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技術(shù)應用

砂型鑄造排氣系統的設計及詳細分析

排氣系統的作用
  1)排出砂型中型腔、砂芯以及由金屬液析出的各種氣體。
  2)減小充型時(shí)型腔內氣體壓力,改善金屬液充型能力。
  3)排出先行充填型腔的低溫金屬液和浮渣。
  4)便于觀(guān)察金屬充填型腔狀態(tài)及充滿(mǎn)程度。


排氣系統的分類(lèi)
  排氣系統的分類(lèi)主要有兩大類(lèi):砂型型腔排氣和砂芯排氣。另外,還涉及造型制芯過(guò)程中排氣塞排氣和澆注時(shí)點(diǎn)火引氣排氣。
  出氣孔是型腔各類(lèi)出氣冒口、砂型和砂芯排氣通道的總稱(chēng),為設置在型內或芯內的片狀或針狀空腔。型腔排氣主要有出氣孔、出氣針、出氣片、排氣過(guò)濾片、砂粒(型)間隙;各類(lèi)頂側明暗冒口、壓邊冒口、溢流冒口、保溫發(fā)熱排氣冒口、排氣塞排氣、點(diǎn)火引氣等。砂芯排氣主要有出氣孔、出氣針、排氣片、排氣槽、排氣繩、排氣通道、填充燃燒介質(zhì)、增大空隙材料,砂粒(芯)間隙、排氣塞排氣等。
排氣系統的設計原則
  1)設計排氣系統時(shí),應以型腔氣體與砂芯氣體分開(kāi)排出為原則,要盡量避免鑄件本體直接排氣。出氣孔的設置位置應不破壞鑄件的補縮 條件,通常不宜設置在鑄件的熱節和厚壁處,以免因出氣孔冷卻快導致鑄件在該處產(chǎn)生收縮缺陷。
  2)出氣孔、出氣針、排氣片、冒口等一般設置在鑄件澆注位置最高點(diǎn),充型金屬液最后到達的部位,砂芯發(fā)氣和蓄氣較多的部位,型腔內氣體難以排出的“死角”處及冷鐵的上方。
  3)出氣孔、出氣針、排氣片、冒口應盡量不與型腔直通,可采用引出過(guò)道與型腔連通(引出式出氣孔),以防止因掉砂等原因導致散砂落入型腔。
  4)對于大中型復雜鑄件及由多個(gè)砂芯組芯造型時(shí),應在各個(gè)砂芯上設計排氣通道,在外型上設主排氣口,砂芯中的氣體通過(guò)排氣道由里向外主排氣口排出。為防止金屬液堵死砂芯排氣孔,砂芯間、芯頭與芯座間應配合密封到位或采用密封條、巖棉等填塞芯頭。
  5)出氣針、排氣孔、排氣片類(lèi)出氣孔只用于排氣,不允許進(jìn)金屬液;出氣片、出氣針、溢流冒口類(lèi)排氣口不僅起排氣浮渣作用,還起補縮、溢流冷金屬液、激冷作用。
  6)一般認為,未設置明冒口的鑄件,出氣孔根部總截面積最小應等于阻流總截面積,以保證出氣孔能順暢地排出型腔中的氣體。對于樹(shù)脂砂造型鑄件,高壓潮模造型件及氣缸、液壓、渦輪增壓器渦輪殼、中間殼類(lèi)復雜薄壁鑄件,總排氣總面積往往要大于內澆道及阻流面積的1.5~2.5倍,才能使型腔氣體順利順暢排出,保證鑄件質(zhì)量。
  7)直接出氣孔不宜過(guò)小,必要時(shí)可在出氣孔根部設置溢流杯,既可排出臟的金屬液,又可防止在出氣孔根部產(chǎn)生氣孔。
  8)出氣孔根部的直徑(或厚度),不大于設置處鑄件厚度的1/2,間接出氣孔的直徑可大些。
  9)澆注時(shí)及時(shí)點(diǎn)火引氣,排出型腔內產(chǎn)生的氣體,降低型腔內氣壓,防止鑄件產(chǎn)生氣孔、嗆火、爆炸性粘砂等缺陷。



