鑄件機(jī)械粘砂缺陷的成因及防止措施

九江職業(yè)大學(xué) （江西 332000） 王 榮

機(jī)械粘砂又稱為金屬液滲透粘砂，是由液態(tài)金屬或金屬氧化物通過(guò)毛細(xì)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與砂粒機(jī)械混合的粘附層。清鏟粘砂層時(shí)可見(jiàn)金屬光澤。機(jī)械粘砂表面呈海綿狀，牢固地粘附在鑄件表面，多發(fā)生在砂型和砂芯表面受熱作用強(qiáng)烈及砂型緊實(shí)度低的部位，如澆冒口附近、鑄件厚大截面、內(nèi)角和凹槽處。

機(jī)械粘砂不僅影響鑄件的外觀質(zhì)量，甚至引起報(bào)廢，因此對(duì)鑄件的機(jī)械粘砂必須引起足夠的重視，以提高產(chǎn)品成品率。筆者結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并參閱有關(guān)資料，談?wù)勮T件機(jī)械粘砂的產(chǎn)生原因及其防止措施。

1. 鑄件和模樣設(shè)計(jì)

如果鑄件和模樣的結(jié)構(gòu)使砂型具有尖角、懸伸或突出的形狀，或具有扁薄的砂臺(tái)或砂芯，則這種設(shè)計(jì)會(huì)促進(jìn)機(jī)械粘砂產(chǎn)生。因?yàn)檫@類結(jié)構(gòu)的鑄件會(huì)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(chǎn)生機(jī)械粘砂。對(duì)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(zhǎng)時(shí)間受熱或受高溫輻射的能力。

2. 模樣

（1）模樣的工藝設(shè)計(jì)不良，使砂型舂不緊實(shí)或緊實(shí)度不勻，會(huì)造成型腔表面粗糙或疏松，對(duì)產(chǎn)生機(jī)械粘砂有直接影響。

模樣的工藝設(shè)計(jì)常出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：

一是分模面選擇不當(dāng)，致使上型過(guò)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(dāng)，使凹陷處難于舂實(shí)，這可能是由于模樣距箱壁太近，或模樣排列過(guò)密所致。由于模樣排列過(guò)于擁擠，會(huì)引起鑄件產(chǎn)生脹砂，即使沒(méi)有明顯的脹砂，也會(huì)發(fā)生機(jī)械粘砂。由于產(chǎn)生缺陷的根源相同，機(jī)械粘砂和脹砂會(huì)出現(xiàn)在同一個(gè)鑄件上。

三是直澆道、冒口和橫澆道的位置布置不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)不易舂實(shí)的凹陷部位，這與澆冒口系統(tǒng)的布局有關(guān)。

四是起模斜度＜1.5°時(shí)，即使整個(gè)砂型的緊實(shí)度合適，也會(huì)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(jié)構(gòu)不良，導(dǎo)致金屬液靜壓力過(guò)高。由于靜壓力的增高，砂型的負(fù)荷也就加重，因此需要采用特殊的砂型或更緊實(shí)的造型方法，以抵擋金屬液對(duì)砂型的滲透壓力。

3. 砂箱

砂箱的設(shè)計(jì)及構(gòu)造不合理，致使砂型緊實(shí)度不勻或舂砂過(guò)軟。

產(chǎn)生這些問(wèn)題的一般原因如下：

（1）箱帶的位置不當(dāng)，會(huì)妨礙某些凹陷部位的舂實(shí)，因而導(dǎo)致砂型局部過(guò)軟，引起脹砂或機(jī)械粘砂。

（2）因砂箱太小造成舂砂不實(shí)。

（3）箱帶位置不當(dāng)，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(shí)。又因該處必然造成熱量集中，使機(jī)械粘砂更為嚴(yán)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(gè)去掉。

（4）上箱過(guò)高。機(jī)械粘砂通常與型腔表面的抗?jié)B透能力及金屬液的靜壓力有關(guān)，金屬液壓力的大小，與金屬的密度和上箱高度有關(guān)。如從鑄件補(bǔ)縮需要出發(fā)，上箱應(yīng)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(tǒng)

（1）澆冒口的位置不當(dāng)導(dǎo)致砂型局部過(guò)熱，從而促使型腔表面過(guò)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：

第一，直澆道或冒口距型面過(guò)近，形成一個(gè)熱節(jié)區(qū)，這一熱節(jié)區(qū)的砂型如未舂實(shí)，則機(jī)械粘砂缺陷就會(huì)十分嚴(yán)重。

第二，在一定的型腔表面上流過(guò)的金屬液過(guò)多，會(huì)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(lái)流入的金屬液重熔，則粘砂就更為嚴(yán)重。

第三，在澆注時(shí)，凡能造成金屬液壓力過(guò)高的任何因素，均可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生機(jī)械粘砂。當(dāng)金屬液不僅壓力高，而且溫度也高時(shí)，情況尤為嚴(yán)重。

（2）直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道的截面積比例不當(dāng)，使金屬液在澆注時(shí)不斷受到氧化，增加了金屬氧化物的數(shù)量，并導(dǎo)致對(duì)型砂的助熔作用。在澆注過(guò)程中，澆注系統(tǒng)應(yīng)始終充滿金屬液，否則，在澆注系統(tǒng)中的任何部位均能使金屬液受到氧化。

（3）冒口頸尺寸過(guò)大，將造成其周圍型砂過(guò)熱，這是一個(gè)較為普遍的問(wèn)題。這一問(wèn)題常是由于冒口頸太長(zhǎng)引起的，為了使冒口頸中金屬液不致過(guò)早凝固，就不得不加大頸部尺寸。如果因?yàn)槊翱陬i設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致補(bǔ)縮不到，那么最好是縮短冒口頸，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(shè)計(jì)不當(dāng)，以致澆注時(shí)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(huì)引起機(jī)械粘砂。

