铸件机械粘砂的产生原因及其防止措施

机械粘砂又称为金属液渗透粘砂，是由液态金属或金属氧化物通过毛细管渗透或气相渗透方式钻入型腔表面砂粒间隙，在铸件表面形成的金属和砂粒机械混合的粘附层。清铲粘砂层时可见金属光泽。机械粘砂表面呈海绵状，牢固地粘附在铸件表面，多发生在砂型和砂芯表面受热作用强烈及砂型紧实度低的部位，如浇冒口附近、铸件厚大截面、内角和凹槽处。

机械粘砂不仅影响铸造铸件的外观质量，甚至引起报废，因此对铸件的机械粘砂必须引起足够的重视，以提高产品成品率。笔者结合多年的生产实践经验并参阅有关资料，谈谈铸件机械粘砂的产生原因及其防止措施。

1、铸件和模样设计

如果铸件和模样的结构会使砂型具有尖角、悬伸或突出的形状，或具有扁薄的砂台或砂芯，则这种设计会促进机械粘砂产生。因为这类结构的铸件会使砂型、砂芯局部热量集中，其正常的性能受到破坏，砂型、砂芯表面提前溃散，熔融金属或金属氧化物易于渗入而产生机械粘砂。对此，可在热量集中的部位采用特殊砂型，如锆砂或橄榄石砂，以提高其长时间受热或受高温辐照的能力。

2、模样

(1)模样的工艺设计不良，使砂型舂不紧实或紧实度不匀，会造成型腔表面粗糙或疏松，对产生机械粘砂有直接影响。模样的工艺设计常出现以下错误：

一是分模面选择不当，致使上型过高，或在砂型中形成很深的型腔。

二是模样在模底板上的位置布置不当，使凹陷处难于舂实，这可能是由于模样距箱壁太近，或模样排列过密所致。由于模样排列过于拥挤，会引起铸件产生胀砂，即使没有明显的胀砂，也会发生机械粘砂。由于产生缺陷的根源相同，机械粘砂和胀砂会出现在同一个铸件上。

三是直浇道、冒口和横浇道的位置布置不当，会出现不易舂实的凹陷部位，这与浇冒口系统的布局有关。

四是起模斜度<1.5°时，即使整个砂型的紧实度合适，也会使砂型表面撕裂，易于使金属或金属氧化物渗入。

(2)模样的工艺结构不良，导致金属液静压力过高。由于静压力的增高，砂型的负荷也就加重，因此需要采用特殊的砂型或更紧实的造型方法，以抵挡金属液对砂型的渗透压力。

3、砂箱

砂箱的设计及构造不合理，致使砂型紧实度不匀或舂砂过软。

产生这些问题的一般原因如下：

(1)箱带的位置不当，妨碍某些凹陷部位的舂实，因而导致砂型局部过软，引起胀砂或机械粘砂。

(2)因砂箱太小造成舂砂不实。

(3)箱带位置不当，使直浇道和冒口不能放在合适的位置上，以致冒口或直浇道与模样间的型砂舂不紧实。又因该处必然造成热量集中，使机械粘砂更为严重。因此，如直浇道或冒口的位置不能改变，则必须将箱带割去一块或整个去掉。

(4)上箱过高。机械粘砂通常与型腔表面的抗渗透能力及金属液的静压力有关，金属液压力的大小，与金属的密度和上箱高度有关。如从铸件补缩需要出发，上箱应有一定高度，但型砂性能也一定要随之加以改善。

4、浇冒口系统

(1)浇冒口的位置不当导致砂型局部过热，从而促使型腔表面过早毁坏，金属液或在高温下形成的金属氧化物就更容易渗入型腔表面。

这类情况较典型的例子有下列几种:

第一，直浇道或冒口距型面过近，形成一个热节区，这一热节区的砂型如未舂实，则机械粘砂缺陷就会十分严重。

第二，在一定的型腔表面上流过的金属液过多，会把型面加热到足以毁坏的程度。如果型腔中初期凝固的硬壳被后来流入的金属液重熔，则粘砂就更为严重。

第三，在浇注时，凡能造成金属液压力过高的任何因素，均可能导致铸件产生机械粘砂。当金属液不仅压力高，而且温度也高时，情况尤为严重。

(2)直浇道、横浇道和内浇道的截面比例不当，使金属液在浇注时不断受到氧化，增加了金属氧化物的数量，并导致对型砂的助熔作用。在浇注过程中，浇注系统应始终充满金属液，否则，在浇注系统中的任何部位均能使金属液受到氧化。

(3)冒口颈尺寸过大，将造成其周围型砂过热，这是一个较为普遍的问题。这一问题常是由于冒口颈太长引起的，为了使冒口颈中金属液不致过早凝固，就不得不加大颈部尺寸。如果因为冒口颈设计不当导致补缩不到，那么Z好是缩短冒口颈，以防止凝固，而不是加大其尺寸。尺寸较小的冒口颈，可以减少砂型受热。

