機(jī)械粘砂又稱為金屬液滲透粘砂，是由液態(tài)金屬或金屬氧化物通過毛細(xì)管滲透或氣相滲透方式鉆入型腔表面砂粒間隙，在鑄件表面形成的金屬和砂粒機(jī)械混合的粘附層。清鏟粘砂層時(shí)可見金屬光澤。機(jī)械粘砂表面呈海綿狀，牢固地粘附在鑄件表面，多發(fā)生在砂型和砂芯表面受熱作用強(qiáng)烈及砂型緊實(shí)度低的部位，如澆冒口附近、鑄件厚大截面、內(nèi)角和凹槽處。
機(jī)械粘砂不僅影響鑄造鑄件的外觀質(zhì)量，甚至引起報(bào)廢，因此對(duì)鑄件的機(jī)械粘砂引起足夠的重視，以提高產(chǎn)品成品率。筆者結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并參閱有關(guān)資料，談?wù)勮T件機(jī)械粘砂的產(chǎn)生原因及其防止措施。
1、鑄件和模樣設(shè)計(jì)
如果鑄件和模樣的結(jié)構(gòu)會(huì)使砂型具有尖角、懸伸或突出的形狀，或具有扁薄的砂臺(tái)或砂芯，則這種設(shè)計(jì)會(huì)機(jī)械粘砂產(chǎn)生。因?yàn)檫@類結(jié)構(gòu)的鑄件會(huì)使砂型、砂芯局部熱量集中，其正常的性能受到破壞，砂型、砂芯表面提前潰散，熔融金屬或金屬氧化物易于滲入而產(chǎn)生機(jī)械粘砂。對(duì)此，可在熱量集中的部位采用砂型，如鋯砂或橄欖石砂，以提高其長時(shí)間受熱或受高溫輻照的能力。
2、模樣
(1)模樣的工藝設(shè)計(jì)不良，使砂型舂不緊實(shí)或緊實(shí)度不勻，會(huì)造成型腔表面粗糙或疏松，對(duì)產(chǎn)生機(jī)械粘砂有直接影響。模樣的工藝設(shè)計(jì)常出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：
一是分模面選擇不當(dāng)，致使上型過高，或在砂型中形成很深的型腔。
二是模樣在模底板上的位置布置不當(dāng)，使凹陷處難于舂實(shí)，這可能是由于模樣距箱壁太近，或模樣排列過密所致。由于模樣排列過于擁擠，會(huì)引起鑄件產(chǎn)生脹砂，即使沒有明顯的脹砂，也會(huì)發(fā)生機(jī)械粘砂。由于產(chǎn)生缺陷的根源相同，機(jī)械粘砂和脹砂會(huì)出現(xiàn)在同一個(gè)鑄件上。
三是直澆道、冒口和橫澆道的位置布置不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)不易舂實(shí)的凹陷部位，這與澆冒口系統(tǒng)的布局有關(guān)。
四是起模斜度<1.5°時(shí)，即使整個(gè)砂型的緊實(shí)度合適，也會(huì)使砂型表面撕裂，易于使金屬或金屬氧化物滲入。
(2)模樣的工藝結(jié)構(gòu)不良，導(dǎo)致金屬液靜壓力過高。由于靜壓力的增高，砂型的負(fù)荷也就加重，因此需要采用砂型或更緊實(shí)的造型方法，以抵擋金屬液對(duì)砂型的滲透壓力。
3、砂箱
砂箱的設(shè)計(jì)及構(gòu)造不合理，致使砂型緊實(shí)度不勻或舂砂過軟。
產(chǎn)生這些問題的一般原因如下：
(1)箱帶的位置不當(dāng)，妨礙某些凹陷部位的舂實(shí)，因而導(dǎo)致砂型局部過軟，引起脹砂或機(jī)械粘砂。
(2)因砂箱太小造成舂砂不實(shí)。
(3)箱帶位置不當(dāng)，使直澆道和冒口不能放在合適的位置上，以致冒口或直澆道與模樣間的型砂舂不緊實(shí)。又因該處必然造成熱量集中，使機(jī)械粘砂更為嚴(yán)重。因此，如直澆道或冒口的位置不能改變，則須將箱帶割去一塊或整個(gè)去掉。
