3.2 濕型砂的特點(diǎn)及配比

79.濕型砂的主要特點(diǎn)是什么?

濕型砂是以膨潤土作粘結(jié)劑的一種不經(jīng)烘干的型砂。濕型砂的基本特點(diǎn)在于砂型不需烘干、不經(jīng)固化、具有一定的濕強(qiáng)度,雖然強(qiáng)度較低但是退讓性較好,而且便于落砂。因?yàn)樯靶筒恍韬娓?所以造型效率高、生產(chǎn)周期短、材料成本低,便于組織流水生產(chǎn)。但是因?yàn)樯靶筒唤?jīng)烘干,所以在澆注時(shí),砂型表面就出現(xiàn)了水分的汽化和遷移,使鑄件容易產(chǎn)生氣孔、夾砂以及砂眼、脹砂、粘砂等缺陷。

為了充分發(fā)揮濕型優(yōu)點(diǎn),提高鑄件質(zhì)量,在生產(chǎn)過程中必須保持型砂性能穩(wěn)定、砂型緊實(shí)均勻及鑄造工藝合理。因此,濕型工藝的發(fā)展一直是和造型機(jī)械及造型工藝的發(fā)展緊密相連的。目前濕型機(jī)械化造型已從普通的機(jī)器造型發(fā)展到高密度機(jī)器造型,造型的生產(chǎn)率、砂型的緊實(shí)度、鑄件的尺寸精度不斷提高,鑄件表面粗糙度值則不斷降低。各種造型方法的特點(diǎn)及所生產(chǎn)的鑄件尺寸精度和表面粗糙度見表3-12。

表3-12 各種造型方法的特點(diǎn)、鑄件的尺寸精度(GB/T 6414—1999)和表面粗糙度(GB/T 6060.1—1997)

① 砂型上下端面的硬度值,用B型型砂硬度計(jì)測出。

一般來說,壓實(shí)比壓大于0.7MPa的稱為高壓造型。高壓造型的砂型密度可達(dá)1.5～1.6g/cm³,硬度在90以上(用B型硬度計(jì)測量),故也稱高密度造型。高密度造型包括多觸頭高壓造型、無箱擠壓造型、氣沖造型及靜壓造型等。這幾種造型法所用濕型砂的性能和配比比較接近。

濕型砂主要應(yīng)用于生產(chǎn)中小型鑄件,特別是應(yīng)用于大批量機(jī)械化造型生產(chǎn)汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、輕紡機(jī)械等鑄件。采用濕型(不刷涂料時(shí))也可生產(chǎn)重達(dá)幾百千克的鑄鐵件。

80.濕型砂的主要原材料組分是什么?如何選用?

濕型砂的基本組分有原砂、膨潤土和煤粉。為改善濕型砂的一些特殊性能,有時(shí)還添加重油、淀粉以及氧化鐵粉等。

1)選用原砂時(shí),首先要根據(jù)所澆注的合金種類確定原砂的二氧化硅含量；其次根據(jù)混合料種類確定原砂泥的含量及其他性能；還要根據(jù)鑄件大小確定原砂粒度。濕型砂所用原砂一般較細(xì),粒度主要有50/100、70/140和100/200篩號,如采用水洗砂,泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好在1%以下。高密度造型的濕型砂,為減小砂型受熱時(shí)的膨脹,避免引起夾砂,原砂的SiO₂含量不必過高,粒形不必很圓,可以采用多角形原砂,粒度不宜過于集中,一般采用三篩砂或四篩砂,必要時(shí)可將兩種粒度的原砂混合使用,以達(dá)到合適的粒度要求。

2)選用膨潤土?xí)r,首先應(yīng)考慮的是膨潤土的純度,即其中的有效蒙脫石含量。為防止鑄件夾砂,最好采用熱濕拉強(qiáng)度較高的膨潤土,如天然或人工活化的鈉基膨潤上。也可以采用部分活化的鈉基膨潤土,或是將鈉基膨潤土與鈣基膨潤土按一定比例混合后加入,以達(dá)到型砂對熱濕拉強(qiáng)度的要求。