造型機砂型排氣孔的設計

(使用全自動(dòng)造型機造型后砂型澆冒口和排氣孔)



排氣系統的設計缺陷及廢品原因分析
  在砂型鑄造工藝設計中,鑄造工藝設計人員往往只注重鑄造工藝參數的設計,澆注系統的設計,冒口補縮系統的設計,冷鐵激冷系統的設計等等。但對排氣系統設計不夠重視,特別是澆冒口系統設計與排氣系統設計配合不到位,對鑄型型腔、砂芯的排氣能力未加校核。如果鑄造排氣系統設計不合理,鑄型型腔、砂芯的排氣不暢,澆冒口系統設計考慮不周到,鑄件會(huì )產(chǎn)生侵入性氣孔、爆炸性粘砂、嗆火、氣縮孔、甚至出現澆不足、冷隔等鑄造缺陷及金屬液噴濺傷人安全事故。生產(chǎn)產(chǎn)品的主要廢品率大部分集中在氣孔、粘砂缺陷上,給我們造成很大的經(jīng)濟損失,也是鑄造工作者急切要解決的問(wèn)題之一。
  1)排氣系統布局不合理,鑄型型腔、砂芯排氣不充分,砂芯結構設計不當,排氣總面積偏小,導致鑄件產(chǎn)生侵入性氣孔、粘砂、嗆火等缺陷。
  2)排氣系統中有效出氣孔面積偏小,出氣針未扎通,且砂型的緊實(shí)度偏高,透氣性差,影響了型腔的排氣能力,鑄件會(huì )產(chǎn)生氣孔、粘砂缺陷。
  3)采用高壓強度的全自動(dòng)造型設備造型,以及采用熱芯盒、冷芯盒制芯時(shí),由于在模具型腔內部起模較深、死角處、射砂砂流交匯處、拐彎處及型腔內部產(chǎn)生“窩氣”,難以順利排出,致使鑄型起模不良,砂芯射砂不實(shí),影響砂芯質(zhì)量和鑄型質(zhì)量。
  4)一般認為,未設置明冒口的鑄件,出氣孔根部總截面積最小應等于阻流總截面積,以保證出氣孔能順暢地排出型腔中的氣體。復雜薄壁件中砂芯發(fā)氣量大、透氣性差、烘干不到位,且未鉆排氣孔或未鉆深鉆透鉆到位,澆注時(shí)砂芯產(chǎn)生的氣體大,難以順利排出,從而使鑄件產(chǎn)生氣孔、氣縮孔缺陷。經(jīng)850 ℃測定發(fā)氣量指標,一般粘土砂為10.4 mL/g,樹(shù)脂砂為15 mL/g,覆膜砂為15~17 mL/g,冷芯砂為12 mL/g。
  5)砂芯芯頭與芯座密封不到位,金屬液堵塞排氣道,砂芯無(wú)法排氣,致使鑄件產(chǎn)生氣孔、嗆火缺陷。
  6)澆注系統設計不當,未形成自下而上的溫度梯度,且澆注時(shí)不平穩,澆注溫度較低,澆注速度太慢,金屬液表面氧化膜形成早,致使型腔內原有的氣體來(lái)不及排出,鑄件會(huì )產(chǎn)生氣孔、嗆火、澆不足成冷隔缺陷。
  7)對于樹(shù)脂砂型鑄件,樹(shù)脂砂型發(fā)氣量大,如果出氣孔偏小,溢流金屬液少,造成型腔排氣不暢通,鑄件會(huì )產(chǎn)生氣孔、渣孔、氣縮孔等鑄造缺陷。
  8)澆注時(shí)未及時(shí)點(diǎn)火引氣,致使型腔內產(chǎn)生氣壓加大,鑄件會(huì )產(chǎn)生氣孔、嗆火缺陷,甚至會(huì )發(fā)生金屬液噴濺安全事故。


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