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自上世紀(jì)70年代提出泡沫陶瓷過濾液態(tài)金屬的概念，并成功地將泡沫陶瓷過濾器應(yīng)用于液態(tài)金屬過濾凈化以來，液態(tài)金屬過濾技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。特別是最近5年來，在鑄件相對價格上漲和泡沫陶瓷過濾器相對價格下降的推動下，液態(tài)金屬過濾技術(shù)在我國鑄造業(yè)得到了迅速的推廣和普及，現(xiàn)已成為一種生產(chǎn)高質(zhì)量潔凈鑄件的常規(guī)工藝。
大型鑄鐵件的過濾在鑄造生產(chǎn)中有著特殊的意義。大型鑄鐵件生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，一個夾雜物在某些關(guān)鍵部位的出現(xiàn)就有可能導(dǎo)致整個鑄件的報廢。而且多數(shù)時候夾雜物是在機(jī)加工時才發(fā)現(xiàn)，這更導(dǎo)致鑄件的加工成本的賠償。因此對大型鑄件希望能將因夾雜物而導(dǎo)致的報廢降至最低，過濾也就成為了必需。然而大型鑄件的過濾相對于大批量生產(chǎn)的中小鑄件來講，制定過濾方案所需要考慮的問題要多得一些。目前已有多家過濾器供應(yīng)商提出不同的解決方案，但相對于目前廣泛使用的中小鑄件過濾方案，有些問題仍需要改進(jìn)。本文將提出大型鑄件過濾的解決方案，供大型鑄件生產(chǎn)廠家在制定鑄件過濾方案時對比參考。
一．大型鑄件過濾所涉及的問題
1．過濾器的過濾面積
過濾器過濾一定量的液態(tài)金屬后，其過濾流量將逐漸減小，直至最后過濾截面被濾出的夾雜物所完全堵死。實(shí)際上為保證過濾后的液態(tài)金屬仍具有充填能力，在過濾器的流量出現(xiàn)明顯下降前澆注應(yīng)該截止，如圖1所示。
 
也就是說，任何過濾器單位面積所能過濾的液態(tài)金屬的量是一定的。由于大型鑄件在澆注時需要過濾的重量很大，因此所需的過濾器的有效過濾面積（過濾器的總面積除去支撐部分的面積）也就很大。以目前廣泛使用的10PPI泡沫陶瓷過濾器過濾10噸重球鐵鑄件為例：所需要的過濾器的有效面積將超過500000mm2�？紤]到過濾器的支撐面積，過濾器的總面積還要大一些。如此巨大面積的過濾器會給過濾器制造、過濾器的強(qiáng)度、過濾器的安放等帶來一系列的問題。
2．過濾器的強(qiáng)度
大型鑄件在澆注時的壓頭通常都很高,這給過濾器的強(qiáng)度提出了額外的要求，因?yàn)檫^濾器必須能承受液態(tài)金屬所施加的壓力。更主要的是，隨著單個過濾器尺寸的增大，過濾器的支撐間距也相應(yīng)增大，對過濾器強(qiáng)度的要求也迅速增加。當(dāng)過濾器的強(qiáng)度不足以承受液態(tài)金屬的壓力時就會出現(xiàn)斷裂。因此，用于大型鑄件的過濾器都相應(yīng)的增加了過濾器的厚度以提高過濾器的強(qiáng)度。如厚度從22mm提高至32mm，甚至50mm。盡管如此，受過濾器強(qiáng)度的限制，單一過濾器目前所能做到的最大尺寸仍只能是500mm左右。
3．過濾器的安放位置
為保證過濾效果，過濾器通常都安放在橫澆道上。每個橫澆道上只能安放一塊過濾器。因此對大型鑄件過濾器的尺寸必須足夠大。鑄造工程師在設(shè)計鑄造工藝時，必須考慮砂箱內(nèi)是否有足夠的空間來安放過濾器。隨著過濾器尺寸的增大，安放過濾器所需的空間也相應(yīng)增加。很多時候會出現(xiàn)砂箱內(nèi)沒有足夠的地方安放大尺寸過濾器的問題。有些時候鑄造工程師不得不將過濾器安放于內(nèi)澆道上，此時雖可使用多個尺寸小一些的過濾器，但多數(shù)時候仍有安放空間不夠的問題。以至于不得不為安放過濾器而增加砂箱尺寸，從而造成造型成本的上升。
4．使用過濾器的成本
大型鑄件過濾成本的大幅度上升是鑄造廠家所必須考慮的一個重要問題。大型鑄件過濾成本的上升主要由以下幾方面的因素造成：
1） 過濾片厚度的增加：目前通用的泡沫陶瓷過濾片的厚度為22mm。這是無數(shù)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐在考慮過濾效果和過濾成本之間的平衡后得出的一個合理值。由于用于大型鑄件的過濾片的尺寸的增加，所需厚度也相應(yīng)增加，從而造成過濾器成本的大幅度增加。同尺寸的50mm厚度的過濾器的成本比32mm厚度的過濾器高約60%，比22mm厚度的過濾器高約135%。因此在保證過濾片不破裂的前提下選用厚度較小的過濾片對降低過濾成本有重要意義。
2） 安放位置增大：隨著過濾片尺寸的增大，安放過濾片的位置也相應(yīng)增大。而砂箱內(nèi)可用來安放過濾片的位置是有限的。在多數(shù)情形下，為安放過濾片不得不通過增大砂箱尺寸來增大過濾片的安放位置，這引起造型成本的大幅度上升。因此選擇過濾片安放靈活，需要安放位置小的方案對降低過濾成本非常重要。
二．現(xiàn)有的大型鑄件過濾方案
隨著近年來大型鑄件生產(chǎn)的增多，過濾產(chǎn)品供應(yīng)商開發(fā)了不同的用于大型鑄件的過濾解決方案。
1．使用大尺寸過濾片
這是過濾產(chǎn)品供應(yīng)商廣泛推薦的過濾方案。通過使用厚度達(dá)50mm的過濾片，過濾片的最大尺寸可達(dá)500mm左右。單一這種過濾片（10PPI）最大約能過濾5噸左右的球鐵液。由于每一橫澆道上只能安放一片過濾片，5-10噸重的鑄件需使用雙向橫澆道。對大于10噸的鑄件的過濾則較為困難。過濾片的成本高，過濾片安放位置要求大是此一方案的主要缺點(diǎn)。
2．園盤過濾裝置
圖2為園盤過濾裝置的示意圖。通過使用陶瓷質(zhì)的園盤與多片過濾片的組合，組成一園盤過濾裝置。單片過濾器尺寸可以從75×75mm到最大150×150mm。最大的單一園盤過濾裝置可過濾約2.5噸的球鐵液。更大的鑄件則需要使用多個園盤過濾裝置的組合，如圖3。



