2.河南省西峡县天马有限责任公司 河南西峡 474500
摘要：针对铸造湿型砂的特性，组成，回收混配，覆膜砂对型砂的性能影响等方面控制，从而提高铸件的质量。
关键词：型砂;粘土；覆膜砂
前言：铸造技术历史悠久，从人类进入青铜时代起，就用手工铸造生产了精美绝伦的产品。铸造的三大基础是：炉子、模子、型砂。型砂的主要原料是：原纱（烘干砂），粘土，旧砂，芯砂；型砂对铸件的质量起着决定性的影响。
1 粘土混型砂的特性
通常都说粘土是湿型砂的粘结剂，实际上这种说法是不贴切的，粘土湿型砂中的粘结剂是粘土和水按一定比例混配组成的，水是粘结剂中的重要组成部分，但是水必须是自来水或蒸馏水，否则会影响型砂的湿压强度。
1.1 土水比
采用高压造型工艺时，大部分土水比都在3： 1左右。在这种条件下，型砂的可紧实性也最适合高压造型的要求(约在35~ 45之间)。水与粘土混合后产生粘土膏，但水分再增多，其粘度随之降低，强度也相应下降。采用震压式造型机造型时，型砂的强度就应该低一些。因为型砂的强度越高，其抵抗变形的能力越强, 韧性就差，为适合这种工艺要求，型砂中的土-水比例就应该适当高一些，一般以控制在3： 2左右。
1.2 粘土混型砂的砂粒结构
砂粒之间的粘结，是靠粘土来实现的。理想的情况是：水和粘土混合充分，成为均匀的粘土膏，粘土膏又均匀地分布在每一砂粒的表面， 砂粒之间由其表面的粘土膏彼此相连而形成的粘结桥粘结起来，其间的空隙可使型砂具有必要的透气性。
1.3 粘土湿型砂的混砂效率
粘土湿型砂的混砂效率是指： 型砂中实际上起粘结作用的膨润土量与其中的活性膨润土含量之比就是混砂效率，混砂效率= 有效膨润土量/活性澎润土含量 X 100 %,由于粘土膏属于半固态性质，粘度很高，难以混配均匀，用于混制粘土湿型砂的混砂机，所需的功率比供砂能力相同的树脂砂混砂机大得多，混砂所需要的时间也更长。如果充分加水，并加以长时间的混制，使混砂效率提高到80%以上，型砂的可紧实性就会远高于60.根本就不能使用，更不用说让型砂中的活性粘土全部都起作用了。还要特别指出的是：如果型砂中的活性粘土全部都起作用，都充分吸收了水，造好的砂型浇注时，金属砂型界面处的水向内部迁移，形成水分凝聚层时，由于此处粘士已经充分吸水，不能再吸收水分，水分凝聚层的强度将会非常脆弱，铸件上就极易于产生膨胀多肉缺陷。所以，单方面追求过高的混砂效率也是不可取的，一切事物都是有两面性的。
1.4 造型性能
粘土湿型砂的一大特点就是能适应各种造型条件，但同时也看到，由于起粘结作用的粘士膏的粘度很高，造型时未经紧实的型砂虽具有相当高的强度，但流动性很差;因而造型性能不好；在改善粘土湿型砂造型方面的一项重要发展，就是向砂箱中填砂之前，先用气流将型砂流态化.增强流动性。日本新东公司采用此项技术后，使造型机的尺寸缩小，设备重量大幅度减轻，造型的能耗较用传统机型平均减少60%。不难设想，在改善型砂造型性能方面仍有很大的发展空间。
2 湿型砂的组成
型砂一般是由原砂、膨润土、其他附加材科和纯净水组成，完全用新砂配制粘土湿型砂的情况是极为罕见的。粘土湿型砂的重要特点之一就是可反复使用。一般使用95%的旧砂再增加5%的新砂效果最佳.型砂经造型、浇注、冷却、落砂、磁选、筛分、冷却等复杂的工艺过程之后，再由混砂机混制。大部分铸造厂，型砂都在其特定的系统中循环使用。混砂时补加新砂、膨涧土、附加物和水，是为了弥补工艺过程中材料的损耗，以保持系统中的砂量不变。
2.1 型砂在使用过程中的变化
