何忠偉

摘 要：探討泡沫陶瓷過濾器的設(shè)計應(yīng)用過程中不合理導(dǎo)致鑄件缺陷上升，原使用泡沫陶瓷過濾網(wǎng)的作用：①過濾金屬液中夾雜物;②整流，紊流金屬液;最終目的，提升鑄件品質(zhì)，改善鑄件表面缺陷。但是，使用過程中設(shè)計不合理，導(dǎo)致鑄件缺陷更加惡化。

關(guān)鍵詞：泡沫陶瓷過濾器應(yīng)用合理化

1 前 言

關(guān)于泡沫陶瓷過濾器產(chǎn)品，發(fā)展始于20世紀70年代，經(jīng)過三十多年的快速發(fā)展，制造產(chǎn)品的材質(zhì)有：碳化硅質(zhì)、氧化鋯質(zhì)、氧化鋁質(zhì)、石墨質(zhì)等;應(yīng)用領(lǐng)域包括鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、鑄銅過濾。泡沫陶瓷過濾器能極大提高鑄件的表面質(zhì)量及性能。

2 泡沫陶瓷過濾器介紹

它是采用聚氨酯泡沫塑料為前驅(qū)體，浸掛耐火漿料成型工藝，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)的具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特種陶瓷制品。按材質(zhì)分類：氧化鋁質(zhì)、氧化鎂質(zhì)、碳化硅質(zhì)、氧化鋯質(zhì)、碳復(fù)合材料質(zhì);按網(wǎng)孔密度ppi分類：10ppi、15ppi、20ppi、25ppi、30ppi、40ppi、50ppi、60ppi。

3 泡沫陶瓷過濾器特點

它具有獨特的三維連通曲孔網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)以及80%～90%開口氣孔率。具有四種過濾凈化機制，即：篩分-濾餅-深床過濾機制、飄浮分離機制、深層過濾（物理吸附）和整流機制?？筛咝У貫V除金屬液中的大塊夾雜物和大部分小至數(shù)十微米的微小懸浮夾雜物。與耐火纖維過濾網(wǎng)及直孔蜂窩陶瓷過濾器等相比，具有耐火度高、強度高、過濾效果好、過濾效率高等特點。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

泡沫陶瓷過濾器主要應(yīng)用于高溫金屬液過濾、鋁合金金屬液過濾、球鐵/灰鐵及有色金屬過濾、不銹鋼/碳鋼及大型鑄件金屬液過濾，高溫?zé)煔馓幚怼⒋呋瘎┹d體、汽車尾氣凈化裝置、隔熱隔音材料等。

5 使用原則

泡沫陶瓷過濾器總體使用原則：泡沫陶瓷過濾器放置在澆注系統(tǒng)中的位置：直澆道下端、橫澆道、內(nèi)澆道、澆口杯。使用原則：①安放位置越靠近鑄件型腔越好，降低二次氧化的機率;② 澆注系統(tǒng)的設(shè)計以簡單為好，可不考慮其它擋渣措施，這樣可提高砂型的利用率和工藝出品率;③ 過濾器工作面積應(yīng)為澆注系統(tǒng)阻流截面的4倍～6倍，以確保澆注速度不受影響;④根據(jù)鑄造合金的種類及澆注溫度選用相應(yīng)的過濾器，不應(yīng)超溫使用;⑤ 選擇合適的孔徑，真正起到過濾效果;⑥ 不能用過濾器來控制澆注速度。

6 過濾器的選用

根據(jù)被過濾鑄鐵的種類選擇過濾器的孔隙率，一般10ppi用于球墨鑄鐵;20ppi用于灰口鑄鐵;30ppi用于可鍛鑄;依據(jù)被過濾鑄鐵的重量決定過濾面積。過濾器具有兩種能力，要得到一個滿意的結(jié)果，必須滿足：①金屬過濾能力;②金屬流動能力。單位面積的過濾能力范圍分別：灰鐵2.0～3.8 kg/cm2、球墨鑄鐵1.0～2.0 kg/cm2、鑄鋼1.0～2.0 kg/cm2（數(shù)據(jù)作為參考），根據(jù)鑄件材質(zhì)元素不同及金屬液的純凈度等有所變化。

