GF氣沖造型線中型砂性能的控制

劉軍暉

（一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司，洛陽(yáng) 471003）

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GF氣沖造型線中型砂性能的控制

劉軍暉

（一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司，洛陽(yáng) 471003）

摘 要：GF氣沖造型線對(duì)型砂性能有很高的要求。本文分析氣沖造型過程中型砂水分、緊實(shí)率、濕壓強(qiáng)度以及含泥量等因素對(duì)不同產(chǎn)品的影響，總結(jié)GF造型線對(duì)型砂性能的要求及調(diào)整措施。

關(guān)鍵詞：氣沖造型 型砂性能 鑄件質(zhì)量 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

氣沖造型對(duì)型砂有著較高要求，如果不能使型砂的性能充分適應(yīng)具體的生產(chǎn)條件，或不能有效控制其穩(wěn)定性，將大大提高鑄造的廢品率，甚至超過傳統(tǒng)的手工造型和機(jī)械化造型。一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司20世紀(jì)90年代引進(jìn)瑞士GF氣沖造型線，砂箱尺寸900mm×700mm×350mm×2，主要生產(chǎn)飛輪、橋殼、動(dòng)力輸出殼體、上后蓋等一系列產(chǎn)品。受到工裝等因素的影響，箱重約在40kg。但是，生產(chǎn)品種較多，常生產(chǎn)品種200多種，每班1 000余箱，生產(chǎn)節(jié)奏和品種更換頻繁，有芯鑄件和無芯鑄件交叉生產(chǎn)，型砂性能調(diào)整頻繁。

針對(duì)型砂性能的控制，一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司遵循一套嚴(yán)格的程序，每班都要在造型主機(jī)處取樣進(jìn)行檢驗(yàn)。2014年11月，一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司新增一臺(tái)法迪爾克4000型混砂機(jī)以及雙盤冷卻等配套砂處理設(shè)備。隨著新的砂處理設(shè)備及在線檢測(cè)的使用，型砂性能的控制水平及穩(wěn)定性大大提高。化驗(yàn)室每班在造型機(jī)處取樣檢測(cè)，可以真實(shí)反映上線型砂的性能波動(dòng)。檢驗(yàn)批次如表1所示。

表1 型砂檢驗(yàn)頻次

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，型砂性能要根據(jù)當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品及回砂情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。氣沖造型基本原理是以一個(gè)瞬時(shí)的氣體沖擊波沖擊型砂而將鑄型緊實(shí)，見圖1。針對(duì)一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司生產(chǎn)的鑄件，對(duì)型砂性能也有其特定的要求。

圖1 氣沖原理圖

1 水分和緊實(shí)率

水分和緊實(shí)率是粘土砂氣沖造型的兩個(gè)重要參數(shù)，是GF氣沖造型質(zhì)量影響最大的因素。

理論上，氣沖造型應(yīng)嚴(yán)格控制型砂的水分含量。含水量過低，型砂濕壓強(qiáng)度高，但韌性差，不容易起模；含水量過多，型砂韌性好，但流動(dòng)性差，型砂硬度和濕壓強(qiáng)度低，容易引起氣孔、脹砂或夾砂，并且砂型質(zhì)量差，尤其是靠近砂箱處的砂型疏松，孔洞多，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。

緊實(shí)率的高低以及緊實(shí)率與水分的比例，能夠定性反映出型砂性能的優(yōu)劣和組成型砂的各組分是否超標(biāo)。在緊實(shí)率一定的條件下，若比值過低，則說明型砂中吸水灰粉可能太多，需及時(shí)補(bǔ)加新砂和檢查除塵系統(tǒng)是否暢通，以免出現(xiàn)氣孔類缺陷；若比值偏高，則可能是新砂加入量偏大，或大量潰散芯砂進(jìn)入型砂，從而使型砂含泥量下降，型砂吸水量降低。

