消失模铸造过程中型砂对负压度的影响

2015-04-23 04:23潘凤英杨争光扈广麒

金属加工(热加工) 2015年17期

■ 潘凤英，杨争光，扈广麒

1. 概述

消失模铸造技术具有低成本、低劳动强度、高表面质量及清洁的铸造生产环境等优点，是代表着21世纪铸造发展方向的一项革命性的技术。由于其大幅简化了造型工艺及设备，因此消失模铸造技术的投资仅为普通砂型铸造机械化生产投资的30%～70%。

但是，合理的负压系统是消失模铸造工艺取得成功的前提。消失模铸件产生的粘砂、涨箱、塌箱等缺陷均与负压系统有很大的关系，消失模铸件的缺陷中，有60%的缺陷与负压相关。由此可见，负压系统在负压铸造技术中是至关重要的，因此如何设计出优良的负压系统，即成为成功应用消失模铸造技术的关键。

2. 负压系统在负压铸造中的重要性

负压系统在消失模铸造过程中起如下作用：

（1）对振动紧实的型砂有二次紧实作用，提高砂粒间的静摩擦力。

（2）为负压砂箱制造均衡的负压场，使干砂在大气压力下定型。

（3）浇注时，将泡沫汽化过程产生的气体吸走，保证浇注顺利进行。

在实践生产中通常使用参数“负压度”对负压系统进行评测。

负压对铸件质量的影响：负压度太小时，铸件出现的缺陷有皱皮、炭黑、黏结、粘砂、增碳、气孔、浇不足及冷隔等缺陷；负压度过大时，铸件出现的缺陷有白斑、白点、夹白、针刺、节瘤及粘砂等缺陷。经过实践生产验证发现，负压度为-0.04~-0.06MPa较为合理。图1是负压度与铸件缺陷的关系。

3. 型砂对负压度的影响

负压度主要取决于负压系统。当负压系统确定后，负压度则主要受造型、浇注过程原辅材料的影响。本文主要围绕型砂对负压度的影响开展，而型砂参数中的型砂粒度、粒度分布、紧实率这三项指标对负压度有着显著的影响。

（1）型砂粒度对负压度的影响为了验证型砂粒度对负压度的影响，设计了表1中的试验方案进行对比。试验的内容是采用表1中的三种方案分别进行浇注，观察铸型内负压度的变化。

从图2不同浇注时间下型砂粒度与负压度关系中可见，采用较大粒度（即砂粒度0.900mm）的型砂在开始浇注的瞬间，铸型内负压度下降较快。这表明模样消失后，型腔内外压差减少。大粒度型砂的透气性优于小粒度型砂的透气性，消失模燃烧产生的大量气体依靠大粒度的高透气性型砂瞬间导出，可避免铸型塌箱、呛火等问题。

图1 负压度与铸件缺陷关系

（2）型砂粒度分布对负压度的影响单一砂粒度固然容易控制，但在实践生产中单一砂粒度型砂进行负压铸造时问题也很突出。大粒度型砂透气性好但表面质量差，凹槽、窝角部位粘砂严重；小粒度型砂表面光洁但透气性差，易塌箱，铸件成品率低。因此，提出使用不同粒度配比的型砂，在满足铸件表面质量的基础上保证了型砂的透气性，使浇注过程中负压度仍能满足要求。为此安排了如表2所示的单一粒度和混合粒度型砂的试验方案。

按照表2方案进行相应的试验，结果验证了之前提出的“使用不同粒度配比的型砂”的理论推测是正确的，混合粒度的型砂浇注过程中的负压度波动在两种单一粒度型砂范围之间。不同浇注时间、不同种类型砂与负压度的关系如图3所示。

但是需要特别提出的是，如果型砂中小粒度的砂粒过多（微粉、微粒），将会严重影响负压度。这是因为在振动紧实过程中小粒度砂粒大量附着在模样表面，形成了以模样表面为起点向外辐射的不均衡的型砂粒度梯度，浇注时负压度也会受到严重影响，造成铸型塌箱缺陷。

（3）型砂紧实率对负压度的影响铸件型壁增厚值是衡量型砂紧实率的重要指标，而振动时间是型砂紧实率的重要影响因素。型砂紧实率又直接作用于负压度。现设计试验方案验证型砂紧实率与负压度之间的关系，具体如表3、表4所示。

按照表3、表4的试验方案，生产试样，打箱后对试样进行检测，结论如下：

第一，铸件型壁增厚值随着振动时间的增加而减小。这是因为消失模铸造技术中型砂的抗压强度取决于型砂的堆积密度和型砂颗粒之间的紧实力的大小（负压度决定）。而型砂的堆积密度和型砂颗粒间的紧实力是由型砂颗粒层的填充结构决定的，所谓颗粒层填充结构是指粉体层内颗粒的空间排列状态，这种空间排列状态受颗粒间相互作用力及充填条件等因素的影响。从图4中可以看出通过增加振动时间能有效提高充填密度，从而增强型砂的抗压强度。

铸件型壁增厚值随着负压度的增大而减小。这一方面是因为当负压度较小时，砂型表面承压增大，使金属液对型壁的作用效果显著；另一方面负压度对型壁的紧实作用减弱，使型壁易于移动，如图5所示。