气体正压造型技术：静压和爆炸冲击两种方法

气体正压造型，指的是用气体（流）压力以正压直接紧实型砂的方法。

（一）气体静压造型

气体静压造型简称静压造型，又称吹气压实造型。其工作原理与工艺过程见图1-49。

图1-49　静压造型工艺过程示意图

（a）填砂；（b）用压缩空气压缩；（c）机械压实
1—型砂；2—砂箱；3—排气塞；4—模板；5—通气盖；6—压实板

首先，将砂箱置于装有透气塞的模板上，在砂箱中填充好配好的型砂。然后，将通气盖装在砂箱上，通入压缩空气（压力为0.6MPa），使其在0.3s的短时间内透过型砂，经模板上的透气塞排出，这时型砂被压向模板。型砂越靠近模板，紧实度越大。最后，用机械压实板在型砂上进一步压实，使砂型上下紧实度更加均匀。

气体静压造型方法利用气体静压力，故称气体静压造型。实质上，上层每个砂粒对下层型砂都相当于一个微型（触头）压头，对下层型砂加压。

（二）气流冲击造型

气流冲击（air impact）造型是将压力为0.4～0.8MPa的压缩空气储存在固定容器中，然后瞬间排出，以均匀的气流冲击型砂面，使型砂紧实的方法。

气流冲击造型的紧实原理如图1-50所示。铸型的紧实机构采用脉冲发生器（或叫冲击头），结构似储气罐[见图1-50（a）]，内有一小室，室内压缩空气压力通常为0.4～0.6MPa，称为过剩压力。小室外部压缩空气压力通常比室内的空气压力低0.1MPa，称为储气罐压力。铸型紧实后，脉冲发生器内的残余空气压力，称为均衡压力。

当砂箱和辅助框充满型砂，移到冲击头下边并被压紧后，打开单向快开阀时，室内压缩空气的过剩压力骤然下降，强制打开隔膜阀，使压缩空气迅速加速而产生气流冲击，继而由于空气急剧膨胀而形成压力波，其速度可达800m/s以上；压力波在若干毫秒内穿透整个砂型，使型砂紧实。压力波紧实型砂的能力是用压力梯度衡量的。压力梯度（d p/dτ）是作用在型砂上的压力与产生此压力所需时间的比值。调节脉冲发生器的过剩压力值，即可改变压力梯度的大小，一般压力梯度必须大于10MPa/s。

气流冲击造型较之静压造型有更强的紧实力，一次紧实，无需补压即可得到充分而均匀的砂型紧实度。砂型上口平面的硬度可达到70～80，有型腔的一面可达95。(www.xing528.com)

图1-50　气流冲击造型原理

1—储气罐；2—单向快开阀；3—小室；4—分流器；5—隔膜阀；6—辅助框；7—砂箱；8—模样

（三）燃气爆炸造型

燃气爆炸造型又称燃气冲击（gas impact）造型。它是气流冲击造型的一种。这种方法是在造型机上方设一储气罐，内充可燃气体（天然气、甲烷、丙烷之类）和空气的混合物，通过点燃使燃烧产生的压力冲击型砂而将铸型紧实。工艺过程见图1-51。

图1-51　燃气爆炸（冲击）造型原理及工作程序

（a）循环开始；（b）砂箱随模板车上升；（c）填砂；（d）加砂叶门关闭，天然气进入；（e）天然气燃烧引起压力增加，冲击型砂；（f）模板小车下降，废气排除，循环结束

工作开始，模板向上面的空砂箱和燃烧室移动，通过定量器和百叶窗向砂箱加砂；在百叶窗关闭之后，将煤气（天然气）以事先规定的量送入燃烧室并点燃；在极短的时间内所形成的压力大约为0.45MPa，此工作压力使型砂向模板方向作动力运动，从而获得紧实；然后模板下降，进行拔模，同时抽走废气，废气不会排放到工作场地；在紧实完毕的砂型从紧实工位驶出的同时，另一空砂箱驶入，新的工作周期重新开始。

燃气爆炸冲击造型也是用压力梯度（d p/d t）来评定砂型紧实度的高低。通过改变这一参数可以满足铸造工艺的不同要求。压力梯度越大，砂型紧实度越高。

燃气爆炸冲击造型仅需一次紧实，无需补压或预震，造型操作简单；铸型紧实度分布合理，透气性好。这种方法自1978年问世以来，已获得很大发展。

燃气爆炸造型的优点是：可获得均匀的砂型紧实度，砂型硬度高，拔模斜度可小，铸件精度和光洁程度都得到提高；砂型充填性好，吃砂量小，模板利用率高；与射压造型比较，可节省压缩空气；紧实时，型砂没有或很少有横向和斜向运动，故模样磨损小；生产率高，劳动条件改善。

其缺点是：仍有一定的噪音；砂箱或芯盒必须有足够的强度和刚度，箱背表层砂型不整齐且紧实度较低，需刮去5～10mm（有补压操作例外）。