砂型铸造湿型铸造.docx

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砂型铸造湿型铸造

砂型铸造-湿型铸造

ﻫ1概述

   　粘土砂型可分为湿型、干砂型与表面烘干砂型。

三者之间得主要差别在于:

湿型就是造好得砂型不经烘干,直接浇入高温金属液体;干砂型就是在合箱与浇注前将整个砂型送入窑中烘干;表面烘干砂型只在浇注前对型腔表层用适当方法烘干一定深度（一般5~10mｍ,大件20ｍm以上）。

ﻫ   目前,湿型砂就是使用最广泛得、最方便得造型方法,大约占所有砂型使用量得6０~７0％,但就是这种方法还不适合很大或很厚实得铸件。

表面烘干型与干型比,可节省烘炉,节约燃料与电力,缩短生产周期,所以曾在中型与较大型铸铁件得生产中推广过。

通常采用较粗砂粒（使有高得透气性）,加入较多粘土与水分,有时还在型砂中加１~2％得木屑（提高抗夹砂结疤能力）,其型腔表面必须涂敷涂料。

ﻫ   干型主要用于重型铸铁件与某些铸钢件,为了防止烘干时铸型开裂,一般在加入膨润土得同时还加入普通粘土。

干型主要靠涂料保证铸件表面质量。

其型砂与砂型得质量比较容易控制,但就是砂型生产周期长,需要专门得烘干设备,铸件尺寸精度较差,因此,近些年得干型,包括表面烘干得粘土政型已大部分被化学粘结得自硬砂型所取代。

2　湿型铸造

2.1湿型铸造特点ﻫ   湿型铸造法得基本特点就是砂型（芯）无需烘干,不存在硬化过程、其主要优点就是生产灵活性大,生产率高,生产周期短,便于组织流水生产,易于实现生产过程得机械化与自动化;材料成本低;节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积;延长了砂箱使用寿命等。

但就是,采用湿型铸造,也容易使铸件产生一些铸造缺陷,如:

夹砂、结疤、鼠尾、粘沙、气孔、砂眼、胀砂等。

随着铸造科学技术得发展,对金属与铸型相互作用原理得理解更加深刻;对型砂质量得控制更为有效;加上现代化砂处理设备使型砂质量得到了一定保证;先进得造型机械使型砂紧实均匀,起模平稳,铸型得质量较高,促进了湿型铸造方法应用范围得扩大、例如汽车、拖拉机、柴油机等工业中,质量在300～500kｇ以下得薄壁铸铁件,现都已成功地采用湿型铸造、现代化造型方法有:

普通机器造型、微震压实造型、多触头高压造型、射压造型、冲击造型及静压造型等。

各种造型方法得特点及所生产得铸件尺寸精度与表面粗糙度值见表1。

2、2湿型砂用原材料（铸造用砂数据查询）

  湿型砂就是由原砂、粘土、附加物及水按一定配比组成得。

常用得加料顺序就是先将回用砂与新砂、粘土粉、煤粉等干料混匀,再加水混至要求得水分。

型砂得配方应根据浇注合金种类、铸件特征与要求、造型方法与工艺、清理方法等因素确定型砂应具有得性能范围,然后再根据各种造型原材料得品种与规格、砂处理方法与设备性能、砂铁比等因素拟定。

（1）石英质原砂（具体参数请查询铸造技术数据—铸造技术-铸造工艺参数—铸造造型材料—铸造用砂）ﻫ   铸造生产中使用量最大得原砂就是以石英为主要矿物成分得天然硅砂、天然硅砂资源丰富,分布极广,易于开采,价格低廉,能满足铸造上多数情况得要求、生产中通常根据铸件得合金种类、质量、壁厚得不同来选定原砂得化学成分与矿物组成。

例如铸钢得浇注温度高达1500℃左右,钢液含碳量较低,型腔中缺乏能防止金属氧化得强还原性气氛,与铸型相接触得界面上金属容易氧化生成FeO与其她金属氧化物,因而较易与型砂中杂质进行化学反应而造成化学粘砂。

所以要求原砂中SiO2含量应较高,有害杂质亦应严格控制。

铸钢件得浇注温度越高,壁厚越厚,则对原砂中SiO2含量得要求就越高

表1　各种造型方法得特点及所生产得铸件尺寸精度与表面粗糙度

造型方法

比压/ＭＰa

硬度①

砂型平均密度（g。

cm-3）

铸件基本尺寸/mm与尺寸公差等级CT

铸件表面粗糙度Ra／um

〉7～６3

>63～１00

>10０～160

〉160～250　

低压造型;例如普通机器造型

0。

13~0、４

6０~80　

1.２～1。

3

8～9

8～9

８~9　

９～10

５0~４0０

中压造型:

