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砂型鑄造——濕型鑄造

發(fā)布時間：2015/1/9 14:15:05 來源：泊頭市利豐機械制造有限公司

粘土砂型概述

粘土砂型可分為濕型、干砂型和表面烘干砂型。三者之間的主要差別在于：濕型是造好的砂型不經(jīng)烘干，直接澆入高溫金屬液體；干砂型是在合箱和澆注前將整個砂型送入窯中烘干；表面烘干砂型只在澆注前對型腔表層用適當方法烘干深度（一般5～10mm，大件20mm以上）。

目前，濕型砂是使用廣泛的、方便的造型方法，大約占所有砂型使用量的60～70％，但是這種方法還不適合很大或很厚實的鑄件。表面烘干型與干型比，可節(jié)省烘爐，節(jié)約燃料和電力，縮短生產(chǎn)周期，所以曾在中型和較大型鑄鐵件的生產(chǎn)中推廣過。通常采用較粗砂粒（使有高的透氣性），加入較多粘土和水分，有時還在型砂中加1～2％的木屑（提高抗夾砂結疤能力），其型腔表面須涂敷涂料。

干型主要用于重型鑄鐵件和某些鑄鋼件，為了防止烘干時鑄型開裂，一般在加入膨潤土的同時還加入普通粘土。干型主要靠涂料_鑄件表面質(zhì)量。其型砂和砂型的質(zhì)量比較容易控制，但是砂型生產(chǎn)周期長，需要專門的烘干設備，鑄件尺寸精度較差，因此，近些年的干型，包括表面烘干的粘土政型已大部分被化學粘結的自硬砂型所取代。

1 濕型鑄造

1.1 濕型鑄造特點

濕型鑄造法的基本特點是砂型（芯）無需烘干，不存在硬化過程。其主要優(yōu)點是生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，便于組織流水生產(chǎn)，易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化；材料成本低；節(jié)省了烘干設備、燃料、電力及車間生產(chǎn)面積；延長了砂箱使用壽命等。但是，采用濕型鑄造，也容易使鑄件產(chǎn)生一些鑄造缺陷，如：夾砂、結疤、鼠尾、粘沙、氣孔、砂眼、脹砂等。隨著鑄造科學技術的發(fā)展，對金屬與鑄型相互作用原理的理解更加深刻；對型砂質(zhì)量的控制更為有效；加上現(xiàn)代化砂處理設備使型砂質(zhì)量得到了_；_的造型機械使型砂緊實均勻，起模平穩(wěn)，鑄型的質(zhì)量較高，進了濕型鑄造方法應用范圍的擴大。例如汽車、拖拉機、柴油機等工業(yè)中，質(zhì)量在300～500kg以下的薄壁鑄鐵件，現(xiàn)都已成功地采用濕型鑄造?，F(xiàn)代化造型方法有：普通機器造型、微震壓實造型、多觸頭高壓造型、射壓造型、沖擊造型及靜壓造型等。各種造型方法的特點及所生產(chǎn)的鑄件尺寸精度和表面粗糙度值見表1。

1.2 濕型砂用原材料

濕型砂是由原砂、粘土、附加物及水按配比組成的。常用的加料順序是先將回用砂和新砂、粘土粉、煤粉等干料混勻，再加水混至要求的水分。型砂的配方應根據(jù)澆注合金種類、鑄件特征和要求、造型方法和工藝、清理方法等因素確定型砂應具有的性能范圍，然后再根據(jù)各種造型原材料的品種和規(guī)格、砂處理方法和設備性能、砂鐵比等因素擬定。

一、石英質(zhì)原砂(具體參數(shù)請查詢鑄造技術數(shù)據(jù)-鑄造技術-鑄造工藝參數(shù)-鑄造造型材料-鑄造用砂)

