鑄造用砂的性能對缸體和缸蓋鑄件質量的影響

于濱禮　張玉偉　南寧

摘要：汽車工業的迅猛發展導致汽車缸體、缸蓋鑄件的要求越來越被高要求，我國鑄造用的砂主要是風積砂、海砂、湖砂和河砂四大砂系，鑄造過程中除了選砂之外還應該注意鑄造工藝，本文針對鑄造用砂闡述砂對缸體、缸蓋鑄件質量的影響情況和常用特種砂在提高鑄件質量方面的作用，強調了生產缸體、缸蓋鑄件時用砂的選擇與組合原則。

關鍵詞：鑄造用砂；缸體；缸蓋；鑄件質量

前言

在鑄造的過程中影響缸體、缸蓋鑄件質量的因素是多方面的，主要涉及涉及金屬爐料、造型材料、熔煉、鑄造工藝、設備工裝、模具等。本文僅僅就缸體和缸蓋傳統工藝條件下存在的問題進行了有益的綜合分析，就鑄造用砂與缸體、缸蓋鑄件質量的關系作一些簡單的探討。

1.簡述缸體和缸蓋鑄鐵件材質

為了有效的提高發動機單位重量的功率，降低油耗，國內外在鑄造的過程中從技術和工藝上采取各種措施，對于缸體和缸身的鑄造采用提高材質性能，以減薄鑄件壁厚，這樣可以減輕鑄件乃至整機重量。目前在國外一般中小發動機缸體和缸蓋的壁厚已降低至3.5一4.0mm。想要鑄造出高強度又薄壁而且內腔又十分復雜的鑄件在整個鑄造的過程中都應該十分考究。要想得到優良耐用的鑄件，砂的選用十分考究，對于砂的形狀、二氧化硅的含量等都要求很高，我國鑄造用的砂主要是風積砂、海砂、湖砂和河砂四大砂系。這幾種砂的品性不同導致了鑄件的質量各有千秋[1]。

2.目前我國硅砂主要產區資源和生產狀況

硅砂在鑄造的過程中占用砂的很大比例，幾乎將近100%，主要充當造型和誅心用的材料。內蒙大林和河北圍場地區的風積砂形狀非常的規則，，大多都是圓粒砂，二氧化硅的含量適中，這是鑄件的時候的理想用砂，內蒙古一代砂礦非常豐富，僅大林公司礦區面積達15.75km，儲量3.25億噸。在它的周圍還有其他的硅砂生產基地，比如木里圖、伊胡塔等地，砂礦質量非常好，是鑄件用砂的首選。砂礦是上天對內蒙古的饋贈，全國的鑄件用砂幾乎都從這里購進，內蒙大林和河北圍場兩大砂礦基地，常年的生產和銷售硅砂幾乎占我國鑄造用砂的一半，這種態勢是呈現產銷兩旺的。要論海砂則當屬福建、晉江等地，海砂又稱海巖砂，它的二氧化硅含量超過95%，這樣的砂子耐火度十分高，這也是它的一大特性，也是生產鑄鋼件的主要用砂。它是我國除去內蒙古之外的第二大砂生產基地，但是今年南方的用砂受到政府新出臺的政策的限制，導致海砂產量降低，南方多選擇到北方購進風積砂。湖砂和風積砂的形狀相似，二氧化硅含量稍高，但是資源緊缺，在南方的湖殺生產廠子均已停產，只有小的廠子還在偶爾生產。河砂是河南鄭州鄭庵的代表，河砂的二氧化硅比風積砂低，河砂的生產廠子多，但是生產規模不大。我國中原一代機械化程度高，鑄件的用砂量大，大都是大林砂，可見風積砂幾乎壟斷了我國鑄件的市場。

由上文可見我國鑄造用砂主要以風積砂為主，也就是說內蒙大林和河北圍場將成為我國鑄造用硅砂的主要生產基地。海砂的質量是非常好的，但是若福建沿海海砂開采受限，南方鑄造企業用砂將面臨北砂南調的局面，這恐怕會給鐵路、海運帶來壓力，砂運輸的困難和路途之遠會導致砂價上漲如海砂開采受限，大林、圍場兩大紗廠出產的風積砂質量很好，但是相對于海砂而言耐火度欠缺，也就是說二氧化硅的含量低，所以迎合鑄造業的生產要求，北方的紗廠提高鑄造用砂二氧化硅的含量勢在必行。二氧化硅含量上須尋找途徑正式風積砂在未來的出路，這就需要砂場做好技術儲備，滿足市場需求[2]。

3.硅砂性能對缸體、缸蓋鑄件質量的影響

砂體中SiO2含量的高低，在缸體和缸蓋鑄件的鑄造過程中直接決定了硅砂的燒結點，二氧化硅含量越高，燒結點越高，越能防止缸體、缸蓋的粘砂。缺點是：含量越高，硅砂的高溫膨脹就會越嚴重，缸體、缸蓋型機芯就會非常的脆弱，容易產生裂痕，這會使鑄件產生缺陷.所以在砂質的選擇上，追求均衡和滿足鑄件要求，對于澆注溫度在1400℃左右的鑄鐵缸體、缸蓋而言，最佳的選擇是采用二氧化硅含量在90%～92%的大林砂和圍場砂。硅砂中泥的含量指的是粒徑小于0.020mm的顆粒部分，含泥量非常的重要，含泥量高會降低硅砂的燒結點，增加發氣量，進而降低缸體、缸蓋的透氣性，增加樹脂加入量，因此，會導致缸體、缸蓋鑄件易于產生氣孔和粘砂缺陷。隨著缸體、缸蓋鑄件大量的生產實踐，技術人員對硅砂粒度組成的認識不再一味追求集中度越高越好，而是在實際生產中根據缸體、缸蓋的部位、條件進行合理的分析，恰當的選擇。拿水套芯舉例，從外觀的生產條件看，五篩砂膨脹率小，更為合理。但由于由于它被鐵液全部包圍，芯子的透氣性和氣體順利逸出上升為更主要的矛盾，因此，就能選擇五篩砂，而必須選擇三篩集中度高的砂子。科技是無窮的，在未來的汽車工業不斷發展的進程中鑄造用砂的性能對缸體和缸蓋鑄件質量的影響一定會被人類發現得更加全面[3]。

4.總結

本文介紹了鑄造用砂的種類以及不同種類砂的性能，在缸體和缸蓋鑄件的鑄造的產業中砂的選擇與劃分十分的明確，文中可見湖砂、河砂的萎縮和消失，是大自然給鑄造行業發出的預警，的確，資源是有限的，不僅僅水和石油、煤礦是有限的，砂子也是有限的，對資源的保護與合理利用應引中國人起高度重視。在早年，我國硅砂是可以出口的，從2008年已禁止出口，不僅僅是不可以出口，我國也要節約用砂，資源循環利用，舊砂再生已迫在眉睫，我國的一汽、東風汽車制造廠都在搞粘土砂再生，一些企業也在搞樹脂砂的熱法再生，在保證鑄造用砂的質量的同時施行可持續發展戰略，這是應當是國家所提倡的，一切都要為可持續發展讓路。

參考文獻：

[1]劉鴻勛.鑄造用砂的性能對缸體和缸蓋鑄件質量的影響[J].現代鑄鐵，2013，7（01）：71-77.

[2]劉偉.汽車發動機缸體鑄造工藝及材質的研究[D].合肥：合肥工業大學，2010.

[3]胡家聰，袁亞娟.對提高缸體和缸蓋鑄鐵件材質的幾點看法[J].現代鑄鐵，2011，8（02）：59-62.