V法铸造铸件粘砂成因及对策

V 法铸造铸件粘砂成因及对策

合肥铸锻厂(安徽省合肥市230022)　崔明胜　吴友坤　单宝华　方世良

摘　要　根据铸件粘砂机理,从V 法铸造的成型特征的角度分析了V 法铸件的粘砂的原因。经长期生产实践的探索,总结出V 法铸件防止粘砂的有效措施。关键词:V 法铸造　机械粘砂　防止措施

R eason and Prevention Measures of Metal Penetration in V 2process

Cui Mingsheng Wu Y oukun Shan Baohua Fang Shiliang

(Hefei Casting and Forging Factory )

Abstract According to the mechanism of metal penetration and the technological process of vacuum sealed mould 2ing casting process.The reason of metal penetration is found out after long period of productive practic.K ey w ords :V 2process Metal penetration Prevention measure

V 法铸造具有设备投资少、简化工序、生产效率高、铸件尺寸准确、表面粗糙度低等优点。我厂应用V 法铸造技术生产叉车、挖掘机等工程机械平衡重类

铸件已有七年的历史,年产量达8000余吨,其中1/3出口日本、韩国等国,共有四十多个品种,重量从几十公斤到五吨多,材质均为HT150,做法基本参照日本TCM 公司工艺技术执行。总体而言,与原表干型铸造

相比,铸件质量得到大大提高,但粘砂问题相当严重,

尤以3t 叉车以上平衡重(铸件重量大于1800kg ,平均壁厚50mm 以上)为甚,严重粘砂缺陷率曾一度达50%,粘砂特征呈大面积均匀的片状,或出现在型腔面

膜受损贴补处,均属机械粘砂。大部分粘砂经强力抛丸可清除,但强力抛丸破坏铸件表面光洁度。经多年的分析认为除了有关铸件粘砂的共性因素外,与V 法铸造独特成型方法也有相当的关系。1　砂型特点与粘砂

V 法铸造与其它砂型铸造方法的显著区别在于

型砂中不加任何粘结剂或附加物,利用抽真空形成的压力差使密封在砂箱内的单一干砂紧实成型。使用单一干砂大大减少了型砂混制成本及设备投资,且可消除水、粘结剂及附加物所引起的铸造缺陷。但同时也为机械粘砂创造了条件:铸型中缺乏防止粘砂的气氛,型砂润湿角小,砂粒之间呈点接触,透气性增加,加之抽真空,几乎不存在铸型背压,造成铁水向型砂渗透的条件。另外,单一干砂铸型导热系数为0.293～0.377W/(m ·k ),而湿砂型导热系数为0.837W/(m ·k )左右,干砂的导热系数小得多,延长

了液态铁水在铸型中停留的时间,增加了铁水的渗透机会。

对于V 法铸造,单一干砂成型是其主要特征。要解决粘砂问题,除在其它方面采取措施外,并对原砂质量提出一定要求。就耐火度来说,铸铁件采用石英砂即可。型砂粒度的选择需要考虑充填流动性、铸件表面粗糙度及透气性与防止铁水渗透能力之间的关系。经生产验证选择的型砂规格为:石英砂

SiO 2≥94%,含泥量<0.5%,粒度3S75/150(○2□)。砂温<45℃,型砂容积紧实率(V 堆-V 型)/V 堆为

11%～13%(造型机振动台微振时间40～60s )。2　涂料的抗粘砂作用

211　V 法铸造涂料的作用和性能

V 法铸造的涂料是在填砂之前涂挂在成型面膜

上,其作用是防止粘砂和提高铸件表面质量及密封型面。由于V 法铸造工艺的特殊性,涂料防止粘砂功能显得尤为重要,应使用V 法专用涂料。涂挂方法有喷涂、刷涂,从生产效率及涂层均匀性考虑,我们采用以喷涂为主的方法。

对V 法涂料的性能要求主要有:良好的悬浮稳定性和触变性以利于涂挂和使涂层均匀,还要求其与面膜有足够的附着能力、较快的干燥速度、一定的常温和高温涂层强度及一定的涂层厚度。212　涂料的组成及应用效果21211　V 法涂料的基本组成

耐火骨料:为防止铁水渗透、提高涂料耐高温性能及利于喷枪喷涂,经多次试验遴选,使用石墨粉与

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81—V 法铸造铸件粘砂成因及对策

《铸造技术》2/1998

锆英粉的级配粉,粒度280～320目。溶剂:从生产效率角度出发,V法一般使用醇基快干涂料,溶剂使用甲醇、乙醇或甲醇和乙醇混合溶剂。粘结剂:由于V 法涂料是涂挂在面膜上,面膜一般使用EVA塑料薄膜,所以应选用与EVA面膜有较好吸附力的粘结剂,综合考虑附着能力与常温强度等性能,一般使用酚醛树脂作为粘结剂,为了改善涂料层的涂挂特性及与面膜的附着力,涂料中还应加入一些活性剂、润滑剂等附加物。另外,为形成防止粘砂的阻隔气氛,还可加入少量氧化铁粉。