铁液浇注铸型后，受工艺,铸件尺寸的影响,各处型砂受热的条件也不同，砂粒表面的状况也会有一定的差别。靠近铸件的砂粒受高温的作用，表面上由粘土膏形成的粘结膜会完全脱水而成为死粘土，而且还会与其他附加物产生残留的灰分,烧损的砂粒在铸件表面上被氧化而生成的FeO等多种物质烧结在一起， 其性质完全不同于浇注前的状态，所以称之为“变质烧结层”。在以后的砂处理过程中，这些砂粒上的变质烧结层受到各种机械作用，一部分会磨掉，一部分会脱落，但总有相当的一部分与砂粒表面烧结得比较牢固而残留下来。当然，这样的砂粒量不很多，而且会分散到其他未受热影响的砂粒之中；在反复使用的条件下，由于型砂经受多次机械作用和热作用，不仅有部分膨润土变成死粘土，砂粒的结构也会发生或粗或细的变化.因此，铸造厂现场使用的粘土湿型砂一般都不是简单的混合物，其组成是相当复杂的。粘土大约在1100C左右粘土即可开始烧结，是由含铁、铝的复合硅酸盐和灰分等构成的。厚度适当的变质烧结层能改善砂粒的形貌，且能减轻因硅砂相变膨胀而造成的铸件缺陷，是有益的。在正常的情况下，以旧砂为主配制的型砂，性能及使用效果都优于全用新砂配制的型砂。
2.2 粘土湿型砂的组成
粘土湿型砂中，除水分以外，主要有以下5种组分。(1)活性粘土，型砂中能吸水膨胀而起粘结作用的膨润土，可用吸蓝法测定其含量。 (2)含碳材料，含碳材料(如媒粉、重油、沥青、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等)是铸造型砂中的重要组分。(3)易熔组分，易熔组分包括砂粒表面上的变质烧结层和粒度小于0.053mm 的细粉 (270目以下)。型砂中，上述细粉的来源如下：膨润土在高温下(600"C以上)失去结晶水而成的死粘土：金属铸型界面上形成的FeO、MnO和硅砂反应生成的硅酸盐细粉：硅砂在563C相变膨胀时碎裂形成的细粉：硅砂因机械作用破碎形成的细粉：硅砂中所含的长石及其他杂质形成的细粉。(4)金属细粒，(5)砂粒，分离金属细粒后的砂样中只剩下砂粒和变质烧结层。用磷酸洗去变质烧结层，就是砂粒。
3 浇注、落砂后回收砂的处理
造型熔炼浇注以后，除粘在铸件上的少量型砂随铸件 转移到清理工序脱除不能循环使用外，大量的型砂都要回收，经处理后循环使用。配制粘土湿型砂时，回收砂用量般都在90%以上， 如果对回收砂的 处理不当，无论怎么样加强混砂，无论添加什么辅助材料，都不可能得到质量良好的型砂。所以。对回收砂进行有效的处理，是保证型砂质量的关键。
3.1 回收砂温度的控制
热砂已被公认为是铸造工艺时必须面对的最大问题，型砂温度太高，铸件容易产生夹砂、表面粘砂、冲砂、气孔等缺陷， 热砂对铸件质量的负面影响，主要由于以下几个方面：◆由于热砂使水分蒸发，混砂时无论怎样注意，也难以控制型砂的性能：◆将热型砂送往造型机的过程中，由于水分损失，型砂性能改变， 造型时用的型砂，其性能与温砂时测定的有所不同：◆造型时，热型砂的水分容易在模样表面上凝结，导致型砂粘模; 合型后，热砂的水分蒸发，凝结在冷的芯子上，会使芯子的强度降低，铸件也易于产生气孔：◆如果回收砂要贮存在砂斗中备用，则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时，砂斗四周粘满了型砂，只有中间一个孔洞循环使用，型砂周转快，温度又会进一步提高，热砂问题更加严重。为保证型砂性能稳定，温度应保持在50C以下，最有效的办法是加水。但简单的加水，效果是很差，一定要吹入大量空气使水分蒸发，才能有效地冷却，因为水的蒸发热是其比热的540倍。
3.2 增加回收砂与水分作用的时间
