型砂机理及其组成成分

关于型砂

学生：XXX 学号：07141041

一、关于型砂性能上的要求

高密度造型方法对湿型砂性能的要求较普通的机器造型更高。作者在文章中分别说明了高密度型砂的紧实率、含水量、透气率、湿态强度、含泥量、粒度、有效膨润土量、有效煤粉量、韧性、起模性、流动性、可紧实性等性能对铸件品质的影响和控制范围。为此，作者还用附表中的工厂实际情况作为例证。在本文的最后还提出获得品质优良型砂的条件。

1、紧实率和含水量

湿型砂不可太干，否则膨润土未被充分润湿，起模困难，砂型易碎，表面的耐磨强度低，铸件容易生成砂孔和冲蚀缺陷。型砂也不可太湿，过湿型砂易使铸件产生针孔、气孔、呛火、水爆炸、夹砂、粘砂等缺陷，而且型砂太粘、型砂在砂斗中搭桥、造型流动性降低，砂型的型腔表面松紧不均，还可能导致造型紧实距离过大和压头陷入砂箱边缘以内而损伤模具和砂型吃砂量过小。表明型砂干湿状态的参数有两种：紧实率和含水量。附表中国内各厂的紧实率和含水量除特别注明外，取样地点可能都在混砂机处。但是型砂紧实率和含水量的控制应以造型处取样测定为准。从混砂机运送到造型机时紧实率和含水量下降幅度因气候温度和湿度状况、运输距离、型砂温度等因素而异。如果只根据混砂机处取样检测结果控制型砂的湿度，就要增多少许以补偿紧实率和水分的损失。

多年前的观点认为手工造型和震压式机器造型造型机处最适宜干湿状态的紧实率约在45～50%；高压造型和气冲造型为40～45%；挤压造型要求流动性好，紧实率为35～40%。由表中可以看出铸件品质较好的工厂的高密度造型的型砂紧实率通常在25～45%范围内，比起当年有明显降低。这是由于高密度造型设备的起模精度提高，而且砂型各部位硬度均匀分布的要求使型砂的流动性成为重要因素。工厂的控制原则大多是只要能够保证起模，就尽量降低紧实率。比较理想的造型机处型砂紧实率集中于34～38%之间，不可高于40%，也避免低于32%。

从减少铸件气孔缺陷的角度出发，要求最适宜干湿状态下型砂的含水量尽可能低。高强度型砂的膨润土加入量多，型砂中含有多量灰分，所购入煤粉和膨润土的品质低劣而需要增大加入量，混砂机的加料顺序不良、揉捻作用不强、刮砂板磨损、混砂时间太短，以致型砂中存在多量不起粘结作用的小粘土团块，都会提高型砂的含水量。根据资料，世界各国高密度造型工厂造型机处的型砂含水量基本上都是分布在2.5～4.2%之间，比较集中于2.8～3.5%。如果生产的铸件具有大量树脂砂芯（如发动机铸件），型砂含水量大多偏于下限，这是由于大量树脂砂芯溃散后混入型砂使含泥量下降和型砂吸水量降低。

我国有些铸造工厂的型砂含水量很高：如表中C-8厂实测高达5.0%，可能与旧砂含泥量高达16.7～18.0%有关。

型砂的（紧实率）/（含水量）比值可表示每1%型砂含水量能够形成多少紧实率，最好在10～12。由几家外商独资或合资企业的检验结果计算比值大多在10～12.7范围内。曾测定三家乡镇铸造厂的比值只有5.0～8.5之间，说明型砂中吸水物质过多。

2、透气率

砂型的透气率不可过低以免浇注过程中发生呛火和铸件产生气孔缺陷。但是绝对不可理解为型砂的透气性能“越高越好”。因为透气率过高表明砂粒间孔隙较大，金属液易于渗入而造成铸件表面粗糙，还可能产生机械粘砂。所以湿型用面砂和单一砂的透气性能应控制在一个适当的范围内。对湿型砂透气率的要求需根据浇注金属的种类和温度、铸件的大小和厚薄、造型方法、是否分面砂与背砂、型砂的发气量大小、有无排气孔和排气冒口、是否上涂料和是否表面烘干等等各种因素而异。用单一砂生产中小铸件时，型砂透气性能的选择必须兼顾防止气孔与防止表面粗糙或机械粘砂两个方面。高密度造型的砂型排气较为困难，要求型砂的透气率通常稍高些。

