助晶箱蝸輪鑄件夾砂的原因及防止措施

海南省高級技工學校 程孔雄

助晶箱蝸輪鑄件夾砂的原因及防止措施

海南省高級技工學校 程孔雄

一、助晶箱蝸輪鑄件夾砂的原因

夾砂是鑄件的一種表面缺陷，它不僅影響鑄件的表面光潔度，而且會導致鑄件報廢。鑄件表面缺陷的表現是：在鑄件的表面有一層金屬瘤狀物或片狀物，而在金屬瘤、片和鑄件之間有一層型砂。當把金屬瘤狀物或片狀物和夾砂清除后，鑄件表面就顯現出不規則的凹坑，凹坑中有形狀不規則的凹陷凸起面，這就是我們鑄造車間用濕砂型生產糖廠助晶箱蝸輪鑄件經常出現的質量問題。造成此問題的原因有以下方面。

1. 型砂內在質量。在較長一段時間內，對夾砂的特征、部位及澆筑障礙等因素及造型過程中精密度、扎氣眼、出氣等情況分析認為：形成夾砂的主要原因是型砂的內在質量有問題。在濕型鑄造生產用的型砂內雖然加入了一定數量的膨脹土、煤粉等物質，這類物質在受熱時體積有收縮，但畢竟用量少，收縮作用不顯著，抵消不了型砂中的主要組成成分石英在高溫時的驟然膨脹，當澆筑過程中由于型砂的濕強度不夠，不足以抵抗膨脹面的松散而開裂時，在金屬液流的沖蝕作用下，極易產生夾砂。

2. 內部水分。濕型鑄造型砂中含有一定量的水分，其含量的多少，均勻程度如何，也是一個重要問題。尤其是在沒有對舊砂進行除塵的情況下，灰分卻占有了一定的水分。而這部分水分是有害的，灰分多直接影響型砂的濕強度。水分恰當與否，會影響鑄件的氣孔、機械黏砂和沖砂的缺陷，影響鑄件表面光潔度，嚴重時，可能使鑄件報廢。同時，也影響夾砂的形成，這是由于在澆筑過程中砂型型腔表面在高溫金屬液流的熱輻射作用及金屬液流的熱作用和沖蝕作用下形成了一層干砂，表面的水分急劇蒸發，并向內層擴散，凝聚在溫度低于100℃的砂型區域內，形成一高濕度層。這樣很快形成兩個強度層，表面層由于烘干強度增大，在表面層內水分凝聚區形成一高濕度、低熱強度層。高濕度層內的水分開始氣化，造成氣化膨脹壓力，此時熱的含水量高的膨潤土黏結力較小，使型砂的濕強度急速下降。由于氣化造成的膨脹壓應力會造成砂型表層有沿著水分凝聚區域脫離本體而拱起的可能性，這是造成表層膨脹變形的另一原因。此時有兩種可能性。

（1）型砂表層不會拱起而脫落本體。這時必須滿足下列條件：膨脹壓應力較小或熱拉強度足夠大，并很快被金屬液流覆蓋。這樣能防止表面的拱起和脫離本體，不會產生夾砂現象。

（2）當膨脹壓力較大或凝聚區的熱濕拉強度不夠時，在澆筑過程中又不能及時為金屬液流覆蓋，不能克服膨脹壓力所造成的表面拱起而脫離本體，在金屬液流的沖蝕下，就會產生鑄件的夾砂缺陷。

3. 型砂純潔度。從型砂方面分析的第3方面，就是型砂的純潔度問題，尤其是面砂。當混有各種雜質，如小煤塊，合脂油砂的碎塊以及易揮發的物質等時，在澆筑過程中將會產生不同的發氣量和膨脹狀態，破壞了砂型表面的完整，也會造成夾砂。

但是，認為型砂產生膨脹缺陷是造成夾砂缺陷的唯一依據，而不考慮其他工藝因素是不恰當的。例如：我們鑄造車間生產的助晶箱蝸輪鑄件夾砂的產生有時與澆筑工藝因素有一定關系，像澆筑速度對于砂型型腔金屬液流覆蓋速度的關系，迅速覆蓋砂型表面時，由于金屬液的壓力，可以防止、阻礙砂型表面的膨脹和局部脫落本體的作用。在實踐中我們觀察到蝸輪產生夾砂除型砂內在質量外還與澆筑時間過長有關，在澆口切線處的砂型凸臺處產生夾砂，同時沖砂也較多，其原因是，此處砂型經高溫鐵水的熱輻射作用和局部受金屬液流的沖蝕作用，而又不能很快為金屬液流所覆蓋。當然除此之外還有其他原因，但都不是主要原因。

二、防止助晶箱蝸輪鑄件夾砂的措施

1. 注重面砂的質量。在滿足不產生化學黏砂（即有足夠耐火度）的情況下，筆者所在車間使用的石英砂一般以原砂作主要材料。

2. 煤粉用量合理。面砂中煤粉應適當增加，高于通用砂。具體配比情況如表1所示。正常情況下，隨煤粉加入量的增加（不高于12%），熱濕拉強度有所提高，熱應力稍有下降，這樣就相應提高了型砂抗夾砂能力。

表1 面砂和通用砂成分配比

3. 型砂活化處理。為提高型砂濕強度，必須掌握好舊砂中有效碳酸鈉的含量。

4. 為防止產生夾砂，在其他工藝、操作上也應注意，造型緊實度應均勻。在車間條件下，下型一般硬度為80～90°，而上型硬度一般在70～85°為宜，砂型多扎出氣孔，深度最好扎到水分凝集區，使澆筑過程中產生的水蒸氣充分排出，在修型時應防止局部過硬。在工藝設計方面，選擇合理的進鐵部位，防止局部過熱并使金屬液流盡快平穩地覆蓋和充滿型腔，也是有效防止夾砂產生的措施。

綜上，在工藝水平、設備條件及習慣勢力等各方面條件不同的情況下，防止產生夾砂缺陷的措施也不同，但夾砂的產生機理是一樣的。對于不同鑄件的夾砂來說，都是由于砂型型面膨脹缺陷造成的。因此，在原料、工藝、操作方法上控制型砂的膨脹量，并使型砂濕強度抵抗這一膨脹量，不僅可以避免型面毀壞，又能在其他方面減少其促成砂型表層膨脹及裂紋條件，進而克服夾砂這種鑄造缺陷。