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发动机缸体铸件粘砂原因及解决之道

所属分类:公司新闻    发布时间: 2020-03-31    作者:大连汉普匠新精密机械有限公司
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发动机缸体铸件很容易出现粘砂的地方是外模或型芯内的边缘,由于缸体铸件和小型铸件的几何结构影响,这里的金属在很长时间内都会保持液态,且这部分模型受热较高。该缺陷可能出现在使用砂模法(尤其是湿砂法)制造的所有铸件内,与材料无关,这是金属液和造型材料的成分发生物理或者化学作用的结果。
粘砂和渗透的紧密联系
导致焦砂(烧结)和粘砂的融解相是金属和造型材料反应的结果。铸件上的缺陷肉眼可见。想要清楚地区分渗透缺陷和粘砂缺陷是不可能的。粘砂往往出现在渗透和烧结之后。总之,即便未导致报废,粘砂也会明显增加所需的清洁工作。
形成成因
发生粘砂时,润湿应力受到影响,渗透压力(参见渗透)在当前金属静压力作用下降低,这明显加剧了铸件上的渗透。另一方面,在型腔内氧气和造型材料间孔隙的作用下,可能会因金属和造型材料间的反应出现形成硅酸盐层(粘砂)的融解相。
影响因素
根据以下反应流程,硅砂和粘土的溃散产物在高温下与金属氧化物(如FeO)反应并形成低熔点的正硅酸盐:
2Fe + O2 _ 2FeO
Al2 O3 · SiO2 + 4FeO _ 2(2FeO · SiO2) + Al2 O3
正硅酸铁
该过程中生成的铁氧化物能比金属铁更好地润湿造型材料,这增加了烧结和燃烧的可能性。通常,在金属和造型材料反应的过程中,可以预计中间层相的形成。这些相因反应对象成分的润湿性和反应活性不同而表现不同。前述金属蒸气的渗透增加了粘砂的可能。

下面以发动机缸体铸件为例 :

缸体

1.狭窄内腔部分的机械粘砂
某些缸体的水腔在缸筒之间设计有通水结构,有的通水结构窄而细,根据这种结构设计的砂芯拥有薄片结构,
四缸机水套有三处过水结构,跨度均为17mm,中间部分薄片的高度为80mm,厚度4mm;两侧两个薄片高度仅40mm,厚度3mm。
解剖检查该缸体铸件发现,过水结构在两侧高度40mm部位出现粘砂并伴随有缺口
2. 粘砂和缺口成因分析
出现缺口,是因为浇铸时水套芯薄片部位膨胀而产生压应力(挤压)和砂芯强度不足造成。
出现粘砂,是由于砂型变形和薄片部位砂粒排列不够致密造成的。图1中的薄片砂芯部位在射芯时由于模具内空间狭小,砂粒进入困难;而且狭小空间的表面积与体积比较大,热芯模具对覆膜砂加热迅速,覆膜砂固化早,流动性丧失快,导致填充砂粒困难,难以紧实。
3.解决粘砂措施
我们使用宝珠砂作为覆膜砂原砂,制作水套芯,理由如下:
3.1宝珠砂真密度较大,同直径同速率的砂粒在射芯时拥有的动能为硅砂砂粒的1.28倍,能提高砂芯致密程度。根据机械粘砂的渗透压公式:P=2δcosα/r(式中δ为金属液体表面张力,α为液体金属与铸型的润湿角,r为铸型孔隙半径),致密的砂芯的砂粒间孔隙半径r较小,能够抵抗粘砂。
3.2宝珠砂粒形圆整,可以提高覆膜砂流动性,射芯过程中砂粒阻力小,动能损失低,保证射芯填充效果,从而减小砂粒间孔隙半径r,抵抗粘砂。
3.3宝珠砂热膨胀低,降低高温时薄片砂芯承受的压力,提高该薄片砂芯高温时的稳定性。
3.4宝珠砂有较大的比热容,在体积相同的情况下,能够吸收铁水更多的热量,让铁水流动性减弱,更早结壳,从而抵抗粘砂。
4.措施实施效果
浇铸后检查发现消除了粘砂和缺口的问题。