鑄造生產(chǎn)中使用量大的原砂是以石英為主要礦物成分的硅砂。硅砂資源豐富，分布極廣，易于開采，價格低廉，能滿足鑄造上多數(shù)情況的要求。生產(chǎn)中通常根據(jù)鑄件的合金種類、質(zhì)量、壁厚的不同來選定原砂的化學成分和礦物組成。例如鑄鋼的澆注溫度高達1500℃左右，鋼液含碳量較低，型腔中缺乏能防止金屬氧化的強還原性氣氛，與鑄型相接觸的界面上金屬容易氧化生成FeO和其他金屬氧化物，因而較易與型砂中雜質(zhì)進行化學反應而造成化學粘砂。所以要求原砂中SiO2含量應較高，有害雜質(zhì)亦應嚴格控制。鑄鋼件的澆注溫度越高，壁厚越厚，則對原砂中SiO2含量的要求越高。

表1 各種造型方法的特點及所生產(chǎn)的鑄件尺寸精度和表面粗糙度

造型方法		比壓/MPa	硬度①	砂型平均密度（g.cm-3）	鑄件基本尺寸／mm和尺寸公差等級CT				鑄件表面粗糙度Ra/um
造型方法		比壓/MPa	硬度①	砂型平均密度（g.cm-3）	>7～63	>63～100	>100～160	>160～250	鑄件表面粗糙度Ra/um
低壓造型；例如普通機器造型		0.13～0.4	60～80	1.2～1.3	8～9	8～9	8～9	9～10	50～400
中壓造型：例如微震壓實		0.4～0.7	70～90	1.4～1.5	7～9	7～9	7～9	8～10	50～400
高壓造型	射壓造型	>0.7	90左右	1.5～1.6	6～7	6～7	6～7	7～8	6.3～50(12.5～25)
高壓造型	多觸頭高壓造型	>0.7	90左右	1.5～1.6	5～6	6～7	6～7	7～8	6.3～50(12.5～25)
沖擊造型	氣流沖擊造型		90左右	1.5～1.6	提高了砂型的尺寸精度、鑄件的尺寸精度低于高壓造型				6.3～50
沖擊造型	動力（機械）沖擊造型		90左右	1.5～1.6	提高了砂型的尺寸精度、鑄件的尺寸精度相當或略優(yōu)于高壓造型				6.3

①指砂型上下平面的表面度度值，用B型砂到硬度計利出。
②括號內(nèi)為常見的粗糙度值，但我國的勞件q比此但法度值大1～2個等級。
③我國高壓造型實際達到的精度比表中約差1～3個等級。

二、非石英質(zhì)原砂

非石英質(zhì)原砂是指礦物組成中不含或只會少量游離SiO2的原砂。雖然硅砂來源廣，價格低，能滿足一般鑄鐵、鑄鋼和非鐵合金鑄件生產(chǎn)的要求而得到廣泛應用，但是硅砂還有一些缺點：熱膨脹系數(shù)比較大，熱擴散率比較低，蓄熱系數(shù)比較低，容易與鐵的氧化物起作用等。這些都會對鑄型與金屬的界面反應起不良影響。在生產(chǎn)高合金銅鑄件或大型鑄鋼件時，使用硅砂配制的型砂，鑄件容易發(fā)生粘砂缺陷，使鑄件的清理_困難。清砂過程中，工人長期吸入硅石粉塵易患矽肺。

為了提高鑄件表面質(zhì)量，_勞動條件，在鑄鋼生產(chǎn)中已逐漸采用一些非石英質(zhì)原砂來配制無機和有機化學粘結劑型砂、芯砂或涂料。這些材料與硅砂相比，大多數(shù)都具有較高的耐火度、熱導率、熱擴散率和蓄熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)低而且膨脹均勻，與金屬氧化物的反應能力低等優(yōu)點，能得到表面質(zhì)量高的鑄件并_清砂勞動條件。但這些材料中有的價格較高，比較稀缺，故應當合理選用。目前可用的非石英質(zhì)原砂有橄欖石破、鋯砂、鉻鐵礦砂、石灰石砂、鎂砂、剛玉砂、鈦鐵礦砂、鋁礬土砂等等。

三、粘土

粘土是濕型砂的主要粘結劑。粘土被水濕潤后具有粘結性和可塑性，烘干后硬結，具有干強度。而硬結的粘土加水后又能恢復粘結性和可塑性，因而具有較好的復用性。粘土資源豐富，價格低廉，所以應用廣泛。