从附表可以看出较为适当的高密度造型型砂透气率大多在100～140之间。如果型砂透气率在160以上或更高，除非在砂型表面喷涂料，否则铸件表面会出现粗糙甚至有局部机械粘砂。附表中A-2的透气率实测结果竟达250，上、下型都需喷醇基涂料。另一外资工厂的透气率不作为控制项目，偶尔测得透气率大约为200～280。观察其铸件表面相当粗糙，原因是型砂中混入大量20/40目粗粒溃碎砂芯。实际上，有很多生产发动机的铸造厂都遇到溃碎砂芯混入旧砂而使型砂透气率偏高的问题。C-13的铸件表面并不粗糙，而测得的透气率高达230～240，是仪器的通气塞孔洞尺寸过大所致。

3、湿态强度

如果型砂湿态强度不足，在起模、搬运砂型、下芯、合型等过程中，砂型有可能破损和塌落；浇注时砂型可能承受不住金属液的冲刷和冲击，而造成砂孔缺陷甚至跑火(漏铁水)；浇注铁水后石墨析出会造成型壁移动而导致铸件出现疏松和胀砂缺陷。生产较大铸件的高密度砂型所用砂箱没有箱带，高强度型砂可以避免塌箱、胀箱和漏箱。无箱造型的砂型在造型后缺少砂箱支撑也需要具有一定的强度。挤压造型时顶出的砂型要推动其它造好砂型向前移动，更对型砂的强度提出了较高要求。但是，强度也不宜过高。因为高强度的型砂需要加入更多的膨润土，不但影响型砂的水分和透气性能，还会使铸件生产成本增加，而且给混砂、紧实和落砂等工序带来困难。以下文章中各种型砂强度的单位均为kPa，不再逐个标明。3.1湿压强度

一般而言，欧洲铸造行业对铸铁用高密度造型型砂的的湿压强度值要求较高。欧洲造型机供应商推荐的湿压强度值范围在130～250之间，集中于180～220。有些日本铸造工厂对型砂湿压强度的要求偏低。除表上所列的丰田上乡和三菱川崎强度较高以外，很多工厂只有80～180。北美铸造行业的型砂强度似乎介于欧洲于日本之间。例如福特汽车厂Cleveland 铸造厂排气管高压造型型砂为172，万国收割机公司Loisville铸造厂生产拖拉机缸体高压型砂为134～156。有人认为欧洲铸造工厂的型砂湿压强度比美、日两国工厂高的原因之一是由于欧洲铸铁用原砂含SiO2较高，型砂中必须加入大量膨润土才能避免铸件产生夹砂结疤缺陷。我国工厂高密度造型的型砂湿压强度比较接近美洲和日本工厂，对于铸铁件而言，除个别铸造厂以外，高密度造型的湿压强度大多在120～200范围内，比较集中在140～180。湿压强度控制值较低的优点之一是即使所使用的振动落砂机破碎效果不好，也不致有大砂块随铸件跑掉。而且很多铸造工厂所选用膨润土的品质较差，宁愿型砂的湿压强度稍低些，就无需加入大量膨润土，型砂含水量也可低些。高密度湿型铸钢需要防止铸件生成热裂缺陷，因而所用型砂的湿压强度大多在70～130之间，以降低对铸件收缩阻力。

3.2 湿拉强度和湿劈强度

从材料力学角度来看，抗压强度除代表型砂粘结强度以外，也还受砂粒之间摩擦阻力的影响，而抗拉强度无此缺点。通常要求湿拉强度>20kPa。但是测定型砂的湿态抗拉强度必须使用特制的试样筒和试验机，所以很多中小铸造工厂不测定型砂的抗拉强度。有人按照混凝土试验中曾使用过的办法将圆柱形标准试样横放，使它在直径方向受压应力，就可以得