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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(duì)價(jià)格上漲和泡沫陶瓷過濾器相對(duì)價(jià)格下降的推動(dòng)下，液態(tài)金屬過濾技術(shù)在我國(guó)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(zhǎng)，一個(gè)夾雜物在某些關(guān)鍵部位的出現(xiàn)就有可能導(dǎo)致整個(gè)鑄件的報(bào)廢。而且多數(shù)時(shí)候夾雜物是在機(jī)加工時(shí)才發(fā)現(xiàn)，這更導(dǎo)致鑄件的加工成本的賠償。因此對(duì)大型鑄件希望能將因夾雜物而導(dǎo)致的報(bào)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(duì)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(duì)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(shí)對(duì)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(shí)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(huì)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(shí)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(gè)過濾器尺寸的增大，過濾器的支撐間距也相應(yīng)增大，對(duì)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(shí)就會(huì)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(gè)橫澆道上只能安放一塊過濾器。因此對(duì)大型鑄件過濾器的尺寸必須足夠大。鑄造工程師在設(shè)計(jì)鑄造工藝時(shí)，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(shí)候會(huì)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(shí)候鑄造工程師不得不將過濾器安放于內(nèi)澆道上，此時(shí)雖可使用多個(gè)尺寸小一些的過濾器，但多數(shù)時(shí)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(gè)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(gè)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(shí)，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(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(shí)金屬液所施加的壓力。相對(duì)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(zhǎng)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(jì)不需要做根本性的改動(dòng)。在保證過濾效果的同時(shí)，對(duì)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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