3)在選用煤粉時(shí),首先檢測煤粉的揮發(fā)分,有條件時(shí)還可增加檢測煤粉的焦渣特征和光亮碳含量。為保持較好的造型性能,可將煤粉與重油或渣油配合使用,或者加入一種由膨潤土、煤粉及其他高揮發(fā)分的炭質(zhì)材料組成的復(fù)合添加劑。

4)為提高型砂韌性、減少型砂回彈現(xiàn)象并使型砂水分保持在一定范圍,高密度造型的型砂中一般還加入少量α淀粉或糊精。淀粉類附加物對型砂性能的影響見表3-13。由表3-13可見,α淀粉與糊精的使用效果有明顯差異。糊精能顯著提高型砂的表面強(qiáng)度、熱濕拉強(qiáng)度和韌性,但使?jié)駢簭?qiáng)度和流動(dòng)性劇烈下降。α淀粉雖然對型砂的表面強(qiáng)度、熱濕拉強(qiáng)度和韌性的提高程度不如糊精,但對濕壓強(qiáng)度和流動(dòng)性影響不大。

表3-13 淀粉類附加物對型砂性能的影響

注:水平箭頭表示基本不變,箭頭向上或向下表示提高或降低,雙箭頭表示顯著提高或降低。

5)氧化鐵粉能降低型砂的燒結(jié)點(diǎn),在澆注時(shí)使型腔表面玻璃化,減輕鑄件表面粘砂和球墨鑄鐵件的皮下氣孔缺陷。氧化鐵粉僅在正確使用時(shí)才有好的效果,加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過3%。

81.在擬定濕型砂配比之前應(yīng)考慮哪些事項(xiàng)?

在擬定濕型砂配比之前,必須首先根據(jù)澆注的合金種類、鑄件特征和要求、造型方法和工藝及清理方法等因素確定型砂應(yīng)具有的性能范圍；然后再根據(jù)各種原材料的品種和規(guī)格、砂處理方法、設(shè)備、砂鐵比及各項(xiàng)材料燒損比例等因素?cái)M定型砂的配比。一個(gè)新的型砂系統(tǒng)通常在開始使用前,先參考類似工廠中比較成功的型砂系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),再結(jié)合本廠的具體情況,初步擬定出型砂的技術(shù)指標(biāo)和配比,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配砂,并調(diào)整配比,使性能符合指標(biāo)要求；然后進(jìn)行小批混制,造型澆注,對型砂的技術(shù)指標(biāo)及配比進(jìn)行反復(fù)修改,直到試驗(yàn)合格才可投入正式生產(chǎn)。一個(gè)車間的型砂技術(shù)指標(biāo)和配比要經(jīng)過長期生產(chǎn)驗(yàn)證才能確定。

82.如何根據(jù)合金種類來擬定濕型砂的配比?

由于鑄鐵件、鑄鋼件和鑄造非鐵合金件的合金特性和澆注溫度不同,因此它們用的濕型砂配方也不相同。

鑄鐵件的合金熔點(diǎn)較高(略低于鑄鋼),澆注溫度一般為1200～1400℃,因此對濕型砂耐火度的要求可比鑄鋼件低。

鑄鐵件濕型砂的顯著特點(diǎn)是其中普遍加入了煤粉,因而亦稱“煤粉砂”。煤粉的作用主要在于防止粘砂,如煤粉與渣油液混合使用可使鑄鐵件表面更加光潔,同時(shí)減小了夾砂缺陷的傾向,還有利于保持型砂中水分和消除型砂中的團(tuán)塊,使型砂比較松軟,從而使流動(dòng)性得到改善。

