大型復(fù)雜鑄件砂芯排氣工藝探討

畢海香，楊恒遠(yuǎn)，于建忠，盧彬彬，李永剛

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261108）

澆注時(shí)砂芯的部分表面被液態(tài)金屬包圍，砂芯在高溫鐵水的作用下，由于水分蒸發(fā)及有機(jī)物揮發(fā)、分解和燃燒，在澆注后很短時(shí)間內(nèi)會產(chǎn)生大量氣體[1]。隨著氣體膨脹，氣體量增加和氣體溫度的升高，會形成很大的氣體壓力。如果排氣通道不暢通，氣體來不及全部逸出，一部分氣體就有可能侵入金屬液中，形成氣孔類鑄造缺陷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢[2]。所以解決砂芯排氣問題是鑄造工藝設(shè)計(jì)以及鑄件質(zhì)量提升過程中的重點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。

1　傳統(tǒng)砂芯排氣方式及局限性

在澆注過程中，為使砂芯中的氣體能順利而迅速地從芯頭排出，砂芯中必須留有通氣孔道。目前生產(chǎn)過程中主要有以下幾種砂芯排氣方式：

（1）大尺寸砂芯在芯盒內(nèi)設(shè)置掏空塊。但受砂芯結(jié)構(gòu)以及芯盒開模方式等所限，設(shè)置局限性大。掏空塊尺寸大，影響周圍芯砂的緊實(shí)度以及吃砂量；掏空塊尺寸小，砂芯排氣性、退讓性差，效果不理想。

（2）對于長條砂芯在芯盒內(nèi)設(shè)置排氣針。但對芯盒結(jié)構(gòu)要求較高，有弧度或拐角的地方難以做成整體排氣針；做成分段排氣針時(shí)，不能保證排氣針相互連接，形成完整的排氣通道。

（3）對于細(xì)薄且形狀復(fù)雜的砂芯，制芯時(shí)在芯盒內(nèi)預(yù)埋蠟線、泡沫塑料等介質(zhì)。排氣介質(zhì)在澆注過程中受熱快速氣化，形成砂芯中的排氣通道[3]。但為了將砂芯中的氣體引至型外，還需要在外型上預(yù)埋泡沫塑料以及排氣棒，同時(shí)還需要在上型對應(yīng)位置手工鉆孔從而形成向外的排氣通道，操作繁瑣。

（4）采用手工電鉆增加排氣孔準(zhǔn)確度難以保證，可能會鉆偏導(dǎo)致砂芯報(bào)廢。對于多層砂芯累加的鑄件，也不能保證上下層砂芯的排氣通道能完全對準(zhǔn)。

2　我廠當(dāng)前砂芯排氣工藝

近年來，我廠的大型鑄件較多，如大機(jī)系列機(jī)體、前后蓋等內(nèi)腔復(fù)雜鑄件，而且都是樹脂自硬砂手工制芯方式。在生產(chǎn)過程中解決砂芯排氣問題主要通過制芯時(shí)在芯盒內(nèi)放置芯骨，芯骨上纏繞通氣繩，如圖1所示。但效果不理想，鑄件表面的氣孔類缺陷較多，即使采取了傾斜澆注、提高澆注溫度等措施也無法徹底解決。分析其原因?yàn)椋荷靶局须m然預(yù)埋了通氣繩，但砂芯固化后通氣繩極易被芯砂壓緊壓扁，排氣效果將會大大減弱。另外，砂芯中產(chǎn)生的氣體沒有合適通道排至型外，大部分還滯留在型腔內(nèi)，在澆注過程中容易和鐵水接觸從而造成氣孔以及其它鑄造缺陷。

圖1　預(yù)埋通氣繩

圖2　金屬軟管實(shí)物圖

圖3　制芯過程1－1#金屬軟管 2－下芯盒 3－分芯面 4－上芯盒 5－填砂口

圖4　芯盒內(nèi)金屬軟管圖示

圖5　研箱過程1－1#金屬軟管 5－砂芯 6－下砂型 6.1－排氣槽 7－2#金屬軟管

3　砂芯排氣新工藝

砂芯排氣新工藝就是砂芯中預(yù)埋金屬軟管，芯頭處再連接金屬軟管引至鑄型外，形成一條由內(nèi)向外的完整通暢的排氣通道。

圖2為金屬軟管實(shí)物圖，有不同的規(guī)格尺寸。金屬管為柔性管，制作砂芯時(shí)可隨芯盒的形狀彎曲，不受芯盒結(jié)構(gòu)限制，適用性強(qiáng)。同時(shí)金屬軟管由帶狀金屬螺旋纏繞形成的，其一環(huán)與一環(huán)之間有間隙，管壁具有透氣性。在阻隔芯砂進(jìn)入金屬管腔的同時(shí)，砂芯中產(chǎn)生的氣體可以通過管壁間隙進(jìn)入金屬軟管由中間通道排出。

砂芯排氣新工藝主要涉及制芯過程和研箱過程，詳見圖3、5。具體步驟如下：

（1）制芯過程如圖3所示：首先在下芯盒中填砂，當(dāng)芯砂到達(dá)上下芯盒分芯面附近時(shí)放置1#金屬軟管，注意1#金屬軟管的一頭要緊貼下芯盒中芯頭側(cè)壁。然后合上上芯盒，從上芯盒的填砂口繼續(xù)填砂緊實(shí)。固化好后取出砂芯，從砂芯芯頭處可以看到1#金屬軟管1。圖4為某芯盒中金屬軟管實(shí)物圖示，確保其一端放置在芯頭端壁處。

（2）研箱過程如圖5所示：從砂芯芯頭處接2#金屬軟管，其中2#金屬軟管比1#金屬軟管的直徑稍小點(diǎn)，確保2#金屬軟管可以插到1#金屬軟管中間通道內(nèi)，防止2#金屬軟管掉落。2#金屬軟管的其余部分隨形放置在下鑄型側(cè)壁的凹槽內(nèi)，2#金屬軟管的另外一頭引到型外，并用芯砂/型砂填平。圖6為現(xiàn)場研箱過程，芯頭處連接金屬軟管引至型外。

利用金屬軟管形成砂芯排氣通道的新工藝尤其適用于（1）無上芯頭的砂芯，其無法通過上芯頭從上型排氣；（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者有薄弱結(jié)構(gòu)的長砂芯。目前我廠采取金屬軟管排氣新工藝有效解決了前后蓋、中冷器殼體等內(nèi)腔復(fù)雜鑄件的嗆孔缺陷。

圖6　芯頭處接金屬軟管引至型外

4　結(jié)論

采取金屬軟管來解決砂芯排氣的新工藝，操作靈活方便，無需考慮芯盒結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。金屬軟管具有耐壓性，保證了砂芯中產(chǎn)生的氣體能沿著金屬軟管的中間通道排出。研箱時(shí)從芯頭處再連接金屬軟管引到型外，形成一條由內(nèi)向外的完整通道，確保砂芯中產(chǎn)生的氣體能順利排到型外，避免氣體滯留在型腔內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造工藝[M].第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:181.

[2]畢海香，楊恒遠(yuǎn)，盧彬彬，等.高牌號灰鐵前端箱體質(zhì)量提升[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2017（6）：44-47.

[3]何春華,林海強(qiáng),崔煒,等.大型鑄件砂芯的排氣措施[J].鑄造,2013,62（1）:73-74.