三．大型鑄件過濾的解決方案
隨著近年大型鑄鐵件過濾需求的增加，開發(fā)出一種新的大型鑄鐵件過濾解決方案。其要點(diǎn)包括：
1． 較小的過濾片尺寸
解決方案使用150×300mm尺寸過濾片。每片10PPI的過濾片約可過濾1噸球鐵液體。對于澆注重量大于1噸的球鐵件的過濾，根據(jù)需要使用多片過濾片拼靠在一起形成一個大尺寸過濾片的方案。由于過濾片采用獨(dú)有的燒結(jié)后切割成型生產(chǎn)工藝，所生產(chǎn)的過濾片的不僅尺寸精度高，其邊緣平直。當(dāng)兩片或更多片過濾片拼靠在一起時，可形成無縫拼接，杜絕了金屬液從兩片過濾片之間縫隙間的泄露，客觀上形成一片大尺寸的過濾片過濾的效果（如圖4）。對每一鑄件所需使用的過濾片的多少，可根據(jù)需要過濾的鑄件的重量選擇，具有很高的靈活性。從而實(shí)現(xiàn)過濾成本的最低化。對不同用戶的需求，還提供更多最大尺寸在300mm以內(nèi)尺寸的過濾片，如200×200mm，供用戶選擇。

2．適當(dāng)?shù)倪^濾片厚度
用于大型鑄鐵件過濾的過濾片通常會選擇32mm作為標(biāo)準(zhǔn)厚度。如前所述，隨著過濾片尺寸的增大，過濾片的支撐間距也增大，從而對過濾片的強(qiáng)度提出了更高的要求。由于過濾片的最大支撐間距在300mm以內(nèi)，32mm厚度的過濾片已足以承受通常情況下澆注時金屬液所施加的壓力。相對于50mm的過濾片厚度，過濾成本要低得多。
3．靈活的過濾片安放
大型鑄鐵件過濾片方案將過濾片安放于橫澆道上，如圖5所示。大型鑄件通常有足夠長度的橫澆道用于安放過濾片，過濾片安放的靈活性較高。因此澆注系統(tǒng)的設(shè)計不需要做根本性的改動。在保證過濾效果的同時，對砂箱安放空間的需求也比較低，從而節(jié)約造型成本。

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