(4)上箱過高。機(jī)械粘砂通常與型腔表面的抗?jié)B透能力及金屬液的靜壓力有關(guān)，金屬液壓力的大小，與金屬的密度和上箱高度有關(guān)。如從鑄件補(bǔ)縮需要出發(fā)，上箱應(yīng)有高度。
4、澆冒口系統(tǒng)
(1)澆冒口的位置不當(dāng)導(dǎo)致砂型局部過熱，從而促使型腔表面過早毀壞，金屬液或在高溫下形成的金屬氧化物就更容易滲入型腔表面。
這類情況較典型的例子有下列幾種:
一，直澆道或冒口距型面過近，形成一個(gè)熱節(jié)區(qū)，這一熱節(jié)區(qū)的砂型如未舂實(shí)，則機(jī)械粘砂缺陷就會(huì)十分嚴(yán)重。
二，在型腔表面過的金屬液過多，會(huì)把型面加熱到足以毀壞的程度。如果型腔中初期凝固的硬殼被后來流入的金屬液重熔，則粘砂就更為嚴(yán)重。
三，在澆注時(shí)，凡能造成金屬液壓力過高的任何因素，均可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生機(jī)械粘砂。當(dāng)金屬液不僅壓力高，而且溫度也高時(shí)，情況尤為嚴(yán)重。
(2)直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道的截面比例不當(dāng)，使金屬液在澆注時(shí)不斷受到氧化，增加了金屬氧化物的數(shù)量，并導(dǎo)致對(duì)型砂的助熔作用。在澆注過程中，澆注系統(tǒng)應(yīng)始終充滿金屬液，否則，在澆注系統(tǒng)中的任何部位均能使金屬液受到氧化。
(3)冒口頸尺寸過大，將造成其周圍型砂過熱，這是一個(gè)較為普遍的問題。這一問題常是由于冒口頸太長引起的，為了使冒口頸中金屬液不致過早凝固，就不得不加大頸部尺寸。如果因?yàn)槊翱陬i設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致補(bǔ)縮不到，那么是縮短冒口頸，以防止凝固，而不是加大其尺寸。尺寸較小的冒口頸，可以減少砂型受熱。
(4)澆口杯或直澆道設(shè)計(jì)不當(dāng)，以致澆注時(shí)卷入空氣造成金屬液氧化，這通常是由于湍流引起的，隨著金屬液表面氧化膜的不斷積累會(huì)引起機(jī)械粘砂。
5、型砂
(1)原砂粒度分布不均勻，會(huì)造成砂型緊實(shí)度低，原砂的粒度分布對(duì)砂型緊實(shí)度有直接影響。
(2)型砂的流動(dòng)性和成型性差。
(3)殼型砂上樹脂的覆膜太薄，會(huì)使型殼的局部強(qiáng)度降低和局部砂粒未被樹脂覆蓋，往往由于這種簡單的原因，使鑄件發(fā)生機(jī)械粘砂。
(4)型砂中碳素材料或脫氧物質(zhì)不足，會(huì)產(chǎn)生過多的金屬氧化物，使氧化物濕潤砂粒而易于滲入。
6、制芯
(1)未刷涂料砂芯的砂粒太粗或粒度分布不佳，與原砂粒度分布不均勻一樣，對(duì)產(chǎn)生機(jī)械粘砂有影響。
(2)砂芯未舂實(shí)，與砂型未舂實(shí)的性質(zhì)一樣，對(duì)機(jī)械粘砂有重大影響。
(3)砂芯表面粗糙或多孔，會(huì)引起機(jī)械粘砂。熔融金屬或金屬氧化物浸潤了這種粗糙的或多孔的表面后就會(huì)滲入砂芯。
(4)砂芯在儲(chǔ)存期間吸濕。對(duì)砂芯來說，水分過多更為麻煩。因?yàn)樯靶舅诌^多不易察覺。有的砂芯看上去像是干的，但實(shí)際上其水分仍然很高。
