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跟型砂有关的铸造砂孔、渣孔缺陷怎样解决,怎样防治?

砂孔、渣孔缺陷

砂孔和渣孔通常统称为“砂眼?#20445;?#23427;是铸件上出现最频繁的表面缺陷。只有当孔眼较大,凭眼睛观察孔眼中夹杂物的色泽才有可能分辨出来是砂子还是渣子。虽然能够用扫描电子显微镜和能谱?#27835;?#35013;置进行判断,绝大多数工厂无此检验条件。以下将分别讨论砂孔和渣孔的来源和防止措施如下。

—— 砂孔 ——

砂孔的形成原因主要是由于造型的工艺和操作,以及型砂?#20998;?#19981;良造成的

1、芯头与芯座间隙

湿型铸造可以利用砂型的微弱变形能力,不必过多加大上砂型的砂芯座宽度,即可在合型时将砂芯头准确进入上型腔的芯座中。但有的铸造工厂中使用的合型定位销精度较差,或者仅为使用画泥号定位办法,如果预留间隙?#36824;?#22823;的,就会碰坏上型芯座使碎砂掉入型腔中。?#26434;?#23436;全机械化流水线,造型下芯后,用自动合型机扣箱,间隙应当等于造型和合型设备精度偏差之和。

有些铸件侧面凹凸不平,为了生产方便和降低生产成本尽量避免使用砂芯,而采用随形弯曲的分型面来形成铸件侧面不平的轮廓,就应考虑靠近铸件界面处形成弯曲不平分型面的砂台的侧面斜度。假设机器的合型精度为0.5mm,不平分型面的砂台侧面斜度45°,模板设计时上型和下型没有预留的间隙,合型?#22791;?#22788;型砂利用微弱的塑性可以稍许退让,预计不至于被挤坏。假如不平分型面的倾斜角接近80~90°,即使模板余留间隙为0.5mm也不能保证分型面的砂型不被挤坏。遇此情况,较好的解决方案是加大倾斜分型面的间隙。间隙的水平?#36739;?#23485;度应当大于机器的合型精度加上模板的尺寸偏差。浇注和落砂后再铲磨掉铸件的披缝。另外,砂型与模样接触处的夹角不可小于90o,避免砂型形成尖锐棱角。这是因为湿砂型的强度与树脂砂型相比小得多,在合型时湿砂型的尖棱角容易碰撞掉落,也很容易被浇入的金属液冲刷掉落而形成砂孔缺陷。

2、脱模剂的作用

湿型砂造型在模板上喷涂脱模剂就是用来消除湿型砂对模样或模板的附着力。手工造型时多半使用滑石粉为脱模剂,机器造型多用煤油或轻柴油或其它专用商品脱模剂喷涂模板。但是,?#36824;?#20351;用何种脱模剂,都要尽?#21487;?#29992;,而且分布均匀,避免低?#21363;?#23616;部堆积,以致脱模剂破坏砂型强度,诱发砂孔缺陷。另外,如果机器的起模机构不平稳,或模具状态不良,?#19981;?#20351;砂型产生裂纹。合型时受压就会有整块型砂脱落到型腔中,浇注时随金属液漂浮离开原来位置。如果从铸件上看到有“多肉”处,表明有一块砂子掉落,就应仔细查找砂孔究竟在铸件的何处。

3、手工挖掘浇注系统

手工开挖出来的?#38477;?#34920;面粗糙和坑凹不平。虽然经过抹刀修补和压平,砂子与砂型并未结合牢固。

受金属液冲刷就会被带走,成为铸件表面砂孔。应当采用浇注系统模样造型。

4、型砂?#20998;?/span>

湿砂型的强度和韧?#21592;?#20043;树脂砂型和水玻璃砂型相差极大,这是湿型砂容易产生砂孔的最根源。

A、湿型砂的强度

型砂的湿态强度不足,受高速流入金属液冲刷时,由内浇口直冲正对面砂型或砂芯,就会冲蚀成坑。凸台和棱角也有可能被冲碎混入金属液中。冲下的砂子将随金属流而去成为砂孔。有时砂孔不易发现,但由浇注系统和铸件上可以看到有多余的“肉?#20445;?#35813;处的砂?#32479;?#20026;砂孔中的砂子。为了防止浇口冲刷,应当将内浇口尽量设计成分散的或向铸件展开的喇叭形。也还要保证砂型有足够强度。各种造型方法不同,要求的型砂湿压强度也有区别。手工小件的型砂湿压强度至少应为60~85kPa;震?#22815;?#22120;造型的动作较猛,湿压强度应为80~100kPa;气动微震造型大多在100~140kPa;高密度造型(包括挤压、射压、静压、高压等)最好在140~180kPa。有些湿型在合型以前需要敞开砂型一段时间,应当注意型砂的风干强度。尤其是手工造型生产较大铸件时,需要较长时间修理砂型、开挖?#38477;溃?#25110;者等待下芯,以致型腔表面风干脱水而削弱表面强度。浇注时表面砂粒极易被金属液冲刷脱落而形成砂孔缺陷。由于湿砂型所含膨润土数量有限,形成的强度不高。含水量降低将大大损害砂型表面强度。因此,造型后应尽快合型。提高型砂?#22836;?#24178;能力的办法可以是加入a–淀粉或糊精0.5~1.0%左右。手工造面积较大的湿砂型时,修型后用喷雾器向被风干砂型表面均匀喷少量水后合型,也是防止砂孔的有效措施。

B、湿型砂的韧性

型砂不可太脆,应当具有一定的韧性。否则在起模、下芯、合型和运搬时砂型的棱角和吊砂受到冲击和震动容易碰碎或掉落而产生砂孔缺陷。但型砂韧性也不应太高,以免其流动性下降而影响砂型的紧实程度。工厂最常用破碎指数来测定湿型砂的韧性。我国几家铸造工厂的型砂破碎指数大多在70~90%之间。

