阀体类铸件气孔缺陷的控制.pdf

铸 造 工程 F o u n d r y E n gi n e e ri n g 阀体类铸件气孑 L 缺 陷的控制 樊坚兴 广西柳工股份有限公司 铸造事业部铸铁厂 ，广西 柳 州 5 4 5 0 0 7 摘要 阀体 类铸件 内腔结构复杂，其 内腔油道 间和铸件表面不允许存在气孔缺 陷。分析 了阀体 类铸件产生 气孔缺 陷的原 因。通过在制芯、造型、熔炼、浇注工序 采取针对性措施 ，减少 了阀 体类铸件 的气孔缺 陷，对提 高整机品质和降低制造成本有积极 意义。 关键词气孔；砂芯；阀体 中图分类号T G 2 4 5 文献标识码 8 文章编号 1 6 7 3 3 3 2 0 2 0 1 O 0 6 0 0 3 2 0 3 Con t r ol of Ga s Po r osi t y i n Val v e Body Ca s t i n g Fa n Jian xi n g Gu a n g x i L i u g o n g Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， L i u z h o u 5 4 5 0 0 7 ， Gu a n g x i ， C h i n a Ab s t r a c t Th e r e a r e c o mp l e x c h a n n e l i n s i d e v a l v e b o d y a n d n o p o r o s i t y i s a l l o we d o n t h e s u r f a c e o f c h a n n e 1 ．Af t e r a n a l y s i s o f d e f e c t ，t h e p r o c e s s i mp r o v e me n t o n c o r e ma k i n g ， mo l d i n g ，me l t i n g a n d po u r i n g h a s b e e n a p pl i e d．The i mp r o v e m e n t h a s h e l p t o r e d uc e po r o s i t y de f e c t a nd c os t ． Ke y wo r d s p o r o s i ty； s a n d c o r e ； v a l v e b o d y 阀 体 类 铸 件 用 于 装 载 机 等 工 程 机 械 ，主 要 有分 配 阀 、流量 放 大 阀、抱 叉 阀 ，材 质 均为 HT 2 5 0 ，质 量1 6 ～5 2 k g ，年产量5 万件左右 。生 产工艺 砂芯 为覆膜砂射 芯，砂 型为呋喃树脂 自 硬砂造型 ，采用 中频 炉熔 炼 。综合废 品率 1 3 ％左 右 ，个别铸件 废品率高 时达2 0 ％以上 ，其 中8 5 ％ 为气 孔缺 陷 。气 孔缺 陷主要 出现在 出气 冒 口根 部 ，其孔洞较大 ，粗清去 除出气 冒口后很容易发 现 。位 于铸件 皮下的气 孔 ，加工后才 能发现 ；对 于铸件 内腔 的气孔，需要借助于 内窥镜检 查才 能 发现。 铸 件 品质 的好 坏 主 要 取 决于铸 造 的生产 过 程 ，如果过程质量控制得 当 ，铸件产生缺 陷的机 率 就会 减少 很 多 。 当铸 件 产 生缺 陷 时 ，应 从制 芯 、造 型 、熔 炼 、浇 注等 主 要 生产 过程 中 ，对 人 、机 、料 、法 、环 、测 等影响因素进行逐一分 析 ，以找到解 决问题 的突破 口。 