助晶箱蜗轮铸件夹砂的原因及防止措施

海南省高级技工学校 程孔雄

助晶箱蜗轮铸件夹砂的原因及防止措施

海南省高级技工学校 程孔雄

一、助晶箱蜗轮铸件夹砂的原因

夹砂是铸件的一种表面缺陷，它不仅影响铸件的表面光洁度，而且会导致铸件报废。铸件表面缺陷的表现是：在铸件的表面有一层金属瘤状物或片状物，而在金属瘤、片和铸件之间有一层型砂。当把金属瘤状物或片状物和夹砂清除后，铸件表面就显现出不规则的凹坑，凹坑中有形状不规则的凹陷凸起面，这就是我们铸造车间用湿砂型生产糖厂助晶箱蜗轮铸件经常出现的质量问题。造成此问题的原因有以下方面。

1. 型砂内在质量。在较长一段时间内，对夹砂的特征、部位及浇筑障碍等因素及造型过程中精密度、扎气眼、出气等情况分析认为：形成夹砂的主要原因是型砂的内在质量有问题。在湿型铸造生产用的型砂内虽然加入了一定数量的膨胀土、煤粉等物质，这类物质在受热时体积有收缩，但毕竟用量少，收缩作用不显著，抵消不了型砂中的主要组成成分石英在高温时的骤然膨胀，当浇筑过程中由于型砂的湿强度不够，不足以抵抗膨胀面的松散而开裂时，在金属液流的冲蚀作用下，极易产生夹砂。

2. 内部水分。湿型铸造型砂中含有一定量的水分，其含量的多少，均匀程度如何，也是一个重要问题。尤其是在没有对旧砂进行除尘的情况下，灰分却占有了一定的水分。而这部分水分是有害的，灰分多直接影响型砂的湿强度。水分恰当与否，会影响铸件的气孔、机械黏砂和冲砂的缺陷，影响铸件表面光洁度，严重时，可能使铸件报废。同时，也影响夹砂的形成，这是由于在浇筑过程中砂型型腔表面在高温金属液流的热辐射作用及金属液流的热作用和冲蚀作用下形成了一层干砂，表面的水分急剧蒸发，并向内层扩散，凝聚在温度低于100℃的砂型区域内，形成一高湿度层。这样很快形成两个强度层，表面层由于烘干强度增大，在表面层内水分凝聚区形成一高湿度、低热强度层。高湿度层内的水分开始气化，造成气化膨胀压力，此时热的含水量高的膨润土黏结力较小，使型砂的湿强度急速下降。由于气化造成的膨胀压应力会造成砂型表层有沿着水分凝聚区域脱离本体而拱起的可能性，这是造成表层膨胀变形的另一原因。此时有两种可能性。

（1）型砂表层不会拱起而脱落本体。这时必须满足下列条件：膨胀压应力较小或热拉强度足够大，并很快被金属液流覆盖。这样能防止表面的拱起和脱离本体，不会产生夹砂现象。

（2）当膨胀压力较大或凝聚区的热湿拉强度不够时，在浇筑过程中又不能及时为金属液流覆盖，不能克服膨胀压力所造成的表面拱起而脱离本体，在金属液流的冲蚀下，就会产生铸件的夹砂缺陷。

3. 型砂纯洁度。从型砂方面分析的第3方面，就是型砂的纯洁度问题，尤其是面砂。当混有各种杂质，如小煤块，合脂油砂的碎块以及易挥发的物质等时，在浇筑过程中将会产生不同的发气量和膨胀状态，破坏了砂型表面的完整，也会造成夹砂。

但是，认为型砂产生膨胀缺陷是造成夹砂缺陷的唯一依据，而不考虑其他工艺因素是不恰当的。例如：我们铸造车间生产的助晶箱蜗轮铸件夹砂的产生有时与浇筑工艺因素有一定关系，像浇筑速度对于砂型型腔金属液流覆盖速度的关系，迅速覆盖砂型表面时，由于金属液的压力，可以防止、阻碍砂型表面的膨胀和局部脱落本体的作用。在实践中我们观察到蜗轮产生夹砂除型砂内在质量外还与浇筑时间过长有关，在浇口切线处的砂型凸台处产生夹砂，同时冲砂也较多，其原因是，此处砂型经高温铁水的热辐射作用和局部受金属液流的冲蚀作用，而又不能很快为金属液流所覆盖。当然除此之外还有其他原因，但都不是主要原因。

二、防止助晶箱蜗轮铸件夹砂的措施

1. 注重面砂的质量。在满足不产生化学黏砂（即有足够耐火度）的情况下，笔者所在车间使用的石英砂一般以原砂作主要材料。

2. 煤粉用量合理。面砂中煤粉应适当增加，高于通用砂。具体配比情况如表1所示。正常情况下，随煤粉加入量的增加（不高于12%），热湿拉强度有所提高，热应力稍有下降，这样就相应提高了型砂抗夹砂能力。

表1 面砂和通用砂成分配比

3. 型砂活化处理。为提高型砂湿强度，必须掌握好旧砂中有效碳酸钠的含量。

4. 为防止产生夹砂，在其他工艺、操作上也应注意，造型紧实度应均匀。在车间条件下，下型一般硬度为80～90°，而上型硬度一般在70～85°为宜，砂型多扎出气孔，深度最好扎到水分凝集区，使浇筑过程中产生的水蒸气充分排出，在修型时应防止局部过硬。在工艺设计方面，选择合理的进铁部位，防止局部过热并使金属液流尽快平稳地覆盖和充满型腔，也是有效防止夹砂产生的措施。

综上，在工艺水平、设备条件及习惯势力等各方面条件不同的情况下，防止产生夹砂缺陷的措施也不同，但夹砂的产生机理是一样的。对于不同铸件的夹砂来说，都是由于砂型型面膨胀缺陷造成的。因此，在原料、工艺、操作方法上控制型砂的膨胀量，并使型砂湿强度抵抗这一膨胀量，不仅可以避免型面毁坏，又能在其他方面减少其促成砂型表层膨胀及裂纹条件，进而克服夹砂这种铸造缺陷。