从V法铸造技术的应用开始,涂料就作为我们试验研究的主要内容。几年来,试用了多家的商品涂料,并和厂家合作开发试验了多种配方,针对我厂的厚大铸铁件和喷涂技术要求,最后确定了涂料的配比,见表1。

表1　V法涂料配比% Tab.1　Prescription of coating

土状石墨片状

石墨

锆英

粉

膨润

土

氧化

铁

酚醛

树脂

硬脂

酸钙

0P～10

分散剂

PVB溶剂

4030302～34 1.2～1.4微量微量0.7适量21212　涂料的主要指标及应用效果

V法涂料的主要质量指标,见表2。一般铸件喷涂一遍即可,涂层厚度0.4～0.7mm;厚大件需喷涂两遍,涂层厚度0.6～1mm。应用实践证明,本涂料具有与EVA薄膜附着力大、不流淌、抗加砂冲击、抗铁水渗透能力的特点,是防止铸件粘砂效果最好的一种涂料,铸件表面粗糙度达到Ra6.3～12.5。

表2　V法涂料的主要质量指标　Tab.2　Main index of coating

粘度( 6mm)

s 密度

g/cm3

悬浮性(24h)

%

附着力

g

自干时间

(21℃),min

9～10 1.2～1.4>96>3002～3

3　真空度及薄膜性能与粘砂的关系

V法铸造抽空的作用是利用密封铸型的内外压力差使单一干砂紧固定型,保持铸型一定的强度和刚度。显然,真空度的控制及保持铸型的密封状态是V 法铸造的重要技术条件,也是与铸件粘砂缺陷密切相关的因素。

在生产中发现,真空度过小,铸型强度刚性差,砂粒相对松散,且面膜与型砂贴合不紧密,浇注时受到烘烤,皱起翻翘,铸件容易产生粘砂。真空度过大,由于强力的“抽吸”作用,使铁水渗透,也容易产生粘砂。在保证铸型足够刚度的前提下,真空度不宜太高,以负压定型后砂型的表面硬度在85～95时的真空度为宜。我厂一般确定真空度为0.035～0.05MPa。要使铸型内保持相对稳定的真空度并不容易,砂箱及系统管道的漏气、浇注时面膜的熔失及飞溅铁水对背膜的烧损,都使铸型内真空度产生很大波动。为了减少真空度的波动,可将砂箱箱壁做成两层并带有抽气室结构,且系统负压罐要有足够大的容积。

根据铸件的材质和结构大小,浇注铁水一段时间后将铸型真空度调小,也有助于减轻粘砂缺陷。因为此时调小真空度使铸型内有较多的气体含量,有助于铸型散热。

密封铸型的塑料薄膜,其背膜使用一般农膜即可。面膜要求能够热塑性成型,还要求在铁水的高温烘烤下能保持一定时限的铸型密封性,目前多使用EVA(乙烯2乙烯醋酸共聚物)。该塑料薄膜具有延伸率高、方向性小、热塑应力小、加热温度敏感性小、软化温度范围大的特点,厚度一般要求0.1mm左右,不得有夹杂、孔眼。面膜在覆膜、起膜过程中,尽量避免破损,减少胶带贴补,因为贴补的胶带受铁水烘烤易翘起,露出砂层。保证型腔面膜的完好,是维持铸型真空度和减轻铁水渗透的重要措施之一。4　浇注要求

V法铸型的表面贴覆着一层塑料薄膜,如何避免浇注时薄膜受铁水长时间烘烤及过早烧失破损。是浇注系统设计及浇注操作首先需注意的问题。浇注系统的设计原则是使铁水快速平稳充型。实践证明,为保证型腔内液面的平稳上升及防止铁水的喷射冲刷,宜采用底注半封闭式浇注系统,其比例为:内∶横∶直=1∶1.5～2∶1.1～1.3。浇注时还应注意,不得停顿流断,并尽量减少铁水飞溅对背膜的烧损。

另外,减少铁水中P、S含量,降低浇注温度,都能减轻铸件粘砂倾向。我厂3t以上叉车平衡重的浇注温度一般控制在1210～1260℃。

5　总结

单一干砂成型、薄膜密封铸型、铸型抽真空浇注是V法铸造的技术特征,同时也是V法铸件粘砂的重要成因。要解决V法铸件的粘砂缺陷,除了尽量降低浇注温度,选择有一定耐火度及适宜粒度分布的型砂,还要有合理的浇注系统、控制真空度的波动范围,及保证铸型的有效密封。此外,最有效的途径就是使用V法专用涂料。综合考虑采取上述措施,就可以避免或减轻V法铸件的粘砂缺陷,进一步显示出V法铸造技术的优势。

参考文献

1　贺良华1中国铸造装备与技术,1996(2),47

2　尚淑珍等1V法造型快干涂料的研究1沈阳铸造研究所,19901

3　沈定钊1铸造11994(2),32

4　昆明工学院主编1造型材料1云南人民出版社,19781

收稿日期1997—12—22

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V法铸造铸件粘砂成因及对策《铸造技术》2/1998