1 制芯工序的控制措施 1 ． 1 覆膜 砂的发气量 一 般情况 下，在生产 阀体类铸件 时，希望使 用的覆膜砂发气量 越小越好 ，但覆膜砂 发气量越 低 ，其砂芯 的强度就越 差 。两方面性能都好 的覆 膜 砂 ，价格较贵 ，对 于大批量生产来说 ，成本较 高。根据 多年的生产经验 ，一般 使用 发气量 ≤2 0 mL ／ g ，抗拉 强度 ≥3 ． 0 MP a 的覆膜 砂 ，基本能够 满足常规 阀体铸件 的品质要求 。 1 ． 2 砂 芯的烘烤 为 了减 少铸 件气孔 ，对覆膜砂砂 芯的烘烤 作 出严格 的规 定 ，砂 芯在射 芯完 毕 ，上涂 料之前 ， 先进行一次预烘烤 ，以使砂芯厚大部位 内的覆膜 砂完全 固化 ，产 生的气体尽量散发 。对预烘完成 后 的砂 芯进 行修整 并上涂 料 ，让涂料 自然风干 。 风干后 的砂芯再进 行烘烤 ，烘烤工艺 为将温度 升 到 1 7 0 2 0 0℃，保温 1 ． 5 ～2 ． 5 h 薄芯 1 ． 5 h ，厚 芯 2 ． 5 h ，然后 出炉 空冷 。砂 芯烘干后 ，一般天 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 3 。 作者简介樊坚兴 1 9 8 1 一 ，男，助理工程师 ，主要从事铸造工 艺策划 ， 质 量 管理工作 。 1 2 j 2 。 。 年 第 6 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 气情 况下 放置超 过 4 8 h ，使 用前必 须进 行 回烘 ； 湿度 较大情况 下 ，超过 2 4 h 的砂 芯 ，使用前 也必 须进 行回烘 。回烘温度 为 1 7 0 2 0 0 ℃，保 温 1 h 左右 ， 以避 免砂芯 由于放置 时 间过长 而吸潮 ，使 铸件产生气孔缺 陷。 1 ． 3 砂芯 的排气 众所 周知 ，砂 芯排气 能力对铸件 气孔 的产 生 有 很大影 响 ，砂芯散 发 的气 体容 易排 出，铸件 产 生气 孔缺 陷的机率就 小 。多年来通 过用钻头 在 阀 体砂 芯 的中心部位或 厚大部 位钻孔 ， 以提 高砂芯 的排气能 力 。但 由于砂芯 的长度较 长 ，即使 用加 长 钻头 ，还是无法 在砂芯两 端形成 通孔 。这样砂 芯的排气 能力就大 打折扣 ，而且砂 芯采用 浸涂方 式上涂料 时 ，涂料 容易堆积 在排气 孔 中使 排气孔 堵塞 。为此需在 下芯配箱 前用细 铁棍疏通 每个 阀 体砂芯 的排气孔 ，从而增 加 了工人 的劳动强度 ， 工作效率 也低 。为解决这 一 问题 ，在芯 盒模具上 增设 了出气针 ，即合模前 将 出气 针放在 模具 的左 半模或 者右半模 中，射砂 后 出气 针就被 包含在砂 芯 中心 ，砂 芯脱模后 出气 针 随砂 芯带 出 ，拔去 出 气 针 后就 形 成 了排 气 孔 。设 计 的 出气 针 长 度 与 砂 芯长度 一致 ，使 形成 的排 气孔 贯穿整个砂 芯 中 心 ，这样砂 芯 的排气 能 力 欠大加 强 。经过对 比， 砂 芯增 加 出气 针后 ，铸 件 的气 孔 发 生 率减 少 近 6 0 ％。因此砂 芯两端排 气孔 是否形 成通孔 非常重 要，在设计和制造模具时应着重考虑 。 另外 ， 出气 针 在 设 计 、 使用 时应 注 意 以下 问题 ① 出气针 的直径大 小随砂 芯 的直径 大小而 定 ，要求 能够保证 砂芯 的整体 强度 ，不 能一味追 求排气孔 越大越好 ，避 免因砂 芯壁厚太 薄造成其 在制作过 程 中废 品率过 高 ，或浇 注 时铁 液穿透砂 芯进入排 气孔 内造成 内腔 结疤 。