鑄鐵件用的濕型砂配比,工廠習(xí)慣將舊砂和新砂之和作為100(質(zhì)量份),膨潤土、煤粉和其他附加物在100之外。之所以這樣,是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中舊砂與新砂的加入量基本保持不變,而粘土、煤粉等附加物的加入量需要根據(jù)型砂性能的要求和變化隨時(shí)調(diào)整,如果將舊砂、新砂、各種附加物、水一起算做100,則一旦調(diào)整其中的某一種材料的加入量,那么各種材料的質(zhì)量份就必須重新計(jì)算,而且新、舊砂的質(zhì)量份會(huì)出現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)以后的數(shù)字,計(jì)算和控制都十分麻煩。在型砂配比中,舊砂加入量一般為80～95,新砂加入量為5～20(生產(chǎn)砂芯多的鑄件時(shí),因大量芯砂進(jìn)入舊砂系統(tǒng),新砂加入量減為0～5),活性膨潤土加入量為6～10,有效煤粉加入量為2～7,如有需要還可以加入0.5～1.0的α淀粉,以改善型砂性能。

鑄鋼件的合金熔點(diǎn)很高,澆注溫度高達(dá)1500～1650℃,因此要求混型砂有較高的耐火度和透氣性。

在鑄鋼件用的濕型砂中,新砂所占比例較大,膨潤土加入量也相應(yīng)增多。為提高型砂性能,常加入少量有機(jī)水溶性粘結(jié)劑(例如糊精、α淀粉)等附加物。

鑄造非鐵合金件的合金(銅合金、鋁合金、鎂合金)熔點(diǎn)一般不高,銅合金澆注溫度約1200℃,鋁合金澆注溫度一般不超過700～800℃,鎂合金澆注溫度更低,因此時(shí)濕型砂的耐火度和化學(xué)熱穩(wěn)定性要求不高。但非鐵合金液一般極易氧化,主要要求是防止合金液滲入鑄型,要求鑄件有較清晰的輪廓、美觀及尺寸比較精確,因此,原砂粒度一般較細(xì),含水量較低,以減少型砂的發(fā)氣量和提高流動(dòng)性。鑄造銅合金的濕型砂中常加入重油以提高鑄件的表面質(zhì)量。在鑄造鎂合金的濕型砂中,還需加入保護(hù)劑,如硫磺粉、硼酸等,以防止鎂液氧化。

膨潤土和煤粉的加入量必須根據(jù)所生產(chǎn)的鑄件不同和鑄件品質(zhì)情況具體確定。如果在一個(gè)型砂系統(tǒng)的造型線上生產(chǎn)幾種鑄件的砂鐵比不同、芯砂流入量不同和工藝參數(shù)不同,則回用舊砂中的活性膨潤土含量、有效煤粉含量都不相同。若始終按照固定批料配方所規(guī)定的膨潤土和煤粉補(bǔ)加量進(jìn)行加料和混砂,即使型砂緊實(shí)率符合要求,也會(huì)造成型砂性能波動(dòng)和鑄件廢品率增高。為此,生產(chǎn)多種鑄件的型砂系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)每天的生產(chǎn)計(jì)劃來改變膨潤土和煤粉的加入量。

相關(guān)鑄造造型材料手冊列出了一些鑄鐵件、鑄鋼件、非鐵合金件濕型砂所用或曾經(jīng)使用的配比和性能實(shí)例。需要說明的是,這些配方分別是根據(jù)各廠的具體條件制定的,包括原材料來源及性能、造型方法、鑄件材質(zhì)及大小、壁厚、生產(chǎn)習(xí)慣、檢測儀器等許多因素,型砂性能的取樣大多是從混砂機(jī)旁,而不是從造型處,而且數(shù)值也并非全部合理,因此僅供相關(guān)工廠參考,而不是作為推薦,其他工廠不可照搬。

83.什么是高密度造型型砂?其有何特點(diǎn)?

高密度造型是指提高造型緊實(shí)力以制得較高緊實(shí)程度或較高密度砂型的造型方法。過去高密度造型僅指各種高壓造型。近年來,高速的沖擊造型,包括動(dòng)力(機(jī)械)沖擊和氣流沖擊造型得到了越來越廣泛的開發(fā)和應(yīng)用,也屬高密度造型。

與用通常方法造型相比較,高密度造型的型砂性能具有以下特點(diǎn):

(1)濕強(qiáng)度 為提高砂型的硬度,避免澆注時(shí)型壁移動(dòng),型砂應(yīng)當(dāng)具有高的濕強(qiáng)度,因?yàn)楦邼駨?qiáng)度是保證砂型高硬度的必要條件。