(5)砂芯在搬運(yùn)時(shí)操作不慎，或在涂料尚處于濕態(tài)時(shí)搬運(yùn)而招致破損或擦傷涂層。其后果是造成砂芯上的涂料不夠，以致不能阻止金屬或金屬氧化物滲入砂芯。涂料破損處就好像在砂芯上開了一個(gè)出氣孔一樣，造成金屬液沸騰而產(chǎn)生機(jī)械粘砂。
(6)砂芯涂料浸入太淺，會(huì)直接引起機(jī)械粘砂。
(7)砂芯涂料的高溫強(qiáng)度低。由于涂料中的粘土不足，或是溶劑太多，以致粘結(jié)劑含量減少，造成涂料高溫強(qiáng)度降低而引起機(jī)械粘砂。
(8)芯砂混制不良，使砂芯個(gè)別部位強(qiáng)度過低，在澆注時(shí)造成崩落，因而產(chǎn)生機(jī)械粘砂。
(9)砂芯清掃和修整不良時(shí)，會(huì)直接造成機(jī)械粘砂。對(duì)砂芯加強(qiáng)檢驗(yàn)，這類缺陷是應(yīng)該能夠避免的。
(10)砂芯在浸、噴涂料后未再次烘干。與砂芯在砂型中吸濕返潮一樣，涂層不干極易發(fā)生剝落與掉皮。
(11)芯盒不干凈，會(huì)使芯砂粘附在芯盒上，造成砂芯表面粗糙。質(zhì)量優(yōu)良的砂芯有致密的表面層，芯盒不干凈就得不到具有致密表面層的砂芯。
7、造型
(1)舂砂松軟和緊實(shí)度不均勻。在大多數(shù)情況下，舂砂緊實(shí)和緊實(shí)度均勻同樣重要。然而，有時(shí)緊實(shí)度不均勻比砂型整體松軟的危害更大。
(2)砂型修補(bǔ)不良。砂型修補(bǔ)面粗糙疏松，會(huì)引起機(jī)械粘砂;修型過度或修補(bǔ)部位水分過高，也會(huì)造成金屬液沸騰而引起機(jī)械粘砂。
(3)補(bǔ)砂不良的部位毛糙、疏松，會(huì)發(fā)生機(jī)械粘砂。
(4)砂型涂料不勻或不足。
(5)表干型的涂料干燥不勻或未充分烘干。
(6)脫模液用量過多會(huì)削弱砂型表面強(qiáng)度，促成金屬液沸騰而產(chǎn)生鑄件機(jī)械粘砂。
(7)砂型涂料的波美度太低，涂料就會(huì)被砂型吸入，因而發(fā)生涂料掉皮、掉屑或剝落而造成機(jī)械粘砂。
(8)模樣表面覆蓋的面砂量不足，這是常見的操作疏忽。
(9)冷熱材料(砂芯、砂型、芯撐、冷鐵等)接觸到一起。冷熱材料相遇，會(huì)使水分凝聚。水分能引起沸騰型機(jī)械粘砂，同時(shí)大幅增加氧化物的生成速度，隨后便會(huì)發(fā)生金屬氧化物的滲入。這是產(chǎn)生機(jī)械粘砂的一般原因，也是高壓造型產(chǎn)生機(jī)械粘砂的主要原因。
8、金屬成分
(1)易于形成流動(dòng)性好的金屬氧化物，流動(dòng)性好的金屬比表面張力高或粘稠的金屬更容易引起機(jī)械粘砂。
(2)合金中含有低熔點(diǎn)成分，如鉛青銅中的鉛就容易引起機(jī)械粘砂。因?yàn)殂U比母體金屬溫度還低很多時(shí)仍然處于流動(dòng)狀態(tài)。
(3)需要高溫澆注的合金。由于合金流動(dòng)性好，容易產(chǎn)生機(jī)械粘砂。此外，因澆注溫度高，加速了氧化物的生成速度，故更具有形成氧化性機(jī)械粘砂的傾向。
9、澆注
(1)澆注溫度過高時(shí)，不但會(huì)使金屬液流動(dòng)性提高，還會(huì)使金屬液迅速氧化，因而加速了氧化性機(jī)械粘砂的發(fā)生。
(2)澆包抬得過高和上箱過高一樣，會(huì)形成過高的金屬壓頭，促使金屬或金屬氧化物進(jìn)入砂型的孔隙中。
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