消失模鑄造過程中型砂對負壓度的影響

2015-04-23 04:23:26潘鳳英楊爭光扈廣麒

金屬加工(熱加工) 2015年17期

■ 潘鳳英，楊爭光，扈廣麒

1. 概述

消失模鑄造技術具有低成本、低勞動強度、高表面質量及清潔的鑄造生產環境等優點，是代表著21世紀鑄造發展方向的一項革命性的技術。由于其大幅簡化了造型工藝及設備，因此消失模鑄造技術的投資僅為普通砂型鑄造機械化生產投資的30%～70%。

但是，合理的負壓系統是消失模鑄造工藝取得成功的前提。消失模鑄件產生的粘砂、漲箱、塌箱等缺陷均與負壓系統有很大的關系，消失模鑄件的缺陷中，有60%的缺陷與負壓相關。由此可見，負壓系統在負壓鑄造技術中是至關重要的，因此如何設計出優良的負壓系統，即成為成功應用消失模鑄造技術的關鍵。

2. 負壓系統在負壓鑄造中的重要性

負壓系統在消失模鑄造過程中起如下作用：

（1）對振動緊實的型砂有二次緊實作用，提高砂粒間的靜摩擦力。

（2）為負壓砂箱制造均衡的負壓場，使干砂在大氣壓力下定型。

（3）澆注時，將泡沫汽化過程產生的氣體吸走，保證澆注順利進行。

在實踐生產中通常使用參數“負壓度”對負壓系統進行評測。

負壓對鑄件質量的影響：負壓度太小時，鑄件出現的缺陷有皺皮、炭黑、黏結、粘砂、增碳、氣孔、澆不足及冷隔等缺陷；負壓度過大時，鑄件出現的缺陷有白斑、白點、夾白、針刺、節瘤及粘砂等缺陷。經過實踐生產驗證發現，負壓度為-0.04~-0.06MPa較為合理。圖1是負壓度與鑄件缺陷的關系。

3. 型砂對負壓度的影響

負壓度主要取決于負壓系統。當負壓系統確定后，負壓度則主要受造型、澆注過程原輔材料的影響。本文主要圍繞型砂對負壓度的影響開展，而型砂參數中的型砂粒度、粒度分布、緊實率這三項指標對負壓度有著顯著的影響。

（1）型砂粒度對負壓度的影響為了驗證型砂粒度對負壓度的影響，設計了表1中的試驗方案進行對比。試驗的內容是采用表1中的三種方案分別進行澆注，觀察鑄型內負壓度的變化。

從圖2不同澆注時間下型砂粒度與負壓度關系中可見，采用較大粒度（即砂粒度0.900mm）的型砂在開始澆注的瞬間，鑄型內負壓度下降較快。這表明模樣消失后，型腔內外壓差減少。大粒度型砂的透氣性優于小粒度型砂的透氣性，消失模燃燒產生的大量氣體依靠大粒度的高透氣性型砂瞬間導出，可避免鑄型塌箱、嗆火等問題。

圖1 負壓度與鑄件缺陷關系

（2）型砂粒度分布對負壓度的影響單一砂粒度固然容易控制，但在實踐生產中單一砂粒度型砂進行負壓鑄造時問題也很突出。大粒度型砂透氣性好但表面質量差，凹槽、窩角部位粘砂嚴重；小粒度型砂表面光潔但透氣性差，易塌箱，鑄件成品率低。因此，提出使用不同粒度配比的型砂，在滿足鑄件表面質量的基礎上保證了型砂的透氣性，使澆注過程中負壓度仍能滿足要求。為此安排了如表2所示的單一粒度和混合粒度型砂的試驗方案。

按照表2方案進行相應的試驗，結果驗證了之前提出的“使用不同粒度配比的型砂”的理論推測是正確的，混合粒度的型砂澆注過程中的負壓度波動在兩種單一粒度型砂范圍之間。不同澆注時間、不同種類型砂與負壓度的關系如圖3所示。

但是需要特別提出的是，如果型砂中小粒度的砂粒過多（微粉、微粒），將會嚴重影響負壓度。這是因為在振動緊實過程中小粒度砂粒大量附著在模樣表面，形成了以模樣表面為起點向外輻射的不均衡的型砂粒度梯度，澆注時負壓度也會受到嚴重影響，造成鑄型塌箱缺陷。

（3）型砂緊實率對負壓度的影響鑄件型壁增厚值是衡量型砂緊實率的重要指標，而振動時間是型砂緊實率的重要影響因素。型砂緊實率又直接作用于負壓度。現設計試驗方案驗證型砂緊實率與負壓度之間的關系，具體如表3、表4所示。

按照表3、表4的試驗方案，生產試樣，打箱后對試樣進行檢測，結論如下：

第一，鑄件型壁增厚值隨著振動時間的增加而減小。這是因為消失模鑄造技術中型砂的抗壓強度取決于型砂的堆積密度和型砂顆粒之間的緊實力的大小（負壓度決定）。而型砂的堆積密度和型砂顆粒間的緊實力是由型砂顆粒層的填充結構決定的，所謂顆粒層填充結構是指粉體層內顆粒的空間排列狀態，這種空間排列狀態受顆粒間相互作用力及充填條件等因素的影響。從圖4中可以看出通過增加振動時間能有效提高充填密度，從而增強型砂的抗壓強度。

鑄件型壁增厚值隨著負壓度的增大而減小。這一方面是因為當負壓度較小時，砂型表面承壓增大，使金屬液對型壁的作用效果顯著；另一方面負壓度對型壁的緊實作用減弱，使型壁易于移動，如圖5所示。