5. 型砂

（1）原砂粒度分布不均勻，會(huì)造成砂型緊實(shí)度低，原砂的粒度分布對(duì)砂型的最大緊實(shí)度有直接影響。

（2）型砂的流動(dòng)性和成型性差。

（3）殼型砂上樹(shù)脂的覆膜太薄，會(huì)使型殼的局部強(qiáng)度降低和局部砂粒未被樹(shù)脂覆蓋，往往由于這種簡(jiǎn)單的原因，使鑄件發(fā)生機(jī)械粘砂。

（4）鑄型的透氣性過(guò)高，這是型砂顆粒太粗的另一種反映。透氣性和緊實(shí)度是相互影響的兩個(gè)因素。緊實(shí)度低則透氣性好，反之亦然。

（5）型砂中碳素材料或脫氧物質(zhì)不足，會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的金屬氧化物，使其濕潤(rùn)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(duì)產(chǎn)生機(jī)械粘砂有影響。

（2）砂芯未舂實(shí)，與砂型未舂實(shí)的性質(zhì)一樣，對(duì)機(jī)械粘砂有重大影響。

（3）砂芯表面粗糙或多孔，會(huì)引起機(jī)械粘砂。熔融金屬或金屬氧化物浸潤(rùn)了這種粗糙的或多孔的表面后就會(huì)滲入砂芯。

（4）砂芯在儲(chǔ)存期間吸濕。對(duì)砂芯來(lái)說(shuō)，水分過(guò)多更為麻煩。因?yàn)樯靶舅诌^(guò)多不易察覺(jué)。有的砂芯看上去是干的，但實(shí)際其水分仍然很高。

（5）砂芯在搬運(yùn)時(shí)操作不慎，或在涂料尚處于濕態(tài)時(shí)搬運(yùn)而導(dǎo)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(kāi)了一個(gè)出氣孔一樣，造成金屬液沸騰而產(chǎn)生機(jī)械粘砂。

（6）砂芯涂料浸入太淺，直接引起機(jī)械粘砂。

（7）砂芯涂料的高溫強(qiáng)度低。由于涂料中的粘土不足，或是溶劑太多，以致粘結(jié)劑含量減少，造成涂料高溫強(qiáng)度降低而引起機(jī)械粘砂。

（8）芯砂混制不良，使砂芯個(gè)別部位強(qiáng)度過(guò)低，在澆注時(shí)造成崩落，因而產(chǎn)生機(jī)械粘砂。

（9）砂芯清掃和修整不良時(shí)，會(huì)直接造成機(jī)械粘砂。對(duì)砂芯加強(qiáng)檢驗(yàn)，這類缺陷可以避免的。

（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(fā)生剝落與掉皮。

（11）芯盒不干凈，會(huì)使芯砂粘附在芯盒上，造成砂芯表面粗糙，就得不到具有致密表面層的優(yōu)質(zhì)砂芯。

7. 造型

（1）舂砂松軟和緊實(shí)度不均勻。在大多數(shù)情況下，舂砂緊實(shí)和緊實(shí)度均勻同樣重要。然而，有時(shí)緊實(shí)度不均勻比砂型整體松軟的危害更大。

（2）砂型修補(bǔ)不良。砂型修補(bǔ)面粗糙疏松，會(huì)引起機(jī)械粘砂；修型過(guò)度或修補(bǔ)部位水分過(guò)高，也會(huì)造成金屬液沸騰而引起機(jī)械粘砂。

（3）補(bǔ)砂不良的部位毛糙、疏松，會(huì)產(chǎn)生機(jī)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）脫模劑用量過(guò)多會(huì)削弱砂型表面強(qiáng)度，促成金屬液沸騰而產(chǎn)生鑄件機(jī)械粘砂。

（7）砂型涂料的波美度太低，涂料就會(huì)被砂型吸入，因而發(fā)生涂料掉皮、掉屑或剝落而造成機(jī)械粘砂。

（8）模樣表面覆蓋的面砂量不足，這是常見(jiàn)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(huì)使水分凝聚。水分能引起沸騰型機(jī)械粘砂，同時(shí)大幅增加氧化物的生成速度，隨后便會(huì)發(fā)生金屬氧化物的滲入。這是產(chǎn)生機(jī)械粘砂的一般原因，也是高壓造型產(chǎn)生機(jī)械粘砂的主要原因。

8. 金屬成分

（1）易于形成流動(dòng)性好的金屬氧化物，流動(dòng)性好的金屬比表面張力高或粘稠的金屬更容易引起機(jī)械粘砂。

（2）合金中含有低熔點(diǎn)成分，如鉛青銅中的鉛就容易引起機(jī)械粘砂。因?yàn)殂U比母體金屬溫度還低，很多時(shí)仍然處于流動(dòng)狀態(tài)。

（3）需要高溫澆注的合金。由于合金流動(dòng)性好，容易產(chǎn)生機(jī)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(jī)械粘砂的傾向。

9. 澆注

（1）澆注溫度過(guò)高時(shí)，不但會(huì)使金屬液流動(dòng)性提高，還會(huì)使金屬液迅速氧化，因而會(huì)加速氧化性機(jī)械粘砂的產(chǎn)生。

（2）澆包抬得過(guò)高與上箱過(guò)高一樣，會(huì)形成過(guò)高的金屬壓頭，促使金屬或金屬氧化物進(jìn)入砂型的孔隙中。