(2)緊實(shí)率和含水量 型砂比通常造型型砂稍干一些,因?yàn)樵诟呙芏仍煨蜅l件下,型砂較濕易引起鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷或水爆炸現(xiàn)象。

(3)透氣性 高密度造型的砂粒排列比較密實(shí),所以要求透氣性稍微高些。

(4)抗夾砂結(jié)疤能力 高密度造型的緊實(shí)程度高,所以希望型砂具有較好的抗夾砂結(jié)疤能力。

(5)抗機(jī)械粘砂能力 由于高密度造型的砂型比較緊實(shí),生產(chǎn)鑄鐵件時(shí)可以降低型砂中的有效煤粉含量。這對于防止嗆火和爆炸粘砂也有好處。

(6)流動(dòng)性 氣流沖擊造型的緊實(shí)過程是在一瞬間使砂粒高速運(yùn)動(dòng)。因此要求型砂在緊實(shí)前為疏松的低密度狀態(tài),有利于砂粒在高加速度下產(chǎn)生高的工作壓力,使模板處砂型得到更好的緊實(shí)。高壓造型用的型砂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1.0%的α淀粉,可提高型砂的熱濕拉強(qiáng)度,減少熱壓應(yīng)力,延長型砂表面激熱開裂時(shí)間,提高抗夾砂能力；可提高砂型表面強(qiáng)度和風(fēng)干后表面強(qiáng)度,加強(qiáng)抗沖蝕能力,減少?zèng)_砂等缺陷。特別是在應(yīng)用鈣基膨潤土的型砂中加α淀粉,能使型砂熱濕拉強(qiáng)度劇增,韌性明顯提高。

84.如何控制手工造型和震實(shí)機(jī)器造型方法生產(chǎn)中小灰鑄鐵件時(shí)的型砂性能?其混砂的合理配比應(yīng)是什么?

表3-14中的數(shù)值綜合了一些國內(nèi)外生產(chǎn)中小灰鑄鐵件比較穩(wěn)定的鑄造工廠的型砂性能。含泥量是指型砂而言,不是舊砂含泥量。性能的波動(dòng)范圍根據(jù)鑄件大小、厚薄和結(jié)構(gòu),以及清理方法不同而異,一般情況可取中間值。表中有效膨潤土量是指5.00g型砂的0.20%濃度試劑純亞甲基藍(lán)溶液滴定量；有效煤粉量是指1.00g型砂900℃的發(fā)氣量。

表3-14 國內(nèi)外鑄造工廠生產(chǎn)中小灰鑄鐵件的型砂性能

注:其型砂取樣來自造型處。

至于混砂的配比是很難做出合理推薦的,因?yàn)楦鲝S所用的原材料品質(zhì)不同,各種原材料在澆注時(shí)的燒損程度不同,舊砂回用的處理方法不同。表3-15所推薦的混砂配比的條件是原材料為內(nèi)蒙古砂、優(yōu)質(zhì)膨潤土、優(yōu)質(zhì)煤粉；砂鐵比5～7；樹脂芯砂混入舊砂中約占舊砂質(zhì)量的0.5%～2%；無舊砂除塵冷卻裝置；鑄件經(jīng)拋丸清理。一般情況可取中間值。

表3-15 國內(nèi)某廠兩種造型條件下的型砂配比

85.在生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備均比較簡陋的工廠,如何控制混砂配比才能澆注出高質(zhì)量的鑄件?

在生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備均比較簡陋的工廠,其舊砂中殘余的有效膨潤土和煤粉都是難以準(zhǔn)確估計(jì)的,要得出適宜的混砂配比只能靠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來確定。混砂時(shí)膨潤土加入量靠邊混砂邊手捏,發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不足就適量補(bǔ)加一些膨潤土,如果感到強(qiáng)度過高就向碾中補(bǔ)加舊砂或新砂。但是砂中需要補(bǔ)加多少煤粉就只能看澆注后的鑄件表面光潔程度,確定下一批鑄件的煤粉加入量。如果鑄件表面出現(xiàn)藍(lán)色,對于無拋丸清理設(shè)備的工廠可能已經(jīng)合適,但需注意煤粉不可過多,以防氣孔缺陷。如果單一砂混砂時(shí),膨潤土和煤粉已經(jīng)加入相當(dāng)多,例如膨潤土加入2.0%以上,煤粉加入量1.0%以上,而型砂強(qiáng)度仍然不高,鑄件表面仍然毛糙,則表明所用膨潤土和煤粉為等外品,必要時(shí)需更換材料來源。

86.采用靜壓和擠壓兩種高密度造型方法,典型的型砂性能和混砂配比應(yīng)當(dāng)如何確定?

