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一、理論基礎(chǔ)

在鑄造中，我們通常會(huì)關(guān)注砂的抗壓強(qiáng)度，因?yàn)樾蜕霸阼T造和凝固過程中主要承受壓力，而在圖1a中，模具承受壓力。在圖1b中，砂芯受到彎曲力，而在圖1c中，砂芯仍然受到壓力。

六西格瑪分析工具在型砂抗壓檢測(cè)中的應(yīng)用

1.澆注過程中的應(yīng)力

懸浮在鐵水中的砂芯會(huì)受到鐵水的浮力，其大小與金屬材料有關(guān)，也與砂芯的重量成正比，如公式(1)所示。懸浮在鐵水中的砂芯在浮力作用下不會(huì)移動(dòng)，直到被芯頭定位。在這個(gè)過程中，作用在砂芯上的浮力會(huì)轉(zhuǎn)化為作用在芯頭上的壓力，這個(gè)壓力不能超過砂芯上的最大壓力。如果壓力過高，可以通過增加堆芯面積或使用堆芯支撐來解決。

F芯=fxW

（公式1）

式中:F芯為鐵水對(duì)砂芯的浮力；f是與材料類別相關(guān)的系數(shù)；w是砂芯的重量，kg。

澆注時(shí)對(duì)模具的壓力來自靜壓和澆注時(shí)的沖擊力。靜壓可以精確計(jì)算，但澆注時(shí)的沖擊力很難計(jì)算。一般模具壓力表為靜壓加50%靜壓，見公式(2)，壓力過程如圖2所示。

六西格瑪分析工具在型砂抗壓檢測(cè)中的應(yīng)用

F=(1.5×A×H×d)/1 000

(公式2)

式中：F為鑄型受到的壓力；A為面積，cm2；H為靜壓高度，cm；d為金屬液密度，g/cm3。

2.凝固過程中的應(yīng)力

鑄鐵凝固階段石墨析出的過程就是膨脹過程，石墨化膨脹對(duì)模具產(chǎn)生很大的壓力，特別是球墨鑄鐵對(duì)模具的剛度和強(qiáng)度有很高的要求。圖3顯示了鑄鐵石墨化膨脹對(duì)模具的壓力。從前面的理論分析可以得出，無論是在澆注過程中還是在金屬凝固過程中，壓力都是模具(型芯)的主要作用力，因此模具(型芯)的抗壓能力是鑄造中關(guān)注的重點(diǎn)。

二、測(cè)試的發(fā)展

抗壓強(qiáng)度是單向區(qū)域被單向壓力破壞時(shí)的極限強(qiáng)度載荷。為了使應(yīng)力更加穩(wěn)定，等徑高是最理想的抗壓試塊。目前國(guó)內(nèi)樹脂砂型砂試驗(yàn)多采用“拉伸試驗(yàn)”，粘土砂采用“壓縮試驗(yàn)”，測(cè)試粘土砂抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試塊尺寸為p50mmx50mm。粘土砂的抗壓強(qiáng)度在1MPa以內(nèi)。試驗(yàn)前，作者用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)用的樹脂砂制作了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸(p50 mm×50m mm)的抗壓試塊，送到型砂檢測(cè)儀廠家進(jìn)行測(cè)試。目前市面上所有的型砂檢測(cè)器都無法碾壓P50 mm× 50 mm的樹脂砂抗壓試塊，經(jīng)過與廠家多次核算和測(cè)試，最終我公司適用于呋喃樹脂砂的型砂抗壓試驗(yàn)試塊為p40mm×40mm，并專門制作了SAZ標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)所用的p40mm。

試樣制備:采用三錘壓實(shí)法制作標(biāo)準(zhǔn)砂樣，然后將制備好的砂樣夾在XQY-ⅱ型智能型砂試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的卡盤之間，抗壓強(qiáng)度為試樣加壓至斷裂時(shí)顯示的數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)中，在同一臺(tái)混砂機(jī)上同時(shí)取拉伸試樣和壓縮試樣，共測(cè)得80組數(shù)據(jù)。

三.測(cè)試數(shù)據(jù)分析

使用六西格瑪工具分別分析拉伸和壓縮數(shù)據(jù)的正態(tài)分布，兩者的P值均大于0.05，如圖4和圖5所示。測(cè)試得到的數(shù)據(jù)都是正態(tài)分布，所以基于這兩組數(shù)據(jù)的其他分析是有效的。

用6o工具對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得到的回歸方程和其他參數(shù)為:壓縮平均y=-0.233+4.33拉伸平均X，

認(rèn)為由線性方程導(dǎo)出的線性回歸方程是有效的，可用于壓縮標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

四.抗壓標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)公司現(xiàn)有的拉伸標(biāo)準(zhǔn)和上述線性方程，相應(yīng)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)見表1。

六西格瑪分析工具在型砂抗壓檢測(cè)中的應(yīng)用

五、壓縮試驗(yàn)代替拉伸試驗(yàn)

制定壓縮標(biāo)準(zhǔn)后，公司16臺(tái)混砂機(jī)采用雙標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，對(duì)一臺(tái)混砂機(jī)的53組數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果如圖6和7所示。

六西格瑪分析工具在型砂抗壓檢測(cè)中的應(yīng)用

使用六西格瑪工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出現(xiàn)場(chǎng)型砂測(cè)試的抗壓數(shù)據(jù)比抗拉數(shù)據(jù)更集中在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，說明抗壓標(biāo)準(zhǔn)是可行的，抗壓測(cè)試可以替代抗拉測(cè)試。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過抗壓試驗(yàn)，建立了型砂內(nèi)控檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，將3月份開始的樹脂砂抗拉強(qiáng)度檢測(cè)改為抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。改變測(cè)試方法后，避免了拉伸試塊對(duì)缺陷的敏感性帶來的誤導(dǎo)，型砂質(zhì)量導(dǎo)致的鑄件質(zhì)量問題下降了70%。