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宝珠砂在阀体铸件上的应用
更新时间：2021-05-17 17:13:35点击次数：1198次
主阀是挖掘机最核心的零部件之一（如图1），是一个复杂的液压元件，材质为球墨铸铁，工作过程中承受大的载荷及磨损，其内腔形状结构复杂，需较多砂芯成型。经过试验表明，宝珠砂在阀体砂芯上的应用，效果优于硅砂、铬铁矿砂，可满足实际生产要求。
主阀是挖掘机最核心的零部件之一（如图1），是一个复杂的液压元件，材质为球墨铸铁，工作过程中承受大的载荷及磨损，其内腔形状结构复杂，需较多砂芯成型。
图1 阀体铸件结构
硅砂作为最常见的型（芯）砂材料，虽然价格便宜，但因其热膨胀率高、耐火度低等缺点无法解决砂芯变形、烧结等问题。即使使用了焙烧砂，铸件内腔变形、断芯、烧结、脉纹、粘砂等问题依然没有解决。采用铬铁矿砂、锆英砂虽然膨胀率较低，但由于这两种砂角形系数比较大，粒形差，芯砂流动性差，砂芯易出现射不实、疏松等质量问题，同时这两种砂透气性、溃散性差，加大了内腔清理的工作量，而且这两种砂的价格也高，成本上难以接受。
形成阀体内腔的砂芯形状如图2所示，阀杆孔轴线方向某些端面的加工余量只有0.5mm，在这种情况下，既要保证端面的加工余量，又要防止因加工量增大导致的油腔截面减少，进而影响油腔的通油量，选择热膨胀率小的宝珠砂，可以保证铸件的尺寸精度。阀体内腔油道多，且大多数为深扁腔状，阀体砂芯制作时芯砂充填芯盒不紧密，而且由于辅芯与主芯装配连接的接口数量多，操作空间小，不便修补。
（a）
（b）
图2 阀体砂芯
为解决上述问题，选用粒形为球形，具有良好流动性的宝珠砂，从而保证制作的砂芯外形完整致密；另外较低的相变体积变化和优良的溃散性能，使生产的铸件内腔光滑、无毛刺。宝珠砂形状为球形，表面积小，消耗树脂量少，发气量小，基于以上考虑，采用宝珠砂生产覆膜砂，制作阀体的砂芯。
1、试验材料
宝珠砂，是洛阳凯林铸材有限公司于上世纪90年代末开发研制的一种新型球形铸造用砂，它具有耐火度高、流动性好、透气性好、热膨胀率低、防粘砂效果明显、回用再生性能好等特点，属中性材料，可适用于各种铸造合金和多种铸造工艺。
宝珠砂粒形为球形或接近球形，颜色为灰褐色，如图3所示。粒径在0.053-3.35mm(270目-6目）之间，其化学成分如表1所示。宝珠砂耐高温、热稳定性好、不易破碎，再生性能好。宝珠砂与硅砂和铬铁矿砂的主要热物理性能对比，如表2所示。
(a)
（b）
图3 宝珠砂粒形
表1 宝珠砂的化学成分（%）
表2 宝珠砂、硅砂及铬铁矿砂的性能对比
2、试验方法
分别选用宝珠砂和铬铁矿砂各制芯3件，各组砂芯组装完成后进行整体浸涂，涂料比重1.32-1.36g/cm3，烘烤温度160-180℃，烘烤时间1.5h，造型隔台下芯，同包铁液浇注，浇注温度控制在1360-1395℃。解剖阀体铸件对比，如图4所示。
由图4可见，使用宝珠砂覆膜砂作为阀体砂芯材料的铸件在落砂时，砂芯溃散性好，很容易就能把内腔的砂芯清理干净，内腔表面光洁，无粘砂、脉纹[如图4(a)]。使用铬铁矿砂覆膜砂作为砂芯材料的铸件在落砂时，芯砂溃散性差，经过多次震砂后才能把内腔的砂芯清理干净，内腔表面质量一般，多处局部存在粘砂[如图4(b)]。
（a）宝珠砂
（b）铬铁矿砂
图4 阀体铸件内腔质量
3、结论经过试验表明，宝珠砂在阀体砂芯上的应用，效果优于硅砂、铬铁矿砂，可满足实际生产要求。