潮模砂工艺夹砂缺陷的产生及对策

潮模砂工艺夹砂缺陷的产生及对策
摘要：粘土湿型砂铸造生产中，由于铸件外部表面多由砂型形成，铁水直接与砂型接触，接触面大、温度高，所以夹砂缺陷成为粘土湿型砂铸造的主要缺陷之一
1夹砂缺陷介绍：夹砂的生成原因是原砂中石英受热相变膨胀，同时型砂的热湿强度较低造成的。

湿型砂在型腔表面收到浇入金属液的烘烤，表面型砂中的石英颗粒在573℃发生相变而剧烈膨胀，于此同时型砂表面的水分向内迁移形成高湿度、低热湿强度的凝聚层。

由于型砂的热湿剪强度不够阻止膨胀砂层的横向滑移，热湿拉强度也不够阻止砂层的拱出，因而金属液就有可能钻入拱起砂层里面而形成块状夹砂块。

[1]
沟槽状：如果金属液没有钻进拱起的砂层，就会使铸件表面形成沟槽状夹砂。

沟槽状夹砂大多发生在型腔上表面。

当型砂上表面受热烘烤时，砂型变面层能够自动拱起。

而在型砂下面，如果有金属液整体覆盖压紧，砂层就不会拱起形成夹砂缺陷。

块状：如果砂层开裂，金属液钻进拱起的砂层，则形成块状夹砂。

与通常的机械粘砂和化学粘砂不同之处是块状物并未与铸件本体完全连接，两者之间被一薄层型砂层相隔开。

用扁铲撬凿即可将块状物铲下来。

块状物背面有树枝状脉纹，这是金属液流入砂层间的通道。

如果在砂型表面不受阻碍的发生砂型开裂，则会出现块状夹砂。

如果这个砂层脱落，漂浮在金属液表面，最终会造成铸件结疤缺陷。

细条纹状：又叫鼠尾，在砂型的下表面有金属液流过而不能立即覆盖时，可能在液流的两侧出现型砂膨胀滑移，向外翘起露出尖锐的砂条，浇注后砂条的缝隙处呈现出细条毛刺状金属和浅沟。

2产生夹砂原因分析：粘土湿型砂铸造生产中，由于铸件外部表面多由砂型形成，铁水直接与砂型接触，接触面大、温度高，所以夹砂缺陷成为粘土湿型砂铸造的主要缺陷之一。

现在比较认可的认识有二方面，一是铁液进入砂型型腔后，型表面层的水分受高热影响反向型壁内迁移，在离型表面3-5mm处形成高含水带，该处由于水分的集中，具有膨胀压力及型强度降低较大，表面层（干燥）会鼓起或直至破裂而钻入铁水造成夹砂；二是型砂材料中的硅砂成分的受热膨胀而引起型腔表面层的鼓起或破裂造成夹砂。

下图1曲线为砂型表面水份及强度变化情况。

图 1砂型表层水份与强度分布
下图4中，比较详细地描述了型腔上平面产生夹砂的过程，并分别反映了夹砂深浅程度造成的不同缺陷现象。

以上的叙述中只强调了铁液的高温烘烤及造成的砂型膨胀，未涉及到铁液的冲刷及压力，实际上，夹砂缺陷的发生，砂型膨胀是开始
阶段，在膨胀发生后，铁液的压力及过流冲刷该处时，表层破裂发生的机率较大，这也是较大铸件浅沟槽类夹砂较少，而鼠尾及结疤类夹砂较多的主要原因。

（但应与冲砂区别开）
3夹砂缺陷发生的可能影响因素：
通过上面的分析，可确定其影响因素主要有：
表面层的拉强度：型砂在高温干燥状态时的强度表现取决于：膨润土的抗拉强度及失效温度、煤粉的焦化能力等影响其鼓起及破裂的因素；
高湿区的拉强度：常用热湿拉强度来近似模拟其强度，能吸收水分的
填加剂及膨润土的属性等都有影响；
型腔的退让性及柔韧性：主要影响是表面鼓起力及砂型脆性的因素，如型砂中软性填加剂数量、膨润土属性、有害杂物含量等；
型腔的透气能力：影响高湿区深度及水分凝结数量的因素，如粒度较细、粉末状物质多、集中度较低等；
水含量、砂型硬度及均匀性、砂温、铁水温度及冲刷时间等均是可能的影响因素。

4把上述的影响因素与实际生产的工艺要求联系起来，就是我们解决夹砂缺陷的基本思路：
膨润土的性能及含量：混砂时使用适量的优质钠基膨润土，能保证其热湿拉强度，并显着提高抗夹砂能力；
煤粉等软性材料的含量及性能：适量的煤粉，对夹砂有二个作用：一是提高砂型的退让性，分散减少砂型膨胀时的鼓起力；二是煤粉受高热时的焦化性，提高表层砂型的拉强度，以抵抗表层的鼓起力；
水的含量及性质：加入适量水分对粘结力的发挥是关键，但其受热迁移是引起夹砂的主要原因，必须严格控制；在使用活化钠基膨润土时，加入的水的性质要控制，不能用Mg等含量高的水，以免还原活化
旧砂的处理-旧砂应不断淘汰一部分，避免死灰含量过高及鲕化现象加重造成的砂型变脆，其对砂型的柔韧性影响较大；并要注意废芯砂的加入量的变化；
新砂的加入量-石英砂的热相变膨胀是砂型表层膨胀的力源之一，应严格控制新砂加入量，而旧砂由于已经反复加热，基本不膨胀。

