为解决复杂阀体铸件存在的内腔变形、断芯、烧结、脉纹、粘砂等问题,采用耐火度高、流动性好、透气性好、膨胀率低、防粘砂效果显著、回用再生性能好、性价比高的宝珠砂进行试验。经与硅砂、铬铁矿砂对比后发现:使用宝珠覆膜砂作为芯砂材料的阀体铸件在落砂时,芯砂溃散性好、易清理,内腔表面光洁,无粘砂、脉纹;宝珠砂的致密性好、强度高,即使重复再生使用也很少破碎,减少铸造过程中的粉尘对环境的污染;宝珠砂可进行再生使用,用其再生砂制作冷芯时,其强度与使用新宝珠砂相当。

　　主控制阀(也称为主控阀或主阀)是挖掘机核心的零部件之一,是个复杂的液压元件,材料为球墨铸铁,工作条件恶劣,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。硅砂作为阀体的芯砂材料,虽然有价格上的优势,但因其热膨胀率大、耐火度低等缺陷无法解决砂芯变形、烧结问题。笔者曾尝试过使用经过焙烧相变的硅砂作为芯砂材料,但内腔变形、断芯、烧结、脉纹、粘砂等问题并没有得到解决。

　　采用铬铁矿砂、锆砂、刚玉砂做芯砂材料,虽然膨胀率较低,但由于这几种砂的角形系数比较大,粒形差,芯砂流动性差,砂芯出现射不饱满、疏松等质量问题,由于这几种砂透气性、溃散性差,加大了内腔的清理工作,增加了人力、物力成本,而且这几种砂的价格比较高,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,又要防止因加工量的增大导致的油腔截面减小,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。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,使生产出的铸件内腔光洁、无毛刺。

　　宝珠砂形状为球形,表面积小,消耗树脂量少,发气量少。基于上述考虑,决定采用宝珠砂生产覆膜砂,用作阀体的芯砂材料。1试验材料宝珠砂是一种非石英质型人造砂,利用我国储量丰富的优质高铝钒土矿石,经高温烧结而成,具有耐火度高、流动性好、透气性好、膨胀率低、防粘砂效果显著、回用再生性能好、性价比高等优异性能,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[1],如图3所示。粒径在0.053~2.0mm(270~6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、再生性良好。表2是宝珠砂与硅砂和铬铁矿砂的主要热物理性能对比[2]。2试验方法分别选用铬铁矿砂和宝珠砂各制芯3件,各组件砂芯组装完成后进行整体浸涂,涂料比重。其它微量成分含量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，使用宝珠覆膜砂作为阀体芯砂材料的铸件在落砂时,芯砂溃散性好,很容易就能把内腔的芯砂清理干净,内腔表面光洁,无粘砂、脉纹[如图4(a)]。

　　使用铬铁矿砂作为阀体芯砂材料的铸件在落砂时,芯砂溃散性差,经多次震砂后才能把内腔的芯砂清理干净,内腔表面质量一般、多处局部存在粘砂3宝珠砂再生利用宝珠砂的致密性好、强度高,即使重复再生使用也很少破碎,减少铸造生产过程中的粉尘对生产环境的污染;宝珠砂再生性好,减少产业废物排放,利于环境保护。