GF氣沖造型線中型砂性能的控制

劉軍暉

（一拖（洛陽）鑄造公司，洛陽 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）鑄造公司，洛陽 471003）

摘 要：GF氣沖造型線對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、緊實率、濕壓強度以及含泥量等因素對不同產品的影響，總結GF造型線對型砂性能的要求及調整措施。

關鍵詞：氣沖造型 型砂性能 鑄件質量 產品結構

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

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

表1 型砂檢驗頻次

在實際生產過程中，型砂性能要根據當時生產的產品及回砂情況及時進行調整。氣沖造型基本原理是以一個瞬時的氣體沖擊波沖擊型砂而將鑄型緊實，見圖1。針對一拖（洛陽）鑄造公司生產的鑄件，對型砂性能也有其特定的要求。

圖1 氣沖原理圖

1 水分和緊實率

水分和緊實率是粘土砂氣沖造型的兩個重要參數，是GF氣沖造型質量影響最大的因素。

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

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

一拖（洛陽）鑄造公司的型砂緊實率工藝范圍在32%～40%，緊實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，型砂緊實率越高，含水越高。在氣沖造型生產中，緊實率是最影響起模的因素。在一般情況下，混砂工都是根據緊實率進行水分的調整，從而保證造型的順利進行。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，氣沖時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。而不同的產品需要的緊實率范圍也不相同。例如，生產的5153476/478制動器殼體（見圖2、圖3），鑄件為圓盤結構，起模深度大，一型倆件，鑄件外圓處吃砂量較小。如果型砂流動性不好，很容易造成砂型的疏松、孔洞現象，直接影響產品質量。因此，這就要求優先保證型砂的流動性。型砂越干流動性越好，緊實率控制在32～37之間可以獲得良好的砂型質量。而對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）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，緊實率在35～40之間，可以有效提高成型率。

圖2 5153476制動器殼體型板圖

圖3 5153478制動器殼體型板圖

圖4 JS100A-1702015-1C上蓋

圖5 10JSD220-1702015后蓋

2 透氣性

氣沖造型砂型緊實度高，對型砂的透氣性要求較高。由于一拖（洛陽）鑄造公司產品箱重多在30～40kg，透氣性要求并不嚴格，因此一般控制在140～160Pa，基本就可以保證鑄件不粘砂，同時保證砂型排氣效果。透氣性超過180Pa，對部分澆注溫度偏高的產品，就容易出現粘砂情況。而影響透氣性高低的關鍵因素是砂子粒度的大小。由于一拖（洛陽）鑄造公司型砂粒度要求為70/140目，而生產的芯砂粒度一般在50/100目。如果芯砂進入系統較多，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定，需根據透氣性高低，及時補加70/140或140/70目的細砂。在砂子顆粒穩定的情況下，型砂中含泥量的多少對透氣性也有明顯影響。通過增減粉料的加入、調整除塵風機風量大小等方法，可以有效調整型砂含泥量的多少，從而改善型砂的透氣性。

3 濕壓強度

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

對于GF氣沖造型來說，濕壓強度的指標范圍相對較寬。一拖（洛陽）鑄造公司型砂濕壓強度工藝要求在0.13～0.17MPa之間。而對于直徑在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，砂型變得發脆，且鑄件臺階邊沿較薄，易產生沖砂現象；而對于上后蓋產品，鑄件棱角部位、吊砂多，砂型起模時需要足夠的韌性，澆注時也必須有足夠的強度，以避免沖砂和夾砂現象，濕壓強度一般大于0.150MPa。同時，GF氣沖線節拍快，型砂的循環周期短，產品種類多，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，隨著芯砂的沖入，加劇了回用砂的性能波動，直接影響濕壓強度的變化。為了保證每種產品獲得合適的濕壓強度，僅靠砂處理設備預混仍顯不足，需針對不同的產品，根據落砂鑄件坭芯的大小、產品砂鐵比的變化等因素，提前進行膨潤土的補加調整。

圖6 飛輪模具圖

4 含泥量

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

含泥量過高，會使型砂含水量增高，透氣性下降，鑄件容易產生針孔、氣孔類缺陷。在濕壓強度不變的情況下，型砂的韌性和熱濕拉強度明顯降低，鑄件易產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，水分易蒸發，型砂易變干，型砂性能難以穩定。

型砂含泥量過高，一般歸結于使用的原砂、膨潤土和煤粉品質不良，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，應當加強各種原材料的選用和檢驗，改善舊砂除塵裝置的工作效果。如果含泥量過低，就應及時補加粉料或將除塵系統的排出物部分返回砂系統中。

理想的含泥量為10%～13%，不應大于14%和小于9%。一拖（洛陽）鑄造公司鑄件小，箱重低，砂鐵比大，燒損量小，膨潤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，吸藍量一般在80～83之間。如果當班生產中芯砂進入量大的班次，含泥量和有效的膨潤土比例將急劇下降。如果膨潤土和煤粉的加入量不能及時補充，型砂就顯得發脆，干濕難以掌握，不利于后續的型砂控制，嚴重的需要用好幾天的時間進行調整。為了保證含泥量和吸入量的穩定，在砂芯較多進入砂系統前，就應當調整膨潤土和煤粉的加入比例。

5 發氣量

型砂的發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，同時起到減少夾砂缺陷，改善砂型潰散性能的作用；對于球鐵件，還能有效防止產生皮下氣孔。一拖（洛陽）鑄造公司鑄件箱重小，煤粉加入量較小，發氣量一般控制在12.0～15.5mL/g。針對坭芯產品較多的生產批次，煤粉每碾加入量只需在正常水平提高1～2kg即可。大部分產品發氣量只要保證在12.0～14.0mL/g之間，就可以很好地控制鑄件粘砂現象，同時節約成本。而針對易粘砂或鐵砂比大的鑄件，發氣量不能低于14.0mL/g。

6 結論

GF氣沖造型對型砂的要求高。實際生產的產品種類越多，型砂性能調整的難度越大。型砂的調整需遵循著以下規律：

第一，不同結構的鑄件，型砂的性能要求不相同，需有針對性地進行調整；

第二，粉料的加入對當前型砂性能的影響具有滯后性，必須針對生產鑄件提前對粉料加入量進行調整；

第三，型砂性能的控制是一項系統工作，每項指標的變化都將帶來其他指標的變化。因此，結合實際生產情況，把握產品的重點影響因素是型砂調整的基礎。

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