子有下列幾種:
第yi，直澆道或冒口距型面過近，形成一個熱節區，這一熱節區的砂型如未舂實，則機械粘砂缺陷就會十分嚴重。
第二，在一定的型腔表面上流過的金屬液過多，會把型面加熱到足以毀壞的程度。如果型腔中初期凝固的硬殼被后來流入的金屬液重熔，則粘砂就更為嚴重。
第三，在澆注時，凡能造成金屬液壓力過高的任何因素，均可能導致鑄件產生機械粘砂。當金屬液不僅壓力高，而且溫度也高時，情況尤為嚴重。
(2)直澆道、橫澆道和內澆道的截面比例不當，使金屬液在澆注時不斷受到氧化，增加了金屬氧化物的數量，并導致對型砂的助熔作用。在澆注過程中，澆注系統應始終充滿金屬液，否則，在澆注系統中的任何部位均能使金屬液受到氧化。
(3)冒口頸尺寸過大，將造成其周圍型砂過熱，這是一個較為普遍的問題。這一問題常是由于冒口頸太長引起的，為了使冒口頸中金屬液不致過早凝固，就不得不加大頸部尺寸。如果因為冒口頸設計不當導致補縮不到，那么zui好是縮短冒口頸，以防止凝固，而不是加大其尺寸。尺寸較小的冒口頸，可以減少砂型受熱。
(4)澆口杯或直澆道設計不當，以致澆注時卷入空氣造成金屬液氧化，這通常是由于湍流引起的，隨著金屬液表面氧化膜的不斷積累會引起機械粘砂。
5、型砂
(1)原砂粒度分布不均勻，會造成砂型緊實度低，原砂的粒度分布對砂型的zui大緊實度有直接影響。
(2)型砂的流動性和成型性差。
(3)殼型砂上樹脂的覆膜太薄，會使型殼的局部強度降低和局部砂粒未被樹脂覆蓋，往往由于這種簡單的原因，使鑄件發生機械粘砂。
(4)鑄型的透氣性過高，這是型砂顆粒太粗的另一種反映。透氣性和緊實度是相互影響的兩個因素。緊實度低則透氣性好，反之亦然。
(5)型砂中碳素材料或脫氧物質不足，會產生過多的金屬氧化物，使氧化物濕潤砂粒而易于滲入。
6、制芯
(1)未刷涂料砂芯的砂粒太粗或粒度分布不佳，與原砂粒度分布不均勻一樣，對產生機械粘砂有影響。
(2)砂芯未舂實，與砂型未舂實的性質一樣，對機械粘砂有重大影響。
(3)砂芯表面粗糙或多孔，會引起機械粘砂。熔融金屬或金屬氧化物浸潤了這種粗糙的或多孔的表面后就會滲入砂芯。
(4)砂芯在儲存期間吸濕。對砂芯來說，水分過多更為麻煩。因為砂芯水分過多不易察覺。有的砂芯看上去像是干的，但實際上其水分仍然很高。
(5)砂芯在搬運時操作不慎，或在涂料尚處于濕態時搬運而招致破損或擦傷涂層。其后果是造成砂芯上的涂料不夠，以致不能阻止金屬或金屬氧化物滲入砂芯。涂料破損處就好像在砂芯上開了一個出氣孔一樣，造成金屬液沸騰而產生機械粘砂。
(6)砂芯涂料浸入太淺，會直接引起機械粘砂。
(7)砂芯涂料的高溫強度低。由于涂料中的粘土不足，或是溶劑太多，以致粘結劑含量減少，造成涂料高溫強度降低而引起機械粘砂。
(8)芯砂混制不良，使砂芯個別部位強度過低，在澆注時造成崩落，因而產生機械粘砂。
(9)砂芯清掃和修整不良時，會直接造成機械粘砂。對砂芯加強檢驗，這類缺陷是應該能夠避免的。
(10)砂芯在浸、噴涂料后未再次烘干。與砂芯在砂型中吸濕返潮一樣，涂層不干極易發生剝落與掉皮。
(11)芯盒不干凈，會使芯砂粘附在芯盒上，造成砂芯表面粗糙。質量優良的砂芯有致密的表面層，芯盒不干凈就得不到具有致密表面層的優質砂芯。
7、造型
(1)舂砂松軟和緊實度不均勻。在大多數情況下，舂砂緊實和緊實度均勻同樣重要。然而，有時緊實度不均勻比砂型整體松軟的危害更大。
(2)砂型修補不良。砂型修補面粗糙疏松，會引起機械粘砂;修型過度或修補部位水分過高，也會造成金屬液沸騰而引起機械粘砂。
(3)補砂不良的部位毛糙、疏松，會發生機械粘砂。
(4)砂型涂料不勻或不足。
(5)表干型的涂料干燥不勻或未充分烘干。
(6)脫模液用量過多會削弱砂型表面強度，促成金屬液沸騰而產生鑄件機械粘砂。
(7)砂型涂料的波美度太低，涂料就會被砂型吸入，因而發生涂料掉皮、掉屑或剝落而造成機械粘砂。
(8)模樣表面覆蓋的面砂量不足，這是常見的操作疏忽。
(9)冷熱材料(砂芯、砂型、芯撐、冷鐵等)接觸到一起。冷熱材料相遇，會使水分凝聚。水分能引起沸騰型機械粘砂，同時大幅增加氧化物的生成速度，隨后便會發生金屬氧化物的滲入。這是產生機械粘砂的一般原因，也是高壓造型產生機械粘砂的主要原因。
8、金屬成分
(1)易于形成流動性好的金屬氧化物，流動性好的金屬比表面張力高或粘稠的金屬更容易引起機械粘砂。
(2)合金中含有低熔點成分，如鉛青銅中的鉛就容易引起機械粘砂。因為鉛比母體金屬溫度還低很多時仍然處于流動狀態。
(3)需要高溫澆注的合金。由于合金流動性好，容易產生機械粘砂。此外，因澆注溫度高，加速了氧化物的生成速度，故更具有形成氧化性機械粘砂的傾向。
9、澆注
(1)澆注溫度過高時，不但會使金屬液流動性提高，還會使金屬液迅速氧化，因而加速了氧化性機械粘砂的發生。
(2)澆包抬得過高和上箱過高一樣，會形成過高的金屬壓頭，促使金屬或金屬氧化物進入砂型的孔隙中。
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