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技术应用

砂型铸造排气系统的设计及详细分析

排气系统的作用
  1)排出砂型中型腔、砂芯以及由金属液析出的各种气体。
  2)减小充型时型腔内气体压力,改善金属液充型能力。
  3)排出先行充填型腔的低温金属液和浮渣。
  4)便于观察金属充填型腔状态及充满程度。


排气系统的分类
  排气系统的分类主要有两大类:砂型型腔排气和砂芯排气。另外,还涉及造型制芯过程中排气塞排气和浇注时点火引气排气。
  出气孔是型腔各类出气冒口、砂型和砂芯排气通道的总称,为设置在型内或芯内的片状或针状空腔。型腔排气主要有出气孔、出气针、出气片、排气过滤片、砂粒(型)间隙;各类顶侧明暗冒口、压边冒口、溢流冒口、保温发热排气冒口、排气塞排气、点火引气等。砂芯排气主要有出气孔、出气针、排气片、排气槽、排气绳、排气通道、填充燃烧介质、增大空隙材料,砂粒(芯)间隙、排气塞排气等。
排气系统的设计原则
  1)设计排气系统时,应以型腔气体与砂芯气体分开排出为原则,要尽量避免铸件本体直接排气。出气孔的设置位置应不破坏铸件的补缩 条件,通常不宜设置在铸件的热节和厚壁处,以免因出气孔冷却快导致铸件在该处产生收缩缺陷。
  2)出气孔、出气针、排气片、冒口等一般设置在铸件浇注位置最高点,充型金属液最后到达的部位,砂芯发气和蓄气较多的部位,型腔内气体难以排出的“死角”处及冷铁的上方。
  3)出气孔、出气针、排气片、冒口应尽量不与型腔直通,可采用引出过道与型腔连通(引出式出气孔),以防止因掉砂等原因导致散砂落入型腔。
  4)对于大中型复杂铸件及由多个砂芯组芯造型时,应在各个砂芯上设计排气通道,在外型上设主排气口,砂芯中的气体通过排气道由里向外主排气口排出。为防止金属液堵死砂芯排气孔,砂芯间、芯头与芯座间应配合密封到位或采用密封条、岩棉等填塞芯头。
  5)出气针、排气孔、排气片类出气孔只用于排气,不允许进金属液;出气片、出气针、溢流冒口类排气口不仅起排气浮渣作用,还起补缩、溢流冷金属液、激冷作用。
  6)一般认为,未设置明冒口的铸件,出气孔根部总截面积最小应等于阻流总截面积,以保证出气孔能顺畅地排出型腔中的气体。对于树脂砂造型铸件,高压潮模造型件及气缸、液压、涡轮增压器涡轮壳、中间壳类复杂薄壁铸件,总排气总面积往往要大于内浇道及阻流面积的1.5~2.5倍,才能使型腔气体顺利顺畅排出,保证铸件质量。
  7)直接出气孔不宜过小,必要时可在出气孔根部设置溢流杯,既可排出脏的金属液,又可防止在出气孔根部产生气孔。
  8)出气孔根部的直径(或厚度),不大于设置处铸件厚度的1/2,间接出气孔的直径可大些。
  9)浇注时及时点火引气,排出型腔内产生的气体,降低型腔内气压,防止铸件产生气孔、呛火、爆炸性粘砂等缺陷。



造型机砂型排气孔的设计

(使用全自动造型机造型后砂型浇冒口和排气孔)



排气系统的设计缺陷及废品原因分析
  在砂型铸造工艺设计中,铸造工艺设计人员往往只注重铸造工艺参数的设计,浇注系统的设计,冒口补缩系统的设计,冷铁激冷系统的设计等等。但对排气系统设计不够重视,特别是浇冒口系统设计与排气系统设计配合不到位,对铸型型腔、砂芯的排气能力未加校核。如果铸造排气系统设计不合理,铸型型腔、砂芯的排气不畅,浇冒口系统设计考虑不周到,铸件会产生侵入性气孔、爆炸性粘砂、呛火、气缩孔、甚至出现浇不足、冷隔等铸造缺陷及金属液喷溅伤人安全事故。生产产品的主要废品率大部分集中在气孔、粘砂缺陷上,给我们造成很大的经济损失,也是铸造工作者急切要解决的问题之一。
  1)排气系统布局不合理,铸型型腔、砂芯排气不充分,砂芯结构设计不当,排气总面积偏小,导致铸件产生侵入性气孔、粘砂、呛火等缺陷。
  2)排气系统中有效出气孔面积偏小,出气针未扎通,且砂型的紧实度偏高,透气性差,影响了型腔的排气能力,铸件会产生气孔、粘砂缺陷。
  3)采用高压强度的全自动造型设备造型,以及采用热芯盒、冷芯盒制芯时,由于在模具型腔内部起模较深、死角处、射砂砂流交汇处、拐弯处及型腔内部产生“窝气”,难以顺利排出,致使铸型起模不良,砂芯射砂不实,影响砂芯质量和铸型质量。
  4)一般认为,未设置明冒口的铸件,出气孔根部总截面积最小应等于阻流总截面积,以保证出气孔能顺畅地排出型腔中的气体。复杂薄壁件中砂芯发气量大、透气性差、烘干不到位,且未钻排气孔或未钻深钻透钻到位,浇注时砂芯产生的气体大,难以顺利排出,从而使铸件产生气孔、气缩孔缺陷。经850 ℃测定发气量指标,一般粘土砂为10.4 mL/g,树脂砂为15 mL/g,覆膜砂为15~17 mL/g,冷芯砂为12 mL/g。
  5)砂芯芯头与芯座密封不到位,金属液堵塞排气道,砂芯无法排气,致使铸件产生气孔、呛火缺陷。
  6)浇注系统设计不当,未形成自下而上的温度梯度,且浇注时不平稳,浇注温度较低,浇注速度太慢,金属液表面氧化膜形成早,致使型腔内原有的气体来不及排出,铸件会产生气孔、呛火、浇不足成冷隔缺陷。
  7)对于树脂砂型铸件,树脂砂型发气量大,如果出气孔偏小,溢流金属液少,造成型腔排气不畅通,铸件会产生气孔、渣孔、气缩孔等铸造缺陷。
  8)浇注时未及时点火引气,致使型腔内产生气压加大,铸件会产生气孔、呛火缺陷,甚至会发生金属液喷溅安全事故。


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