型砂混制均匀性：混砂不均匀时，造出的砂型会有微小的分层现象，加大了型腔表面被破坏的可能；
透气性：透气性高时能显着提高水分迁移速度，能减少高湿区的膨胀力，适当提高透气性对提高抗夹砂能力有较大作用；
砂温的控制：有试验表明，旧砂温度在超过49℃时，水分散失加快，混出的型砂性能随时间的推移显着恶化；
浇注系统：浇冒口的引入位置，铁液充填顺序、砂型受烘烤时间、烧注时间与速度等均对型腔表面有较大影响，合理的浇冒口系统对减少夹砂缺陷的发生有较大的作用；
砂型硬度及均匀性：取决于造型时压力及压实时间，以及型砂的流动性等方面；应测定合理的砂型硬度以减少夹砂的发生；在砂型上增加提高其退让性及透气性的工艺设置，也是减少夹砂发生的思路之一；相关设备：影响型砂质量的砂处理的各种设备，影响造型质量的造型设备等需要保证其正常运转并性能稳定；其它如除尘设施等也有较大的影响。

另外，铸件的结构对其铸造工艺性影响较大，应根据不同的铸件结构确定合理的铸造工艺，以避免夹砂的发生。

5常用的防夹砂措施主要有：
适当加快浇注速度，使型腔内填充的铁液迅速建立起对干燥区的压力，使其不能隆起，夹砂缺陷就会减轻或消失；
内浇口设置避开易夹砂的部位，减少铁液对其的冲刷；
大平面尽量设置在型腔的下表面，让铁液尽快覆盖；
浇注大平面铸件时，采用倾斜浇注的方式，使铁水平稳填充型腔；在易夹砂部位人工扎钉子，减少表面干燥层的鼓起；
增加型砂的抗夹砂能力的措施：单独使用面砂、加纯碱（Na2CO3）活化型砂或调节酸碱度、加淀粉类有机物增加其热湿拉强度等；
在保证起模性的情况下，尽量减少水分的加入及控制死灰含量等；降低铁液的浇注温度，减少其对型腔的烘烤及冲刷力。

6我厂KW线生产件号中夹砂缺陷的原因及相应对策
目前的主要问题：
目前，二车间每小时型砂用量在一百吨左右，（静压线30多吨，KW线60多吨），平均吨/分钟，每天KW线循环三圈以上，静压线循环六圈以上，型砂循环次过多，带来了许多问题，如热砂现象，连续生产时，普通砂温在50℃以上，有时高达70 ℃以上，并且二条线生产的品种不同，打箱后的旧砂性能存在较大的区别，旧砂在进入砂处理线后，虽然除铁及除芯块砂块等还较有效，但由于中间砂库储存量已经普通很小，旧砂在砂处理线上停留时间不会达到二个小时，很快就进入混砂机，在这样的情况下，混好的型砂性能想稳定在较窄的范围，是有较大难度的。

并且还需要根据生产品种的变化，调整型砂性能，往往会出现检测结果不理想的情况；另外的影响因素表现在排尘效果上，多数设备的功能与性能已经不能满足高负荷的生产运行；这种系统性的问题，很难避免。

只能在关键辅料的加入量及主要检测参数作一下调整，导致KW线生产的卧浇类机（缸）体的铸造缺陷普遍很多。

目前对型砂及造型的主要控制手段：
A、旧砂的检测指标主要有：有效膨润土含量、有效煤粉含量、含泥量、粒度、集中性及死灰尘量；
B、型砂性能检测指标主要有：湿压强度、透气性、水分、热湿拉强度、紧实率，偶尔测流动性；
C、车间内部检测方面，主要是设备可靠性方面的内容，包括：定期测量膨润土添加量、煤粉（光洁剂）添加量、出型后的型腔壁硬度等；
D、砂处理线的各设备应用：磁选、除尘、降温设施、破碎、过滤等设备的正常运转；
E、混砂机的各工艺参数：辅料添加量、混砂时间等；
F、造型机的各工艺参数：压实比压、压实延时等。

目前KW线出产铸件夹砂缺陷发生的原因：
通过跟踪今年以来出现夹砂缺陷时的型砂性能情况，主要影响其产生夹砂缺陷的原因有如下突出的几个方面：
A、热砂现象：旧砂温度平均在55℃以上，造成型砂水分波动较大；
B、二条线回砂，旧砂性能波动大，各项检测指标明显乖离率较大；
C、二条线落砂床均为落后设备，芯砂块无法分离，进入旧砂后未烧透的树脂膜对型砂影响较大；
D、砂处理线除尘设备普遍较旧，效果不理想并且时好时坏，影响旧砂中死灰尘排出而破坏型砂性能；
E、其它方面如辅料中的膨润土及光洁剂等质量不稳定也影响较大；浇注工艺不成熟或存在不合理的地方等也是导致夹砂发生的部分原因。

目前对KW线出产铸件防止夹砂缺陷的措施：
1、尽量控制对型砂韧性有影响的因素波动，比如膨润土、煤粉等尽量向高量控制，而死灰尘等尽量低一些。

2、对不同产品，注重的控制指标区别对待，比如226B系列机体类，由于其下箱是近似大平面，型腔受热膨胀表现为受限膨胀类型，夹砂的产生对水分比较敏感，尽量低水分配砂；而如蓝擎缸体、T项目机体等则由于其表面拉筋较多，型腔被分成许多小块，受热后的膨胀表现为非受限膨胀类型，对水分不敏感，主要是影响韧性的因素影响大，如死灰含量等严格控制。

3、采用面砂及防夹砂钉的效果也比较好。

4、在单一砂中填加纯碱及淀粉也有一定效果，但由于用量大，会有一些反作用发生，实际应用中我们一般是注意控制用量且不连续使用。

参考文献
[1] 黄天佑等《粘土湿型砂及其质量控制》机械工业出版社。