表3-16歸納了一些國內(nèi)外高密度造型線的造型機(jī)處型砂性能要求。有效膨潤土量是指5.00g型砂的0.20%濃度試劑純亞甲基藍(lán)溶液滴定量；有效煤粉量是指1.00g型砂900℃的發(fā)氣量。靜壓造型的濕壓強(qiáng)度、有效膨潤土和有效煤粉取中間值及以上,擠壓造型取中間值及以下。根據(jù)氣候條件不同及運(yùn)送距離不同,混砂機(jī)取樣含水量可能需比造型機(jī)處提高0.2%～0.4%,緊實(shí)率提高2%～4%。

表3-16 國內(nèi)外高密度造型線的造型機(jī)處型砂性能要求

注:型砂取樣來自造型機(jī)處。

型砂的混砂原材料品質(zhì)不同,鑄件厚薄不同,砂型砂鐵比不同,配比也就不同。表3-17列出了國內(nèi)某鑄造廠的較成功的型砂配比。其砂型用原砂為內(nèi)蒙古砂或平潭砂,粒度為70/140目,合脂芯砂和冷芯盒芯砂用原砂為50/100目。膨潤土為遼寧優(yōu)質(zhì)活化土,煤粉為高效煤粉。靜壓線生產(chǎn)較厚大鑄鐵件,假定砂鐵比為5～7。難起模的砂型局部必要時(shí)覆蓋加有α淀粉的面砂。擠壓線生產(chǎn)較薄小鑄鐵件,假定砂鐵比為6～8。新砂加入是為了補(bǔ)充落砂時(shí)砂粒部分的損失,并沖淡逐漸積累的灰分。混入舊砂中的潰散芯砂作用與新砂類似,只是會(huì)使型砂粒度變粗,砂粒上附著的殘留樹脂膜也可代替一部分煤粉起防粘砂作用。

表3-17 靜壓和擠壓造型的型砂配比

87.潰散后的樹脂芯砂混入量約占舊砂總量的10%左右時(shí),其是否正常?

表3-18列出了國內(nèi)某廠148造型線用型砂配比。從表中可以看出:①舊砂中樹脂砂混入量約10%,即使不計(jì)舊砂中樹脂芯砂的長時(shí)間累積量,加上新砂3%后,砂子更新量已經(jīng)高達(dá)13%,必然會(huì)迫使該廠經(jīng)常丟棄一些舊砂,以免砂系統(tǒng)過滿。應(yīng)設(shè)法降低芯砂混入量。②由緊實(shí)率/水分=11.8～13.2的比值來看,型砂的含泥量不高,是潰散芯砂混入過多引起的。③透氣性過高是較粗顆粒樹脂芯砂(通常粒度50/100)大量混入造成的,鑄件表面會(huì)有粘砂。如果煤粉品質(zhì)不夠好,粘砂就更加嚴(yán)重,估計(jì)砂型表面噴涂料是不可避免的。④單一砂中膨潤土加入量1.2%～1.3%,而型砂濕壓強(qiáng)度只有0.12～0.15 MPa。可以確定或者膨潤土品質(zhì)不良,或者混砂程度嚴(yán)重不足(例如混砂時(shí)間短、刮板磨損未能經(jīng)常調(diào)整和更換、混砂機(jī)中粘附大量砂子、沒有每日清理干凈),型砂中會(huì)出現(xiàn)大量砂豆。

表3-18 國內(nèi)某廠148造型線用型砂配比

88.如何解決機(jī)械化造型機(jī)流水線上的舊砂中混入過量芯砂所導(dǎo)致的問題?