②增加 出气针 后 的砂芯 ，对于 内腔尺寸 要求高 的铸件 ，应解剖 后 进行尺 寸验证 ， 以检查砂 芯在 浇注后 是否发生 变 形 。 1 。 4 砂 芯 的使 用顺序要 求 根 据 多 年 的 生产 经验 ，在 砂 芯 的使 用 顺 序 上 做 了明确 的要求 ，要求先 制作 的砂芯先使 用 。 主 要是考 虑到砂芯上 水基涂 料并用粘 合胶进 行组 芯，上涂料 后如放 置时 间长 ，粘合胶 和涂料 的水 分挥 发后 ，砂芯使用 时产 生的气体 就减少 。一般 要 求砂 芯上 涂 料后 至少 放 置3 天 才能 烘烤 使用 。 2 0 0 9 年3 月份 ， 由于 操作 工违 反操 作规程 ，当天 组芯并上涂 料 的砂 芯 ，当天 流转使用 ，导致铸件 产 生批量 气孔报 废 ，当月废 品率 高达3 2 ％。生产 过程 中，为 了能更 好地 区分砂 芯制 作时间 ，要求 操 作工在砂 芯 的芯头部位或 工装架上 标注生产 日 期 ，烘烤 工按照先 生产先使 用 的原 则选择砂芯进 行烘烤 。 2造型工 序 的控 制措 施 经 过 对 铸 件 气 孔进 行 分 析 ， 阀体 铸件 产 生 的气孔大 部分为侵 入气孔 ，形状 多为圆形或偏 圆 形 。侵入气 孔发 生原理是浇注 时 由于金属液与铸 型之 间的热作用 ，使型 内的水分蒸 发、有机物燃 烧 或挥 发， 以及 金属液与铸 型发 生化学反应等 ， 在金属液 与铸 型界面上产 生大量气 体 。当气体排 出砂型 的速度 小于发气速 度时 ，气 体积累在 型腔 内产 生压力 ，压 力达到 一定值后 ，气体将侵入 金 属液中形 成气泡 ，冷却后形成气孔 。 造 型 工序 对 铸 件 产 生 气 孔 的 影 响 因素 主 要 有两个 方面 一是工 艺设计 的合 理性 ，砂 型排气 是 否 顺 畅 ；二 是 砂 型 的 烘干 程 度 。工 艺设 计 方 面 ，在 铸件本 体上设 置 出气 冒 口，芯头 部位 设置 出气孔 ，使型腔 中 的气体 能够顺利 排 出。再者 就 是加强砂 型 的烘烤 ，采用通 过式烘 干炉对砂 型进 行烘干 ，温 度为2 0 0 2 5 0 ℃，要求砂型在 炉 内停 留的时间不能 少于 1 5 mi n 。 由于采 用淋涂 的方 式 上涂料 ，涂 料容 易堆积在 出气 冒 口中 ，出气 冒口 较深 时，其 内部 不容易烘干 ，浇注 时铁液上 升至 出气 冒 口时 ，接 触到未烘 干 的涂料 会发生剧 烈的 反应 ，有 时铁液 会从 出气 冒口中喷 出，甚至 发生 炸箱 。经过跟踪 ，浇注 时如发生 此现象 ，铸件 多 数都会产 生气孔 。通过采 取 以下 措施进行 改进 ①在未淋 涂料 前 ，用木 塞子塞住 出气 冒 口，避免 淋涂 时涂料流进 出气 冒口中造成 涂料堆积 或烘不 干 。② 在 下芯 前 ，检 查 砂 型 内腔 ，如 发现 深 凹 部位 未烘干 ，用柴 油喷灯进行补 烘 ，烘干 后再下 芯 。③ 下芯完 成后 ，要求采用柴 油喷灯对 上型和 下 型再烘 烤一 次 ，烘 烤 时间一般 为3 0 s 左 右 。实 施 以上 的措施 后 ，浇 注时喷射 铁水现象 几乎没有 了，铸件气孔也明显减少 。 3熔炼 、浇 注工序 的控 制措 施 3 ． 1 熔炼 的控 制 为 了能够有 效减少气孔 产生 ，在 熔炼工序应 z 。 。 年 第 e 期I 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 主要控制 原材 料和熔炼 过程质 量 。