為解決復雜閥體鑄件存在的內腔變形、斷芯、燒結、脈紋、粘砂等問題,采用耐火度高、流動性好、透氣性好、膨脹率低、防粘砂效果顯著、回用再生性能好、性價比高的寶珠砂進行試驗。經與硅砂、鉻鐵礦砂對比后發現:使用寶珠覆膜砂作為芯砂材料的閥體鑄件在落砂時,芯砂潰散性好、易清理,內腔表面光潔,無粘砂、脈紋;寶珠砂的致密性好、強度高,即使重復再生使用也很少破碎,減少鑄造過程中的粉塵對環境的污染;寶珠砂可進行再生使用,用其再生砂制作冷芯時,其強度與使用新寶珠砂相當。

　　主控制閥(也稱為主控閥或主閥)是挖掘機核心的零部件之一,是個復雜的液壓元件,材料為球墨鑄鐵,工作條件惡劣,承受大的載荷及磨損。其內腔形狀結構復雜,需較多砂芯成型。硅砂作為閥體的芯砂材料,雖然有價格上的優勢,但因其熱膨脹率大、耐火度低等缺陷無法解決砂芯變形、燒結問題。筆者曾嘗試過使用經過焙燒相變的硅砂作為芯砂材料,但內腔變形、斷芯、燒結、脈紋、粘砂等問題并沒有得到解決。

　　采用鉻鐵礦砂、鋯砂、剛玉砂做芯砂材料,雖然膨脹率較低,但由于這幾種砂的角形系數比較大,粒形差,芯砂流動性差,砂芯出現射不飽滿、疏松等質量問題,由于這幾種砂透氣性、潰散性差,加大了內腔的清理工作,增加了人力、物力成本,而且這幾種砂的價格比較高,成本上難以接受。形成閥體內腔的砂芯形狀如圖2所示,閥桿孔軸線方向某些端面的加工余量只有0.5mm,在這種情況下,既要保證端面的加工余量,又要防止因加工量的增大導致的油腔截面減小,進而影響油腔的通油量,選擇熱膨脹率小的寶珠砂,可以保證鑄件尺寸精度。閥體內腔油道多,且大多數為深扁腔狀,閥體砂芯制作時芯砂充填芯盒不緊密,而且由于輔芯與主芯裝配連接的接口數量多、操作空間小,不便修補。為解決上述問題,選用粒形為球形,具有良好流動性的寶珠砂,從而保證制作的砂芯外形完整、致密;另外,較低的相變體積變化和優良的潰散性能,使生產出的鑄件內腔光潔、無毛刺。

　　寶珠砂形狀為球形,表面積小,消耗樹脂量少,發氣量少。基于上述考慮,決定采用寶珠砂生產覆膜砂,用作閥體的芯砂材料。1試驗材料寶珠砂是一種非石英質型人造砂,利用我國儲量豐富的優質高鋁釩土礦石,經高溫燒結而成,具有耐火度高、流動性好、透氣性好、膨脹率低、防粘砂效果顯著、回用再生性能好、性價比高等優異性能,屬中性材料,可適用于各種鑄造合金和多種鑄造工藝。寶珠砂粒形為球形或接近球形,顏色為灰褐色[1],如圖3所示。粒徑在0.053~2.0mm(270~6目)之間,其化學成分如表1所示。

　　寶珠砂耐高溫、熱穩定性好、不易破碎、再生性良好。表2是寶珠砂與硅砂和鉻鐵礦砂的主要熱物理性能對比[2]。2試驗方法分別選用鉻鐵礦砂和寶珠砂各制芯3件,各組件砂芯組裝完成后進行整體浸涂,涂料比重。其它微量成分含量1.36g/cm3,烘烤溫度160~180,烘烤時間1.5h,造型隔臺下芯,同包鐵液澆注,澆注溫度控制在1360~1395。解剖閥體鑄件對比，使用寶珠覆膜砂作為閥體芯砂材料的鑄件在落砂時,芯砂潰散性好,很容易就能把內腔的芯砂清理干凈,內腔表面光潔,無粘砂、脈紋[如圖4(a)]。

　　使用鉻鐵礦砂作為閥體芯砂材料的鑄件在落砂時,芯砂潰散性差,經多次震砂后才能把內腔的芯砂清理干凈,內腔表面質量一般、多處局部存在粘砂3寶珠砂再生利用寶珠砂的致密性好、強度高,即使重復再生使用也很少破碎,減少鑄造生產過程中的粉塵對生產環境的污染;寶珠砂再生性好,減少產業廢物排放,利于環境保護。