(4)浇口杯或直浇道设计不当，以致浇注时卷入空气造成金属液氧化，这通常是由于湍流引起的，随着金属液表面氧化膜的不断积累会引起机械粘砂。

5、型砂

(1)原砂粒度分布不均匀，会造成砂型紧实度低，原砂的粒度分布对砂型的Z大紧实度有直接影响。

(2)型砂的流动性和成型性差。

(3)壳型砂上树脂的覆膜太薄，会使型壳的局部强度降低和局部砂粒未被树脂覆盖，往往由于这种简单的原因，使铸件发生机械粘砂。

(4)铸型的透气性过高，这是型砂颗粒太粗的另一种反映。透气性和紧实度是相互影响的两个因素。紧实度低则透气性好，反之亦然。

(5)型砂中碳素材料或脱氧物质不足，会产生过多的金属氧化物，使氧化物湿润砂粒而易于渗入。

6、制芯

(1)未刷涂料砂芯的砂粒太粗或粒度分布不佳，与原砂粒度分布不均匀一样，对产生机械粘砂有影响。

(2)砂芯未舂实，与砂型未舂实的性质一样，对机械粘砂有重大影响。

(3)砂芯表面粗糙或多孔，会引起机械粘砂。熔融金属或金属氧化物浸润了这种粗糙的或多孔的表面后就会渗入砂芯。

(4)砂芯在储存期间吸湿。对砂芯来说，水分过多更为麻烦。因为砂芯水分过多不易察觉。有的砂芯看上去像是干的，但实际上其水分仍然很高。

(5)砂芯在搬运时操作不慎，或在涂料尚处于湿态时搬运而招致破损或擦伤涂层。其后果是造成砂芯上的涂料不够，以致不能阻止金属或金属氧化物渗入砂芯。涂料破损处就好像在砂芯上开了一个出气孔一样，造成金属液沸腾而产生机械粘砂。

(6)砂芯涂料浸入太浅，会直接引起机械粘砂。

(7)砂芯涂料的高温强度低。由于涂料中的粘土不足，或是溶剂太多，以致粘结剂含量减少，造成涂料高温强度降低而引起机械粘砂。

(8)芯砂混制不良，使砂芯个别部位强度过低，在浇注时造成崩落，因而产生机械粘砂。

(9)砂芯清扫和修整不良时，会直接造成机械粘砂。对砂芯加强检验，这类缺陷是应该能够避免的。

(10)砂芯在浸、喷涂料后未再次烘干。与砂芯在砂型中吸湿返潮一样，涂层不干极易发生剥落与掉皮。

(11)芯盒不干净，会使芯砂粘附在芯盒上，造成砂芯表面粗糙。质量优良的砂芯有致密的表面层，芯盒不干净就得不到具有致密表面层的优质砂芯。

7、造型

(1)舂砂松软和紧实度不均匀。在大多数情况下，舂砂紧实和紧实度均匀同样重要。然而，有时紧实度不均匀比砂型整体松软的危害更大。

(2)砂型修补不良。砂型修补面粗糙疏松，会引起机械粘砂;修型过度或修补部位水分过高，也会造成金属液沸腾而引起机械粘砂。

(3)补砂不良的部位毛糙、疏松，会发生机械粘砂。

(4)砂型涂料不匀或不足。

(5)表干型的涂料干燥不匀或未充分烘干。

(6)脱模液用量过多会削弱砂型表面强度，促成金属液沸腾而产生铸件机械粘砂。

(7)砂型涂料的波美度太低，涂料就会被砂型吸入，因而发生涂料掉皮、掉屑或剥落而造成机械粘砂。

(8)模样表面覆盖的面砂量不足，这是常见的操作疏忽。

(9)冷热材料(砂芯、砂型、芯撑、冷铁等)接触到一起。冷热材料相遇，会使水分凝聚。水分能引起沸腾型机械粘砂，同时大幅增加氧化物的生成速度，随后便会发生金属氧化物的渗入。这是产生机械粘砂的一般原因，也是高压造型产生机械粘砂的主要原因。

8、金属成分

(1)易于形成流动性好的金属氧化物，流动性好的金属比表面张力高或粘稠的金属更容易引起机械粘砂。

(2)合金中含有低熔点成分，如铅青铜中的铅就容易引起机械粘砂。因为铅比母体金属温度还低很多时仍然处于流动状态。

(3)需要高温浇注的合金。由于合金流动性好，容易产生机械粘砂。此外，因浇注温度高，加速了氧化物的生成速度，故更具有形成氧化性机械粘砂的倾向。

9、浇注

(1)浇注温度过高时，不但会使金属液流动性提高，还会使金属液迅速氧化，因而加速了氧化性机械粘砂的发生。

(2)浇包抬得过高和上箱过高一样，会形成过高的金属压头，促使金属或金属氧化物进入砂型的孔隙中。