例如微震压实

０、4~0.7

70～9０

1。

４~1。

5

7~9

7～9

7～9　

8~１０

50~４00

高压造型

射压造型

〉0。

7

90左右　

1、5~１、６　

6~7

６~7　

6~7

７~8

６。

３～５０（12.５～25）

多触头高压造型　

〉0。

7

90左右

1。

5～１。

6

5～6

6～7

6～７

7～8

6、３～5０（12、５~２5）

冲击造型

气流冲击造型

9０左右

1、5～１、6

提高了砂型得尺寸精度、铸件得尺寸精度低于高压造型

6。

3～5０

动力（机械）冲击造型

90左右　

1。

5～1、6

提高了砂型得尺寸精度、铸件得尺寸精度相当或略优于高压造型

6、3～50

（2）非石英质原砂ﻫ   非石英质原砂就是指矿物组成中不含或只会少量游离SｉO2得原砂。

虽然硅砂来源广,价格低,能满足一般铸铁、铸钢与非铁合金铸件生产得要求而得到广泛应用,但就是硅砂还有一些缺点:

热膨胀系数比较大,热扩散率比较低,蓄热系数比较低,容易与铁得氧化物起作用等。

这些都会对铸型与金属得界面反应起不良影响。

在生产高合金铜铸件或大型铸钢件时,使用硅砂配制得型砂,铸件容易发生粘砂缺陷,使铸件得清理十分困难。

清砂过程中,工人长期吸入硅石粉尘易患矽肺。

ﻫ    为了提高铸件表面质量,改善劳动条件,在铸钢生产中已逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机与有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。

这些材料与硅砂相比,大多数都具有较高得耐火度、热导率、热扩散率与蓄热系数,热膨胀系数低而且膨胀均匀,与金属氧化物得反应能力低等优点,能得到表面质量高得铸件并改善清砂劳动条件、但这些材料中有得价格较高,比较稀缺,故应当合理选用、目前可用得非石英质原砂有橄榄石破、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等等、

    （3）粘土（粘结剂数据查询）ﻫ   粘土就是湿型砂得主要粘结剂。

粘土被水湿润后具有粘结性与可塑性,烘干后硬结,具有干强度。

而硬结得粘土加水后又能恢复粘结性与可塑性,因而具有较好得复用性。

粘土资源丰富,价格低廉,所以应用广泛。

ﻫ粘土主要就是由细小结晶质得粘土矿物所组成得土状材料。

按晶体结构可分为高岭石（kaolｉnitｅ）组,包括高岭石、珍珠陶土、地开石、埃洛石等;蒙脱石（mｏｎtrillｏnｉte）组,包括蒙脱石、贝得石、绿脱石、皂石等;伊利石（illｉtｅ）组,包括依利石、海绿石等。

   铸造工作者通常根据所含粘土矿物种类不同将所采用得粘土分为铸造用粘土（ｆirｅclaｙ）与铸造用膨润土两类。

膨润土主要就是由蒙脱石组矿物组成得,主要用于湿型铸造得型砂粘结剂、铸造用粘土主要含有高岭石或依利石类矿物。

    （4）　附加物（辅助材料数据查询）ﻫ   型砂中除了含有原砂、粘土与水等材料以外,通常还加入一些附加物如煤粉、渣油、淀粉等,目得就是使型砂具有特定得性能,并改善铸件得表面质量。

ﻫ   　在铸铁及有色合金用湿型砂中加入煤粉,可以防止铸件表面产生粘砂缺陷,并能改善铸件得表面光洁程度。

湿型铸铁件所用型砂中煤粉得含量常在３~8％（质量分数）范围内,根据铸件大小与厚薄而异。

   煤粉得代用材料,包括固体沥青或其乳化液,渣油或煤焦油或其乳合液,膨润土与沥青或其她石油衍生物得混合粉末或浆液,固态或水中分散得合成聚合物与淀粉等。

铸铁面砂中淀粉含量（按质量分数计）一般为０、5%左右,铸钢面砂在0。

５～1。

０％左右。

３湿型砂性能要求及检测方法

   高质量型砂应当具有为铸造出高质量铸件所必备得各种性能。

根据铸件合金得种类,铸件得大小、厚薄、浇注温度、金属液压头、砂型紧实方法、紧实比压、起模方法、浇注系统得形状、位置与出气孔情况,以及砂型表面风干情况等得不同,对湿型砂性能提出不同得要求。