如國內(nèi)某廠用造型機(jī)流水線生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體,在落砂時(shí)有大量潰散的冷芯盒芯砂摻入舊砂中,使舊砂量增多,砂系統(tǒng)容納不下,只好定期扔掉一些舊砂。實(shí)際上扔掉的都是好的砂子,浪費(fèi)了資源。更嚴(yán)重的是芯砂摻入后混出的型砂性能不好,發(fā)脆且缺乏韌性,而且型砂粒度明顯變粗,透氣率達(dá)到180～200,砂型表面如果不噴刷涂料就會(huì)產(chǎn)生鑄件表面粗糙和粘砂缺陷。

事實(shí)上,冷芯盒芯砂大量混入型砂中,優(yōu)點(diǎn)是殘余芯砂也是光亮碳析出物,能夠代替部分煤粉防止鑄件表面粘砂缺陷。缺點(diǎn)是必然會(huì)使型砂性能變脆和發(fā)散。殼芯和合脂芯砂也有類似傾向。這只能靠少許增加膨潤土量、延長混砂時(shí)間,必要時(shí)再加入少許α淀粉才能有所好轉(zhuǎn)。國內(nèi)很多鑄造工廠混砂時(shí)間與國外相比嚴(yán)重不足。例如國內(nèi)某拖拉機(jī)制造企業(yè),經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn),只要適量延長混砂時(shí)間就可使冷芯盒芯砂混入舊砂而使型砂變脆和起模性變差的問題大為好轉(zhuǎn)。

由于潰散芯砂混入舊砂中,而且越來越多,透氣性必然逐漸增高。如果型砂透氣性超過150～160,只好在砂型表面噴刷醇基或水基涂料,只噴下型或上下型都噴。在國內(nèi)外的發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件生產(chǎn)工廠類似情況也普遍存在。美國有一家鑄造工廠的經(jīng)驗(yàn)是混砂時(shí)改為加入粒度100/140的兩篩分布原砂,加入量為5%,使型砂粒度保持在50/140的四篩分布,據(jù)稱效果良好。

89.濕壓強(qiáng)度過高或過低對鑄件有何不良影響?

如果型砂試樣測得濕壓強(qiáng)度過低,同時(shí)砂型的緊實(shí)程度也過低,則制得的砂型強(qiáng)度和砂型硬度必然顯得過低。砂型強(qiáng)度和硬度不足就會(huì)造成沖砂、掉砂及砂孔缺陷,還會(huì)發(fā)生脹砂、縮松而影響鑄件尺寸精度和致密性。這就是如今先進(jìn)的濕型鑄造工廠采用高強(qiáng)度型砂和高密度造型方法的原因。但是型砂濕壓度也不可過高,否則會(huì)使?jié)⑸⑿宰儾?落砂時(shí)大砂塊難以破碎,也會(huì)使鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向增大。

型砂試樣強(qiáng)度過高的原因主要是所含有效膨潤土量過多,給混砂造成很多困難,只有靠有力和足夠長時(shí)間的混合才能均勻,否則極易出現(xiàn)未混勻的膨潤土所形成的砂豆。此外,追求過高型砂度還會(huì)增加生產(chǎn)成本。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對型砂有效膨潤土量的控制。

90.泥分含量對型砂性能有什么影響?不同生產(chǎn)線對型砂含泥量的要求是多少?

型砂中泥分包括:①有效膨潤土和有效煤粉。使用高品質(zhì)膨潤土和煤粉時(shí),型砂中這兩者總共含量大約10%左右。②加入新砂、煤粉、膨潤土?xí)r帶入的粉塵雜質(zhì)和已被燒損的死粘土和死煤粉。這些無用的材料稱為“灰分”。泥分是吸水物質(zhì),在同樣緊實(shí)率的條件下,泥分高的型砂含水量增多。高密度造型的型砂緊實(shí)率除以含水量應(yīng)當(dāng)為10%～12%。如果低于此數(shù)值,表明型砂含泥量(尤其是灰分)過多。型砂的灰分過多還會(huì)使透氣性下降,鑄件容易產(chǎn)生氣孔類缺陷,而且在同樣的濕壓強(qiáng)度情況下,灰分使型砂韌性、起模性和熱濕拉強(qiáng)度明顯降低,鑄件容易產(chǎn)生砂孔類和夾砂類缺陷。