一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司的型砂緊實(shí)率工藝范圍在32%～40%，緊實(shí)率與水分的比值一般在10～12。一般情況下，含泥量變化不大時(shí)，型砂緊實(shí)率越高，含水越高。在氣沖造型生產(chǎn)中，緊實(shí)率是最影響起模的因素。在一般情況下，混砂工都是根據(jù)緊實(shí)率進(jìn)行水分的調(diào)整，從而保證造型的順利進(jìn)行。通常，水分含量一般控制在3.0%～3.5%。由于GF氣沖造型的特點(diǎn)，氣沖時(shí)氣體由中間流向兩邊，造成砂箱中間的砂型具有很高的硬度，而靠近砂箱部位的砂型硬度明顯偏低，邊沿易疏松。而不同的產(chǎn)品需要的緊實(shí)率范圍也不相同。例如，生產(chǎn)的5153476/478制動(dòng)器殼體（見圖2、圖3），鑄件為圓盤結(jié)構(gòu)，起模深度大，一型倆件，鑄件外圓處吃砂量較小。如果型砂流動(dòng)性不好，很容易造成砂型的疏松、孔洞現(xiàn)象，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，這就要求優(yōu)先保證型砂的流動(dòng)性。型砂越干流動(dòng)性越好，緊實(shí)率控制在32～37之間可以獲得良好的砂型質(zhì)量。而對(duì)于型板布局吃砂量大或高度較低、平板類的鑄件及局部吊砂較多鑄件，則需要型砂具有一定的韌性，能抗衡起模一瞬間帶來的拉力。例如，一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司的JS100A-1702015上蓋、10JSD220-1702015后蓋等鑄件（見圖4、圖5）。為了保證砂型的起模性，緊實(shí)率在35～40之間，可以有效提高成型率。

圖2 5153476制動(dòng)器殼體型板圖

圖3 5153478制動(dòng)器殼體型板圖

圖4 JS100A-1702015-1C上蓋

圖5 10JSD220-1702015后蓋

2 透氣性

氣沖造型砂型緊實(shí)度高，對(duì)型砂的透氣性要求較高。由于一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司產(chǎn)品箱重多在30～40kg，透氣性要求并不嚴(yán)格，因此一般控制在140～160Pa，基本就可以保證鑄件不粘砂，同時(shí)保證砂型排氣效果。透氣性超過180Pa，對(duì)部分澆注溫度偏高的產(chǎn)品，就容易出現(xiàn)粘砂情況。而影響透氣性高低的關(guān)鍵因素是砂子粒度的大小。由于一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司型砂粒度要求為70/140目，而生產(chǎn)的芯砂粒度一般在50/100目。如果芯砂進(jìn)入系統(tǒng)較多，造成型砂粒度變粗，透氣性變大，粘砂傾向變大。為了保證型砂粒度穩(wěn)定，需根據(jù)透氣性高低，及時(shí)補(bǔ)加70/140或140/70目的細(xì)砂。在砂子顆粒穩(wěn)定的情況下，型砂中含泥量的多少對(duì)透氣性也有明顯影響。通過增減粉料的加入、調(diào)整除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)量大小等方法，可以有效調(diào)整型砂含泥量的多少，從而改善型砂的透氣性。

3 濕壓強(qiáng)度

濕型砂必須具備一定強(qiáng)度以承受各種外力的作用。如果型砂的濕壓強(qiáng)度過低，則制得的砂型強(qiáng)度和砂型硬度必然過低，鑄件易產(chǎn)生沖砂、掉砂缺陷，同時(shí)易造成鑄件外觀膨脹和內(nèi)部縮松，從而影響鑄件尺寸精度和致密性。但型砂濕壓強(qiáng)度也不能過高，因?yàn)檫^高的濕壓強(qiáng)度要求型砂中的有效膨潤(rùn)土含量較高，會(huì)降低型砂的流動(dòng)性。同時(shí)，這樣的型砂難以在混砂機(jī)中混勻，從而形成較多的砂豆，鑄件易產(chǎn)生氣孔。

對(duì)于GF氣沖造型來說，濕壓強(qiáng)度的指標(biāo)范圍相對(duì)較寬。一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司型砂濕壓強(qiáng)度工藝要求在0.13～0.17MPa之間。而對(duì)于直徑在800mm以上的大平面鑄件，如飛輪類鑄件（見圖6），砂型在鐵水澆注過程中表層水分蒸發(fā)，砂型變得發(fā)脆，且鑄件臺(tái)階邊沿較薄，易產(chǎn)生沖砂現(xiàn)象；而對(duì)于上后蓋產(chǎn)品，鑄件棱角部位、吊砂多，砂型起模時(shí)需要足夠的韌性，澆注時(shí)也必須有足夠的強(qiáng)度，以避免沖砂和夾砂現(xiàn)象，濕壓強(qiáng)度一般大于0.150MPa。同時(shí)，GF氣沖線節(jié)拍快，型砂的循環(huán)周期短，產(chǎn)品種類多，造成型砂中有效成分燒損量不一樣。而有芯鑄件和無芯鑄件交叉生產(chǎn)，隨著芯砂的沖入，加劇了回用砂的性能波動(dòng)，直接影響濕壓強(qiáng)度的變化。為了保證每種產(chǎn)品獲得合適的濕壓強(qiáng)度，僅靠砂處理設(shè)備預(yù)混仍顯不足，需針對(duì)不同的產(chǎn)品，根據(jù)落砂鑄件坭芯的大小、產(chǎn)品砂鐵比的變化等因素，提前進(jìn)行膨潤(rùn)土的補(bǔ)加調(diào)整。