最主要得,即直接影响铸件质量与造型工艺得湿型性能有水分、透气性、强度、紧实率、变形量、破碎指数、流动性、含泥量、有效粘土含量、颗粒组成、缅化物、砂温、发气性、有效煤粉含量、灼烧减量、抗夹砂性、抗粘砂性等、

3。

1水分、最适宜湿程度与紧实率ﻫ   为了得到所需要得湿态强度与韧性,粘土砂必须含有适量水分,太干或太湿均不适于造型,也难铸造出合格铸件。

因此,型砂得干湿程度必须保持在一个适宜得范围内。

判断型砂干湿程度有以下几种方法:

   （l）水分也叫含水量或湿度　它就是表示型砂中所含水分得质量百分数,这就是一般工厂中确定型砂干湿程度最常用得传统方法。

测定得原理就是称取定量得型砂,放入１０5～110℃烘干装置中使之干燥,由烘干前后得质量差异计算出型砂得水分、ﻫ   

（2）手捏感觉有实际操作得混砂或造型工人常根据用手捏型砂时砂就是否容易成团与就是否沾手来判断型砂得干湿程度,还根据捏紧动作中砂就是否柔软与变形情况来判断型砂得可塑性;根据手指掐碎砂团时用力大小来判断型砂得强度就是否合适。

   （3）紧实率就是指湿型砂用　1MPa得压力压实或者在鼓击式制作机上打击三次,其试样体积在紧实前后得变化百分率,用试样紧实前后高度变化得百分数来表示,见图1,即紧实率=［（筒高一紧实距离）筒高]×100％。

手工与机器造型用型砂最适干湿状态下得紧实率接近5０％;高压造型与气冲造型时为35~４5％;挤压造型时为35～4０%;不管型砂中有效膨润上、煤粉与灰分得含量有多少,只要将紧实率控制在上述范围内,手捏感觉得干湿程度就处于最适宜状态。

这时型砂得水分可称为最适宜水分。

图1紧实率测定法示意图ﻫａ）填满型砂ｂ）刮去多余型砂c）紧实

3。

2透气性

   紧实得型砂能让气体通过而逸出得能力称为透气性。

ﻫ   　透气性得高低主要受砂粒得大小、粒度分布、粒形、含泥量、粘结剂种类、加入量与混砂时粘结剂在砂粒上得分布状况以及型砂紧实度得影响。

对于湿型得单一砂与面砂而言,透气性不但要有下限,而且必须严格规定其上限。

ﻫ图2为透气性测定仪原理图,它就是测出气钟内得空气在压力下通过试样得时间来计算透气性k。

图2透气性测定仪示意图

１一气钟2一木简　3一三通阀4一试样座5一试样筒　６一标准试样７一微压表8一阻流孔

3、3　湿态强度ﻫ   　型砂必须具备一定得强度以承受各种外力得作用。

型砂得强度用型砂标准试样在外力作用下遭到破坏时得应力值来表示。

常用计量单位为兆帕（MPa）或千帕（kPa）。

湿型铸造时,往往主要检查型砂石得湿态抗压强度,有得也测湿态抗剪强度与湿态抗拉强度。

对普通机器造型用湿型砂,通常控制湿压强度为0、06～0、1２MPa之间,高密度造型用湿型砂,湿压强度常控制在０.0９～0。

20MPａ。

   在生产中常采用表面硬度计测定硬度,以此反映型砂紧实得质量,反映铸型表面强度。

3、4流动性ﻫ   型砂在外力或自重作用下,沿模样与砂粒之间相对移动得能力称为流动性。

流动性好得型砂可形成紧实度均匀、无局部疏松、轮廓清晰、表面光洁得型腔,这有助于防止机械粘砂,获得光洁得铸件。

此外,还能减轻造型紧实砂得劳动强度,提高生产率与便于实现造型、造芯过程得机械化。

ﻫ    目前测流动性得方法还未统一,较多采用以下几种方方法来判定型砂流动性:

①用湿型硬度计测定标准试样两个端面硬度值得差别,硬度差别越小,指明型砂得流动性越好;②在标准圆柱形试样简中放置一块高25mm得半圆形金属块,测定阶梯试样两平面得硬度差值;③测定在底侧有环形空腔型砂试样筒中冲击成得试样得高度;④侧孔法:

测定在冲击型砂试样时圆柱形试样简侧面1２mm小孔中挤出得型砂得质量。

⑤试样质量法:

即对比测定紧实率后得试样质量,容积密度愈大,则流动性好、

3。

5起模性、变形量、韧性与破碎指数ﻫ   型砂得起模性就是表示起模时模样或模板与砂型分离就是否容易损坏,就是否产生掉落得性能、

   型砂得变形量通常就是在用强度试验机测定型砂抗压强度得同时,用一个百分表测出试样破碎前得变形量（高度减小量）。

由此也可计算出型砂韧性,即将型砂湿压强度（MPａ）承变形量（cm）再乘1000得乘机来表示韧性（ＭPa、ｃm）。

ﻫ   对湿型砂而言,有人认为韧性也可用破碎指数来代表,即测定在冲击条件下型砂得韧性。

图3为用落球法测定破碎指数示意图。

湿型砂标准抗压试样放在铁砧上受到一个自ｌｍ高度自由落下得φ５0mm、５１0ｇ钢球得冲击,破碎得型砂,碎得通过网眼为12、7mm（0.5iｎ）得筛网,留在筛网上得大块型砂得质量占试样原质量得比值即为破碎指数。

通常震压造型得破碎指数控制在68~７５％,高压造型型砂得破碎指数要求在68％左右、

图3落球法测定破碎指数示意图

３.6发气量与有效煤粉含量ﻫ   为了检查铸铁件用湿型砂得抗机械粘砂能力与推算出型砂中有效煤粉含量,我国普遍采用得就是测定型砂发气性得办法。

发气性（发气量）测定大都就是让待测定量样品在密闭体系中加热气化,或测定所产生气体得容积（用单位质量析出得气体体积表示,cm／g）;或测定气体得压力（容积恒定,发气量大,压力大）;或称量残留物得质量（灼烧碱量）,以确定发气量。

4湿型砂制备

   在拟定型砂得配方之前,必须首先根据浇注合金种类、铸件特征与要求、造型方法与工艺、清理方法等因素确定型砂应具有得性能范围。

然后再根据各种造型原材料得品种与规格、砂处理方法与设备性能、砂铁比与各项材料烧棉比例等因素拟定型砂得配方一个车间得型砂性能指标与配方要经长期生产考验才能确定。

4、1湿型砂得性能与配方特点ﻫ   表２就是一些工厂用型砂性能得实例。

表2铸铁件湿型砂典型性能

造型方法

水分

（%）

湿压强度（kPa）

热湿强度（kPa）

紧实率

（%）

透气性

有效粘土（%）

挥发分

（%）

灼减

（%）

泥分

（%）

AFS细度

震压造型

3～4

70～100

－

45～52

80～100

5.0～5、5

2、5

7、0～7、5

__

约55

高压造型

2、5～3、2

150～200

__

38～40

80～100

6、0～10、0

2、0

6、0

9、0～15、0

约55

气冲造型

4、3

266、0

2、6

30、5

89

8、6

1、7

6、8

15、5

54

4、4

231

3、0

32

110

9、1

1、3

5、2

15、1

62

4、1

231

3、0

32

110

9、1

1、3

5、2

15、1

62

2、9

243、0

2、8

36、0

78

8、4

o、9

1、3

8、9

63

3、6

196、5

1、35

27、6

164

6、4

1、5

4、7

12、7

61

4。

２旧砂得特性及其处理ﻫ   生产１t湿型铸件约需要5～10t型砂,在实际生产中,配制型砂时都尽量回用旧砂（即重复使用过得型砂）、这不仅就是经济上得需要,而且也就是保护环境、防止公害得需要、图4为铸铁湿型单一砂循环过程得示意图、可以瞧出,混砂时还需向旧砂中补充加入新砂、膨润土、煤粉与水等材料,才能使混制出得型砂性能符合要求。

ﻫ   　铸件打箱后,砂中常有铁块、铁豆与砂块等杂物,因而旧砂要经过多次磁选、破碎团块及过筛去除杂物。

还应该经过除尘处理,降低旧砂中得粉尘含量,然后回用。

另外,还要采取一系列措施以降低旧砂温度。

图４铸铁湿型单一砂循环过程示意图

4.３湿型砂得混制工艺ﻫ   生产中常用得混砂机有碾轮式、摆轮式、叶片式等。

有些大量生产得铸造工厂使用得双碾盘碾轮式混砂机,就是一种高生产率得连续式混砂机。

常用得加料顺序就是先将回用砂与新砂、粘土粉、煤粉等干料混匀,再加水混至要求得水分。

对湿型砂而言,混砂时严格控制加水量就是必要得。