原材料废 钢 、 生铁 、合金等 要求干燥 ，废钢 、生 铁无锈蚀 ，不 能掺杂其 它夹 杂物等 。我厂 曾经 由于压块钢 中掺 杂有铝 合金等 夹杂物 ，熔炼 时产生 大量 的熔 渣 ， 虽然 当时 已经 将熔渣 扒干净 ，但铸 件还 是 出现 了 大 量 的气 孔 ，其 孔 洞 较 小 ，大 部 分 都 是 加 工 后 才显现 出来 。熔炼过 程控制 方面 ，要求熔 炼温度 一 般在 1 4 8 0 ～ 1 5 0 0℃，规定全 部熔化 后至 少静 置 1 5 mi n 后方 能 出铁 ，以使 铁液 中的熔渣 能够 析 出、浮起 。 3 ． 2浇注 的控制 浇 注工序 主要控 制浇注温 度 ，阀体类 铸件要 求浇注温 度 1 3 3 0 ～1 3 9 0℃ 。经现场跟踪试验 ，一 包铁水浇注到后期，温 度低于 1 3 2 0℃的铁水 流动 性差 ，浇注 时铁液甚 至不 能够 冒出出气 冒口，这 种情况下，铸件产 生的气孔缺 陷明显增加 。 为 了改善此 问题 ，可适 当提 高浇注温 度 ，将 其控制在 1 3 7 5 ～1 4 0 5℃之 间。以前一包 铁水可 以 全 部浇注 阀体铸件 ，后来 改为浇 注工 根据铁 水温 度情 况 ，每 包铁 水先浇注 阀体铸 件 ，后面 冷铁 水 浇注其 它不重 要铸件 ，适 当减少浇 注 阀体铸件 的 箱数 ，并且规 定每包 铁水最后 一箱浇注 的铸件 不 能是 阀体类铸 件 。 由此消 除铁 水温度低 导致 出气 冒口无铁水的现象 ，铸件气孔也 明显减 少。 另外 ，铁 水包 的烘干度 也很重要 ，不 能使 用 未烘透 的铁 水包 。有 条件 的厂家可要 求在使用 浇 包 时必须先用铁水过包 ，这样效果会更好。 4 结 语 砂芯 的发气量大 、烘不 干 ，砂芯 的排气 能力 差 ，工艺设计 不合理 ，铁水 质量差 ，浇 注温度 低 等 都是导致铸 件产 生气孔 的主要 因素 。针对 以上 的影响 因素进 行改 善 ，注 重过程 、关注 细节 ，才 能 有效减 少铸件产 生气孔 的几率 。铸 造过程 是一 个 非常复杂 的生产 过程 ，从制芯 、造 型 、下芯 、 合 箱到熔炼 、浇注 ，每一 道工序都 必须要保 证其 工 序质量 ，只要有 某一个 工序 出现 了质量 问题 ， 都 会使铸 件产生缺 陷而报 废 。在进 行铸造 质量管 理 时 ，必须对每 一道工序 的过程质 量进行 控制 ， 才能保证得到好 的铸件 。 热加工 工艺 半月刊 创刊于 1 9 7 2 年 ，是 国家科委批准 出版 、国内外公开发行的全 国性热加工 科技杂志 ，涵 盖铸造 、锻压 、焊接 、金属材 料及热处理 、工业炉等工业领域 ，报道 国内外热 加工领域 的 先进科技成 果和技术应用报告 、企业 生产 及管理经验 、热加工行业技术信 息、设备采 购指南等。本 刊国 际标准刊号 I S S N 1 0 0 1 ． 3 8 1 4 ， 国内标准刊 号C N 6 1 1 1 3 3／T G。 热加 工工艺 半月刊 是全 国首批入选 的中文 核心期刊 ，是中国科技论文统计与分析用刊 ，被 国 内外十余种著名数据库检索 收录 。曾荣获全 国优秀 国防科技 期刊评 比一等奖，全 国优秀科技期刊评 比 二等奖；2 0 0 1 年光荣地入 选中国期刊方 阵 双 百期刊 ，从此迈入 了中国科技期刊的先进行列 。 热 加工工艺 半月干 U 主要读者对象 是铸造 、锻 压、焊接、金属材料及热处理 、工业炉、理化 检测等相关专业 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