圖6 飛輪模具圖

4 含泥量

泥分是指直徑小于20μm的細(xì)微顆粒。型砂中的泥分包括：（1）有效膨潤(rùn)土和有效煤粉；（2）粉塵材料；（3）燒損的粘土和煤粉及砂粒破碎而成的細(xì)粉。

含泥量過高，會(huì)使型砂含水量增高，透氣性下降，鑄件容易產(chǎn)生針孔、氣孔類缺陷。在濕壓強(qiáng)度不變的情況下，型砂的韌性和熱濕拉強(qiáng)度明顯降低，鑄件易產(chǎn)生砂孔類和夾砂類缺陷。含泥量過低，型砂中吸水灰粉太低，透氣性過高，這樣的型砂澆注的鑄件易表面粗糙，且這樣的型砂水分敏感性強(qiáng)，水分易蒸發(fā)，型砂易變干，型砂性能難以穩(wěn)定。

型砂含泥量過高，一般歸結(jié)于使用的原砂、膨潤(rùn)土和煤粉品質(zhì)不良，舊砂缺乏有效的除塵處理。型砂含泥量過低，一般是新砂加入量過大或舊砂中混入大量潰散芯砂。如果含泥量過高，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)各種原材料的選用和檢驗(yàn)，改善舊砂除塵裝置的工作效果。如果含泥量過低，就應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加粉料或?qū)⒊龎m系統(tǒng)的排出物部分返回砂系統(tǒng)中。

理想的含泥量為10%～13%，不應(yīng)大于14%和小于9%。一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司鑄件小，箱重低，砂鐵比大，燒損量小，膨潤(rùn)土及煤粉加入比例普遍較少，含泥量一般控制在11～12.5之間，吸藍(lán)量一般在80～83之間。如果當(dāng)班生產(chǎn)中芯砂進(jìn)入量大的班次，含泥量和有效的膨潤(rùn)土比例將急劇下降。如果膨潤(rùn)土和煤粉的加入量不能及時(shí)補(bǔ)充，型砂就顯得發(fā)脆，干濕難以掌握，不利于后續(xù)的型砂控制，嚴(yán)重的需要用好幾天的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。為了保證含泥量和吸入量的穩(wěn)定，在砂芯較多進(jìn)入砂系統(tǒng)前，就應(yīng)當(dāng)調(diào)整膨潤(rùn)土和煤粉的加入比例。

5 發(fā)氣量

型砂的發(fā)氣量間接反饋出型砂有效煤粉含量的多少。煤粉加入的意義重大，主要為防止鑄件表面粘砂缺陷，改善鑄件表面光潔度，同時(shí)起到減少夾砂缺陷，改善砂型潰散性能的作用；對(duì)于球鐵件，還能有效防止產(chǎn)生皮下氣孔。一拖（洛陽(yáng)）鑄造公司鑄件箱重小，煤粉加入量較小，發(fā)氣量一般控制在12.0～15.5mL/g。針對(duì)坭芯產(chǎn)品較多的生產(chǎn)批次，煤粉每碾加入量只需在正常水平提高1～2kg即可。大部分產(chǎn)品發(fā)氣量只要保證在12.0～14.0mL/g之間，就可以很好地控制鑄件粘砂現(xiàn)象，同時(shí)節(jié)約成本。而針對(duì)易粘砂或鐵砂比大的鑄件，發(fā)氣量不能低于14.0mL/g。

6 結(jié)論

GF氣沖造型對(duì)型砂的要求高。實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品種類越多，型砂性能調(diào)整的難度越大。型砂的調(diào)整需遵循著以下規(guī)律：

第一，不同結(jié)構(gòu)的鑄件，型砂的性能要求不相同，需有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整；

第二，粉料的加入對(duì)當(dāng)前型砂性能的影響具有滯后性，必須針對(duì)生產(chǎn)鑄件提前對(duì)粉料加入量進(jìn)行調(diào)整；

第三，型砂性能的控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工作，每項(xiàng)指標(biāo)的變化都將帶來其他指標(biāo)的變化。因此，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，把握產(chǎn)品的重點(diǎn)影響因素是型砂調(diào)整的基礎(chǔ)。

GF Type Air Impact Molding Sand Performance Control

LIU Junhui
（Yituo （Luoyang） Foundry Company， Luoyang 471003）

Abstract:GF air im pact molding line has very high requirements on the sand properties. Is analyzed in this paper on air impact molding process molding sand moisture， compactability， wet compression strength， effects of factors such as mud containing of different products， GF moulding line of molding sand performance requirements and the adjustment measures are summarized.

Key words:air impact moulding， sand properties， casting quality， product structure