有的鑄造廠只測舊砂的含泥量,實(shí)際上最重要的是型砂含泥量。型砂含有泥分多少?zèng)Q定型砂的各種重要性能,然而從舊砂含泥量無法推算出型砂含泥量。在不同鑄造工廠中兩者相差大約0.5%～3.5%。雖然測定舊砂含泥量所需時(shí)間稍微短一些,不過不論測定舊砂或型砂含泥量,幾乎均需一天時(shí)間才能獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。

DISA公司推薦一般擠壓造型機(jī)用型砂含泥量為11%～13%,而較大的2070型造型機(jī)用型砂的含泥量為12%～14%,原因是后者砂型較大,要求型砂的強(qiáng)度較高,加入了更多的膨潤土。BMD公司要求國內(nèi)某公司氣沖線型砂含泥量10%～13%。B&P公司對另一鑄造廠的射壓造型線要求型砂含泥量10.5%～13.5%。我國有的工廠使用同樣造型線的型砂含泥量在15%以上,可能是由于所使用的原砂、膨潤土和煤粉品質(zhì)不良,舊砂缺乏有效除塵處理造成的。

91.如何改善砂型的起模性能?

為了容易起模和避免砂型棱角破碎和吊砂(砂臺)斷裂,型砂應(yīng)當(dāng)具有一定的韌性,即砂型受到起模所施加的外力后,能否產(chǎn)生適量的變形和不易破碎的性能。選用優(yōu)質(zhì)膨潤土,延長混砂時(shí)間,型砂的相對濕度(緊實(shí)率)高,型砂中加入糊精和α淀粉都能提高型砂韌性。型砂中灰分不可過多,因?yàn)榛曳帜軌蚴剐蜕白兇唷５切蜕绊g性與流動(dòng)性是相互矛盾的,通常韌性較高的型砂,流動(dòng)性明顯降低,因此,二者必須兼顧。例如,高密度造型時(shí),希望保證型砂具有良好的流動(dòng)性,只要起模沒有困難,就盡量降低型砂的緊實(shí)率。為了測定型砂的韌性,可以在測定型砂試樣強(qiáng)度(抗剪、抗壓)時(shí),檢測試樣開始破裂的變形量。也可由型砂的破碎指數(shù)表示其韌性。

另一個(gè)改善起模性的措施是提高砂型與模樣之間的潤滑性,降低型砂對模樣的粘附力和摩擦阻力。噴涂分型劑是最常用的辦法。測定將型砂試樣從試樣筒頂出的力可以用來衡量是否容易起模。型砂的濕壓強(qiáng)度越高,頂出阻力也高。型砂中加有煤粉、α淀粉,試樣筒表面涂油,都能降低頂出阻力。研究表明,加有1%α淀粉或糊精的型砂頂出力只有原來的三分之一左右。但是從生產(chǎn)成本考慮,除了個(gè)別面砂適量加入一些淀粉材料以外,主要靠控制好型砂干濕程度來保證起模容易。

92.在實(shí)際生產(chǎn)中如何通過手捏感來判斷型砂的強(qiáng)度和柔韌性?

