畢海香，楊恒遠，于建忠，盧彬彬，李永剛

（濰柴重機股份有限公司，山東濰坊 261108）

澆注時砂芯的部分表面被液態(tài)金屬包圍，砂芯在高溫鐵水的作用下，由于水分蒸發(fā)及有機物揮發(fā)、分解和燃燒，在澆注后很短時間內會產生大量氣體[1]。隨著氣體膨脹，氣體量增加和氣體溫度的升高，會形成很大的氣體壓力。如果排氣通道不暢通，氣體來不及全部逸出，一部分氣體就有可能侵入金屬液中，形成氣孔類鑄造缺陷，嚴重時導致鑄件報廢[2]。所以解決砂芯排氣問題是鑄造工藝設計以及鑄件質量提升過程中的重點，同時也是難點。

1　傳統(tǒng)砂芯排氣方式及局限性

在澆注過程中，為使砂芯中的氣體能順利而迅速地從芯頭排出，砂芯中必須留有通氣孔道。目前生產過程中主要有以下幾種砂芯排氣方式：

（1）大尺寸砂芯在芯盒內設置掏空塊。但受砂芯結構以及芯盒開模方式等所限，設置局限性大。掏空塊尺寸大，影響周圍芯砂的緊實度以及吃砂量；掏空塊尺寸小，砂芯排氣性、退讓性差，效果不理想。

（2）對于長條砂芯在芯盒內設置排氣針。但對芯盒結構要求較高，有弧度或拐角的地方難以做成整體排氣針；做成分段排氣針時，不能保證排氣針相互連接，形成完整的排氣通道。

（3）對于細薄且形狀復雜的砂芯，制芯時在芯盒內預埋蠟線、泡沫塑料等介質。排氣介質在澆注過程中受熱快速氣化，形成砂芯中的排氣通道[3]。但為了將砂芯中的氣體引至型外，還需要在外型上預埋泡沫塑料以及排氣棒，同時還需要在上型對應位置手工鉆孔從而形成向外的排氣通道，操作繁瑣。

（4）采用手工電鉆增加排氣孔準確度難以保證，可能會鉆偏導致砂芯報廢。對于多層砂芯累加的鑄件，也不能保證上下層砂芯的排氣通道能完全對準。

2　我廠當前砂芯排氣工藝

近年來，我廠的大型鑄件較多，如大機系列機體、前后蓋等內腔復雜鑄件，而且都是樹脂自硬砂手工制芯方式。在生產過程中解決砂芯排氣問題主要通過制芯時在芯盒內放置芯骨，芯骨上纏繞通氣繩，如圖1所示。但效果不理想，鑄件表面的氣孔類缺陷較多，即使采取了傾斜澆注、提高澆注溫度等措施也無法徹底解決。分析其原因為：砂芯中雖然預埋了通氣繩，但砂芯固化后通氣繩極易被芯砂壓緊壓扁，排氣效果將會大大減弱。另外，砂芯中產生的氣體沒有合適通道排至型外，大部分還滯留在型腔內，在澆注過程中容易和鐵水接觸從而造成氣孔以及其它鑄造缺陷。

圖1　預埋通氣繩

圖2　金屬軟管實物圖

圖3　制芯過程1－1#金屬軟管 2－下芯盒 3－分芯面 4－上芯盒 5－填砂口

圖4　芯盒內金屬軟管圖示

圖5　研箱過程1－1#金屬軟管 5－砂芯 6－下砂型 6.1－排氣槽 7－2#金屬軟管

3　砂芯排氣新工藝

砂芯排氣新工藝就是砂芯中預埋金屬軟管，芯頭處再連接金屬軟管引至鑄型外，形成一條由內向外的完整通暢的排氣通道。

圖2為金屬軟管實物圖，有不同的規(guī)格尺寸。金屬管為柔性管，制作砂芯時可隨芯盒的形狀彎曲，不受芯盒結構限制，適用性強。同時金屬軟管由帶狀金屬螺旋纏繞形成的，其一環(huán)與一環(huán)之間有間隙，管壁具有透氣性。在阻隔芯砂進入金屬管腔的同時，砂芯中產生的氣體可以通過管壁間隙進入金屬軟管由中間通道排出。

砂芯排氣新工藝主要涉及制芯過程和研箱過程，詳見圖3、5。具體步驟如下：

（1）制芯過程如圖3所示：首先在下芯盒中填砂，當芯砂到達上下芯盒分芯面附近時放置1#金屬軟管，注意1#金屬軟管的一頭要緊貼下芯盒中芯頭側壁。然后合上上芯盒，從上芯盒的填砂口繼續(xù)填砂緊實。固化好后取出砂芯，從砂芯芯頭處可以看到1#金屬軟管1。圖4為某芯盒中金屬軟管實物圖示，確保其一端放置在芯頭端壁處。

（2）研箱過程如圖5所示：從砂芯芯頭處接2#金屬軟管，其中2#金屬軟管比1#金屬軟管的直徑稍小點，確保2#金屬軟管可以插到1#金屬軟管中間通道內，防止2#金屬軟管掉落。2#金屬軟管的其余部分隨形放置在下鑄型側壁的凹槽內，2#金屬軟管的另外一頭引到型外，并用芯砂/型砂填平。圖6為現場研箱過程，芯頭處連接金屬軟管引至型外。

利用金屬軟管形成砂芯排氣通道的新工藝尤其適用于（1）無上芯頭的砂芯，其無法通過上芯頭從上型排氣；（2）結構復雜或者有薄弱結構的長砂芯。目前我廠采取金屬軟管排氣新工藝有效解決了前后蓋、中冷器殼體等內腔復雜鑄件的嗆孔缺陷。

圖6　芯頭處接金屬軟管引至型外

4　結論

采取金屬軟管來解決砂芯排氣的新工藝，操作靈活方便，無需考慮芯盒結構的復雜程度。金屬軟管具有耐壓性，保證了砂芯中產生的氣體能沿著金屬軟管的中間通道排出。研箱時從芯頭處再連接金屬軟管引到型外，形成一條由內向外的完整通道，確保砂芯中產生的氣體能順利排到型外，避免氣體滯留在型腔內。

參考文獻：

[1] 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造工藝[M].第二版.北京:機械工業(yè)出版社,2003:181.

[2]畢海香，楊恒遠，盧彬彬，等.高牌號灰鐵前端箱體質量提升[J].中國鑄造裝備與技術，2017（6）：44-47.

[3]何春華,林海強,崔煒,等.大型鑄件砂芯的排氣措施[J].鑄造,2013,62（1）:73-74.