宝珠砂在发动机铝合金缸体缸盖中应用

更新时间：2022-03-31 08:52:00点击次数：1081次

宝珠砂是我国开发的一种粒形近圆、耐火度高、化学性质稳定、抗破碎性强的铸造人工砂。某知名汽车发动机生产厂商，使用宝珠砂无机粘结剂制芯，粘结剂加入量1.8~2.2%，由于宝珠砂具有良好的流动性，使得砂芯致密、表面完整光洁，同时发气量微量，大大提高了铸件的成品率，改善了芯砂溃散性，改善了生产环境，成为绿色生产的典范。

宝珠砂，是一种性能优异的铸造用球形特种砂，最早由洛阳凯林铸材有限公司开发生产。经过20年来的推广，已经广泛应用于砂型铸造（潮模砂、水玻璃砂、树脂自硬砂、热芯盒、壳型、冷芯盒等）、消失模铸造等各种铸造工艺以及铸铁、铸钢、有色合金等各种铸造合金，取得了显著的经济效益和良好的环保效果，被誉为“21世纪的绿色铸造新材料”。

二十年来宝珠砂产量持续增长、产能大幅度提升，产地分布更广，到2020年，总销售近20万吨。同时其生产工艺，从铝矾土焙烧、电弧熔融，到除铁去杂、筛分混配等工序经技术革新不断改善，实现环保高效，绿色、可持续发展，完全满足铸造行业不断增长的需求。

宝珠砂应用范围，从面砂、填充砂、到热芯盒、壳型、冷芯盒制芯，再到整体的自硬砂生产线的应用，范围不断扩大、工艺逐渐深入。根据连续几年的统计，其最大的应用场合就是发动机铸件行业，约占总销售量的1/3强。

本文结合公司一些主要用户应用宝珠砂的典型案例，介绍一些宝珠砂应用于发动机铸件行业的工艺特点和应用效果。

1 宝珠砂简介、宝珠砂的性能

宝珠砂，是以三氧化二铝（Al2O3）为主要成分的煅烧铝矾土，经电弧熔融、空气喷吹、标准筛筛分、级配混合制成的不同粒度组成的铸造用砂。铸造用宝珠砂粒径一般在0.053～3.53mm（270目～6目）之间。宝珠砂的矿物相主要是刚玉和莫来石，还有微量的非晶质相。宝珠砂的主要化学成分为三氧化二铝（Al203）和二氧化硅（Si02），耐火度≥1800℃，是一种近似球形的、高强度、高硬度的铝硅系铸造原砂。宝珠砂的颗粒形貌见图1（附硅砂的颗粒形貌）。

宝珠砂具有热膨胀系数小；热导率高；近似球形，角形因数小，流动性、可紧实性好；表面光滑，无裂纹，无凹凸；中性材料、适用于各种铸造合金；颗粒强度高、不易破碎；耐火度高；粒度范围广，可根据工艺需求定制混配等性能特点。宝珠砂的化学成分及主要性能见表1及表2。

2 宝珠砂在发动机铸件生产中的应用

2.4 宝珠砂在发动机铝合金缸体缸盖中应用

为提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染，保护环境，汽车轻量化是汽车行业发展的潮流。目前，汽车发动机（包括柴油机）铸件，如缸体、缸盖等普遍采用铝合金铸造，而缸体缸盖的铸造工艺，在使用砂芯时，以金属型重力铸造以及低压铸造（LPDC）最有代表性。

铝合金缸体缸盖铸件的砂芯，覆膜砂和冷芯盒工艺较为普遍，适合高精度大批量的生产特点，采用宝珠砂的方法与铸铁缸体缸盖的生产类似。由于铝合金浇注温度较低、比重较小，一般采用强度较低的型芯砂，如某厂冷芯盒砂芯，树脂加入量0.5-0.6%，抗拉强度0.8-1.2MPa，要求芯砂具有良好的溃散性。宝珠砂的使用，减少了树脂加入量并大大提高了砂芯的溃散性。

近年来，为改善生产环境，提高铸件质量，无机粘结剂（包括改性水玻璃、磷酸盐类粘结剂等）的研究和应用越来越多。图7和图8是南方某厂使用宝珠砂无机粘结剂芯砂铝合金缸盖铸造现场。