用手抓一把型砂,并將它捏緊的感覺是多種型砂性能的綜合表現(xiàn):①首先可以從沾手的感覺判斷型砂干濕程度,也可與以前型砂檢測結(jié)果對比估計(jì)出含水量多少。②然后,手的五指攥緊使型砂受到壓縮,可以感覺出手掌中砂樣的緊實(shí)變形量。國內(nèi)某日資鑄造廠要求測定型砂的“抗縮值”,即制備標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)測出沖擊兩下與沖擊三下之間的試樣高度變化,要求控制在(1.30±0.15)mm。抗縮值過低表明試樣緊實(shí)的前兩下沖擊過程中試樣已接近最終高度,但是手感不夠柔和。抗縮值過高表明前兩下沖擊試樣高度與最終高度相差較多,手感柔和,但緊實(shí)流動(dòng)性低,而且澆注時(shí)容易“脹砂”。③繼續(xù)將幾只手指向手掌進(jìn)行少許相對搓揉運(yùn)動(dòng),感覺已經(jīng)緊實(shí)的型砂團(tuán)是否容易改變形狀而不破碎,這代表型砂的可塑性或韌性,也繼續(xù)感覺出型砂的柔軟或扎手。可以用測定型砂試樣強(qiáng)度(抗剪、抗壓)時(shí)試樣開始破裂的變形量或用測定破碎指數(shù)來表示韌性。④用中指與拇指掐斷已經(jīng)形成長條的型砂試樣的中間部位,感覺型砂的強(qiáng)度,大致相當(dāng)于型砂的劈裂強(qiáng)度。⑤由長條試樣上的手指紋路是否清晰來判斷型砂的流動(dòng)性。

93.在一個(gè)型砂系統(tǒng)的造型線上同時(shí)生產(chǎn)砂鐵比懸殊(砂鐵比從3到15)的鑄件,應(yīng)如何調(diào)控型砂配制,以確保其性能穩(wěn)定?

首先,兩種砂鐵比相差懸殊的鑄件分別代表兩種厚薄和大小不同的鑄件,所需要的型砂差別主要在于有效膨潤土和煤粉含量不同,以及膨潤土與煤粉的補(bǔ)充量不同。砂鐵比大的鑄件屬于薄壁小件,型砂的有效煤粉量即使較低,也能生產(chǎn)出光潔鑄件。膨潤土和煤粉的燒損較少,因而補(bǔ)充量較低。而砂鐵比較小的厚大鑄件,就需要更高的有效煤粉量才使鑄件表面光潔。膨潤土和煤粉的燒損量較大,因而補(bǔ)充量較高。如果同時(shí)生產(chǎn)厚薄相差非常大的鑄件,對型砂中有效煤粉和有效膨潤土含量控制只能遷就厚大件,但是需要密切注意薄鑄件表面是否顯示出過度光潔和有嗆火趨勢。在造型澆注計(jì)劃的安排上,應(yīng)當(dāng)有規(guī)律交錯(cuò)搭配,即周期性地交替生產(chǎn),使型砂的組分及性能在允許的范圍內(nèi)輕微波動(dòng),而避免長時(shí)間單向趨勢造成巨大起伏。除了要保持型砂的強(qiáng)度穩(wěn)定,還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密檢測和控制型砂的有效煤粉及有效膨潤土量,使這兩個(gè)指標(biāo)能分別適合厚薄鑄件的要求。

94.型砂中煤粉的有效含量在生產(chǎn)球鐵件和灰鐵件時(shí)有何區(qū)別?

灰鐵件型砂中的有效煤粉量是用來保證鑄件不產(chǎn)生表面粘砂缺陷,使鑄件表面光潔。具體的有效煤粉量不但取決于煤粉本身的品質(zhì)好壞,也取決于鑄件的厚薄和大小,還要看鑄件的清理方法。例如,有的手工造型工廠只用鋼絲刷清理鑄件表面,要求刷后即露出光滑藍(lán)色表面,則型砂中必須含有較多的有效煤粉。有的工廠具有強(qiáng)力拋丸設(shè)備,鑄出后局部表面粘附一薄層砂,也會(huì)在隨后拋丸清理時(shí)完全露出鑄件的金屬表面。這種情況下,有效煤粉量稍低一些也無妨,甚至不希望鑄出表面過分光潔,以免產(chǎn)生侵入氣孔缺陷。按照一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),高密度造型型砂的有效煤粉量和機(jī)器造型煤粉量,折合優(yōu)質(zhì)煤粉或高效煤粉的有效含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別大約為3.5%～5.5%和4.5%～6.5%。生產(chǎn)球墨鑄鐵件還要求在澆注時(shí)型腔中充滿大量還原性氣體,可以防止?jié)踩腓F液中的鎂和硫化鎂與型砂水分產(chǎn)生反應(yīng)性氣孔缺陷,要求有效煤粉量取上限。