C、优质膨润土和充?#21482;?#30722;

假定型砂的干湿程度(紧实率)处于最适宜状态,型砂的含泥量(包括有效膨润土、有效煤粉和无效的灰分)并未超额。则湿型砂的强度和韧性主要取决于:

(1)所用膨润土的?#20998;?#21644;数量:我国膨润?#37327;?#34255;非常丰富,但膨润土的?#20998;?#19981;一。用原砂与5%膨润?#33391;?#27700;,控?#24179;?#23454;率45±2%,混制待试型砂,检测型砂标准试样湿态抗压强度为判断膨润土湿态粘结力的最直接方法。优质膨润土的湿压强度可达90~110kPa,顶级膨润土可达110~145kPa。低档膨润土大约在50~70kPa。一般对铸件表面要求不很?#32454;?#30340;小件手工铸造工厂,可以选用中等级别的膨润土。但是大量成批生产铸造厂和机械化铸造工厂,尤其应当注意所购入膨润土的?#20998;省?#36873;用优质膨润土混砂的铸铁工厂单一砂加入量一般不超过混砂量的0.9%。

(2)混砂是否充分:国内很多工厂混砂时间?#29616;?#19981;足。原因是设计砂处理工部时采用的技术指标陈旧,是按照过去低密度造型、低强度型砂制定的。我国碾?#21482;?#30722;机生产工厂规定每批型砂的混砂周期(包括加料和卸料时间在内)只有2.60~2.70min。与日本丰田汽车公司上乡工厂的碾?#21482;?#30722;机混砂周期6min相比,差别甚巨。周期时间短就无法使膨润土的粘结力充分展开,混砂机的效率没有得到充分发挥。后果是型砂强度不足,韧性偏低,铸件砂孔缺陷多。如果旧砂中混有溃散的树脂砂芯,混碾时间不足的型砂显得发散和发脆,就更容易形成砂孔缺陷。

—— 渣孔 ——

按金属液中渣滓形成时间的先后,有两种不同的渣滓。2.2.1熔炼、处理的渣滓熔炼会产生炉渣,铁液的孕育、球化处理过程?#21482;?#22312;浇包中生成渣子,这些渣子等杂质不可避免漂浮在浇包金属液面上,有可能与金属液一同流入型腔内而形成渣孔缺陷(见图6)。

去除这些杂质的有效办法是在浇包的表面撒集渣剂,使杂质与半熔的集渣剂黏着在一起,即可用铁棍挑出或截阻。应用良好的集渣剂主要组成物是珍珠岩或火山灰。各地矿产的珍珠岩?#20998;?#19981;同,主要区别在于熔点和粘度不同。因此有的原料供应工厂还对采得珍珠岩矿石进行专门配制和加工,以使其适合不同金属液的出炉除渣处理温度。我国有些南方工厂习惯用?#38745;莼业?#20316;集渣剂。?#38745;?#28784;对金属液有保温作用,对飘浮的炉渣只有轻微激冷作用,集渣效果不良。北方有些小厂习惯在包中的金属液表面撒干砂当作集渣剂,虽然对漂浮的炉渣起一定的激冷作用,使渣子开始呈现凝结。但干砂完全不熔融,对炉渣的集渣作用极小。因而浇注时草灰、砂子和渣子都容易随金属液流入型腔中而成夹?#26377;?#32570;陷且往往与气孔相伴隨。除了使用集渣剂以外,还可在浇注系统中放入过滤网或过滤片,也可在横?#38477;?#35774;置集渣包,都能够更有效地防止渣和砂进入型腔中。

黑渣和石墨漂浮

金属液在浇包内去除或挡住渣滓后,进行浇注直到充型过?#35752;行?#25104;的渣滓。球墨铸铁形成的黑渣最为典型。当铁液液面降温过程中,开?#22841;?#25104;液态氧化渣膜,随着温度降低,渣膜量逐渐增加。继而产生固体渣。浇注进入型腔中固体渣漂浮在上型的上表面,成为黑渣缺陷。黑渣的化学成分主要由多种氧化物组成,例如有MgO、FeO、Al2O3、SiO2和稀?#35010;?#21270;物,其它还有Mg2SiO4以及MgS和稀土硫化物。为了防止球墨铸铁的黑渣缺陷,应当控制原铁液的含硫量,在浇包液面上撒集渣剂来避免铁液氧化,提高浇注温度不低于1350℃,浇注系统的设计应使铁液尽快和平稳流入型腔。球化处理完毕渣扒净后在浇包液面上撒冰晶石粉(Na3AlF6)。黑渣?#29616;?#26102;,型腔表面上或面砂中可以放冰晶石粉。因为冰晶石在1000℃以上成为溶液能溶解l2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Mn3O4等各种氧化物,成为除渣熔剂;其?#26800;?#20026;1011℃,分解出气体AlF3能保护铁液表面不被氧化。但冰晶石有毒,须慎用。

有时铸铁件上表面机械加工后出现成片的黑色斑痕。仔细观察或用放大镜检查可以看到在铁的基体上遍布着细小的黑色斑点和短条纹(见图8)。金相显微镜下为粗大石墨,检测其机械性能都较低。这种缺陷属于“石墨漂浮?#20445;子?#31216;为“黑斑”或?#23433;杂?#33050;?#34180;?#20027;要出现在铸件较厚大断面上,和铸铁的碳当量过高、浇注温度过高时。防止石墨漂浮的措施是加强炉料的选择和配比,适当增加炉料的?#32454;?#37327;,?#32454;?#25511;制铸铁的碳当量。


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