粘土主要是由細小結晶質(zhì)的粘土礦物所組成的土狀材料。按晶體結構可分為高嶺石（kaolinite）組，包括高嶺石、珍珠陶土、地開石、埃洛石等；蒙脫石（montrillonite）組，包括蒙脫石、貝得石、綠脫石、皂石等；伊利石（illite）組，包括依利石、海綠石等。

鑄造工作者通常根據(jù)所含粘土礦物種類不同將所采用的粘土分為鑄造用粘土（fireclay）和鑄造用膨潤土兩類。膨潤土主要是由蒙脫石組礦物組成的，主要用于濕型鑄造的型砂粘結劑。鑄造用粘土主要含有高嶺石或依利石類礦物。

四、附加物

型砂中除了含有原砂、粘土和水等材料以外，通常還加入一些附加物如煤粉、渣油、淀粉等，目的是使型砂具有特定的性能，并_鑄件的表面質(zhì)量。

在鑄鐵及有色合金用濕型砂中加入煤粉，可以防止鑄件表面產(chǎn)生粘砂缺陷，并能_鑄件的表面光潔程度。濕型鑄鐵件所用型砂中煤粉的含量常在3～8％（質(zhì)量分數(shù)）范圍內(nèi)，根據(jù)鑄件大小和厚薄而異。

煤粉的代用材料，包括固體瀝青或其乳化液，渣油或煤焦油或其乳合液，膨潤土與瀝青或其他石油衍生物的混合粉末或漿液，固態(tài)或水中分散的合成聚合物和淀粉等。鑄鐵面砂中淀粉含量（按質(zhì)量分數(shù)計）一般為0.5％左右，鑄鋼面砂在0.5～1.0％左右。

1.3 濕型砂性能要求及檢測方法

高質(zhì)量型砂應當具有為鑄造出高質(zhì)量鑄件所必的各種性能。根據(jù)鑄件合金的種類，鑄件的大小、厚薄、澆注溫度、金屬液壓頭、砂型緊實方法、緊實比壓、起模方法、澆注系統(tǒng)的形狀、位置和出氣孔情況，以及砂型表面風干情況等的不同，對濕型砂性能提出不同的要求。主要的，即直接影響鑄件質(zhì)量和造型工藝的濕型性能有水分、透氣性、強度、緊實率、變形量、破碎指數(shù)、流動性、含泥量、有效粘土含量、顆粒組成、緬化物、砂溫、發(fā)氣性、有效煤粉含量、灼燒減量、抗夾砂性、抗粘砂性等。

一、水分、適宜濕程度和緊實率

為了得到所需要的濕態(tài)強度和韌性，粘土砂須含有適量水分，太干或太濕均不適于造型，也難鑄造出合格鑄件。因此，型砂的干濕程度須保持在一個適宜的范圍內(nèi)。
判斷型砂干濕程度有以下幾種方法：

（1）水分也叫含水量或濕度

它是表示型砂中所含水分的質(zhì)量百分數(shù)，這是一般工廠中確定型砂干濕程度常用的傳統(tǒng)方法。測定的原理是稱取定量的型砂，放入105～110℃烘干裝置中使之干燥，由烘干前后的質(zhì)量差異計算出型砂的水分。

（2）手捏感覺

有實際操作的混砂或造型工人常根據(jù)用手捏型砂時砂是否容易成團和是否沾手來判斷型砂的干濕程度，還根據(jù)捏緊動作中砂是否柔軟和變形情況來判斷型砂的可塑性；根據(jù)手指掐碎砂團時用力大小來判斷型砂的強度是否合適。

（3）緊實率

指濕型砂用 1MPa的壓力壓實或者在鼓擊式制作機上打擊三次，其試樣體積在緊實前后的變化百分率，用試樣緊實前后高度變化的百分數(shù)來表示，即緊實率=［（筒高一緊實距離）筒高］。

手工和機器造型用型砂適干濕狀態(tài)下的緊實率接近50％；高壓造型和氣沖造型時為35～45％；擠壓造型時為35～40％；不管型砂中有效膨潤上、煤粉和灰分的含量有多少，只要將緊實率控制在上述范圍內(nèi)，手捏感覺的干濕程度處于適宜狀態(tài)。這時型砂的水分可稱為適宜水分。

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