7 泡沫陶瓷過濾器座的設(shè)計

潮模砂使用時最好設(shè)計一過濾器座（自硬砂較好），防止人為帶入雜質(zhì)。

過濾器座的設(shè)計要充分考慮過濾器安放方便（如錐面、斜度、間隙等）和牢固可靠。在安放處的鑄型支撐面要做有圓角（抹棱）以防沖砂，應(yīng)注意：

①鐵水流入面要留有3～5mm 搭接量;

②鐵水流出面要留≥5mm 的支撐寬度;

③過濾器四周留有1～1.5mm間隙及集砂槽溝， 以防插入時不小心掉下散落的砂粒帶入型內(nèi);

④過濾器上表面應(yīng)低于分型面0.5～1mm，以防合箱時壓壞砂型。

7.1 過濾器應(yīng)用案例圖

過濾器的幾種安裝方式見圖1～圖3。

7.2過濾器應(yīng)用案例解析

正確應(yīng)用泡沫陶瓷過濾器：①過濾器金屬液流入面，直澆道設(shè)計為開放式系統(tǒng)。有效使用過濾面積;②過濾器有合適的間隙，安放時，過濾器可防止與砂型側(cè)面擦砂及合箱壓砂，預(yù)防掉下散落的砂粒帶入型內(nèi);③過濾器金屬液流出面要留≥5mm 的支撐寬度，澆注時有效起到澆注壓力支撐作用。

正確應(yīng)用泡沫陶瓷過濾器的效果：

①有效過濾雜質(zhì)，提高金屬液的溶液純凈度;

②減少紊流卷氣，使金屬液充型平穩(wěn)，鑄件組織分布均勻;

③降低鑄件缺陷，提高表面質(zhì)量及成品率，有利于切削加工，降低制造成本。

▲ 錯誤應(yīng)用泡沫陶瓷過濾器案例一：

過濾器金屬液流入面，直澆道沒有設(shè)計開放式系統(tǒng)。過濾器未能達到最佳的有效使用過濾面積，反而，金屬液對泡沫陶瓷過濾器的沖擊力和靜壓力增大，容易出現(xiàn)過濾器沖碎，詳見圖4。

澆注系統(tǒng)未設(shè)計開放式錯誤應(yīng)用泡沫陶瓷過濾器的后果：

①過濾面積變小，影響金屬液流速;

②澆注時，過濾器受金屬液最大的沖擊力和靜壓力，容易導(dǎo)致過濾器破碎;

③沒有有效地利用過濾器的過濾面積，導(dǎo)致浪費過濾器成本。

▲ 錯誤應(yīng)用泡沫陶瓷過濾器案例二：

過濾器上型面設(shè)計為0mm間隙，當(dāng)過濾器厚度尺寸波動上限值時，合箱時壓壞砂型，直澆道與過濾器座容易產(chǎn)生脫離，詳見圖5。

過濾器上型設(shè)計為0mm間隙應(yīng)用泡沫陶瓷過濾器的后果：

①上/下型合模時，會產(chǎn)生擠壓，破壞砂型，使散落的砂粒掉落在過濾器表面，將過濾器網(wǎng)孔堵塞，影響金屬液的流速，還會將細微砂粒隨同金屬液流入到型腔內(nèi)，導(dǎo)致鑄件砂眼/渣眼缺陷上升，影響鑄件質(zhì)量。

②澆注金屬液凝固后，直澆道與過濾器座容易產(chǎn)生脫離現(xiàn)象。

鑄件缺陷SEM EDS表面分析結(jié)果見圖6。

①缺陷SEM EDS表面分析顯示：

●聚集的生型砂;

●硅砂表面檢測出粘土礦物;

●產(chǎn)生熔渣化氣體。

②結(jié)論：

設(shè)計過濾網(wǎng)座與過濾網(wǎng)高度尺寸為0mm間隙時，合模會產(chǎn)生擠壓，破壞砂型，引起鑄件砂眼/渣眼缺陷上升。

8 常見過濾器各種放置方式優(yōu)缺點匯總

常見過濾器各種放置方式的優(yōu)缺點見表1。

9 結(jié) 論

（1）根據(jù)應(yīng)用條件，澆注溫度、重量、澆注時間，選擇合理的過濾器尺寸規(guī)格型號，才能確保過濾器產(chǎn)品應(yīng)用安全性。

（2）過濾器座與過濾器產(chǎn)品配合尺寸間隙合理化，及澆注系統(tǒng)截面積設(shè)計比例合理化，才能發(fā)揮過濾器過濾效果，避免金屬液紊流，提高鑄件成品率。