由于回收砂的系统对型砂质量的影响很大，所以在改善回收砂的处理上，主要几点是：落砂以后，尽可能早地给回收砂加水，使已干燥的膨润土有时间充分吸水：加强回收砂的冷却，使其中的水分稳定：增加预混工序，使水和粘士混配更为均匀。
3.3 回收砂的粒度
型砂制造的铸铁件，型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时回收砂用量一般都在 90%以上，决定型砂粒度的主要因素是回收砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以应该经常检测系统中砂的粒度。
3.4 细粉的含量对型砂质量的影响
吸水细粉主要是死粘士，还包括已经焦化的覆膜砂细粒和其他细粉。吸水细粉的含量并非越低越好，最好将其控制在2~5%之间。吸水细粉的吸水能力比膨润土强，而保持水分的能力却低于膨润土。因此，在型砂中加水量略有不当时，吸水细粉对型砂性能有一定的负作用。水分高时，细粉首先吸水，可以使膨润土所吸收水比较稳定一致。 型砂在输送过程中水分蒸发时，吸水细粉所吸的水先蒸发，而粘结砂粒的粘士膏中的水分则较为稳定，型砂的性能也就波动较小。吸水细粉含量太高也不好，这会使型砂的水分较高，易干导致铸件产生皮下气孔，起皮、表面租糙粘砂和砂孔等缺陷。吸水细粉含量太低，则型砂的性能(尤其是可紧实性)不易稳定，也容易产生掉砂、砂眼等铸造缺陷。
3.5 覆膜砂对型砂质量的影响
受铸造工艺的影响，大部分铸件需要通过在型腔内下砂芯来完成，在合箱浇注后部分砂芯会被铁水高温烧结，融入型砂中循环使用；还有一部分砂芯残留在型砂中，这时就要在落砂时或进入混砂机前通过人工或增加六角筛进行分离；因为覆膜砂内含有树脂等化学成分，没有有效去除残留在型砂中会造成砂型紧实率，强度下降，溃散性增加，直接产生铸件多肉、掉砂等缺陷；薄壁的产品还会造成内腔气纹或铸件表面金相组织氧化现象，直接影响使用性能。烧结的覆膜砂颗粒度较细，过量的融入型砂中会使含泥量增加，混砂过程需要增加过量的水分来完成，最终导致型砂透气性降低，排气功能丧失，而浇注过程产生的气体和型砂的水分需要通过工艺和型砂透气性排气克服，一旦不具备排气条件，铸件就会产生气孔、起皮、粘砂、多肉等缺陷，一旦型砂出现上述问题，调整周期至少需要10天，在此过程还要照常生产，型砂正常循环，不良率是可以想象，所以覆膜砂对型砂质量的影响非常大，在铸造过程不能忽视。
结束语
粘土湿型砂对各种造型工艺的适应性都很好，可以用于手工造型、震压造型机造型、高压造型、射压造型、气冲造型和静压造型等工艺条件。但是在不同的工艺条件下，对型砂性能的要求有所不同。为了有效控制型砂质量，建议每周检测旧砂的粒度分布，含泥量，灼碱量；每日检测活性膨润土含量，湿压强度，透气性，水分，紧实率；每小时检测一次水分。将所检测的结果制作成趋势图，便于分析和总结，更有利于型砂质量的控制。
参考文献：
[1]徐录.王 战. 湿型铸造小件产品缺陷产生的原因与防止措施[J].铸造设备与工艺.2009(01).
[2]兼具树脂砂之质量及湿型砂之成本的气硬砂铸造技术[J].中国铸造装备与技术.2004(01).
[3]向青春.谢祖锡.樊昱. 铸造湿型砂弹性模量测量及粘弹性的研究[J].铸造.2001(09).
[4]李传栻..粘土湿型砂技术讲座 第四讲 粘土湿型砂的强度[J].机械工人.2001(04).
论文作者:赵艳锋1,李晶1,张小荣2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/25
标签：型砂论文; 粘土论文; 砂粒论文; 水分论文; 铸件论文; 造型论文; 吸水论文; 《基层建设》2018年第33期论文;