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砂型鑄造

值得註意的是,在各種化學結合砂蓬勃發展的今天,粘土濕型砂仍然是最主要的造型材料,其應用範圍之廣,消耗量之大,是其他任何造型材料都無法比擬的。據報道,美國80%以上的鑄鋼件是由粘土濕型砂制成的。在日本鑄鋼件中,73%以上是粘土濕砂。適應造型條件的能力極強,這也是粘土濕型砂的壹大特點。1890年,振動壓實造型機問世,長期采用手工造型的粘土生型砂在機器造型上非常成功,為造型作業的機械化和自動化奠定了基礎。現代新技術,如高壓造型、註射造型、空氣沖擊造型、靜態造型和無沖擊真空加壓造型,都是以使用粘土濕型砂為基礎的。各種新技術的實施使粘土濕型砂在鑄造生產中的地位更加重要,也使粘土濕型砂面臨許多新的問題,使得我們對粘土濕型砂的研究不斷加強和深化。如今,隨著科學技術的飛速發展,各工業部門對鑄件的需求越來越大,同時對鑄件質量的要求也越來越高。在現代鑄造廠中,造型設備的生產率已經提高到前所未有的水平。如果型砂的性能不能完全適應特定的生產條件,或者其穩定性和壹致性不能得到有效控制,鑄造廠就可能在短時間內被埋沒在廢品中。隨著科學技術的發展,目前使用粘土濕型砂的鑄造廠壹般都適合自己的具體情況,包括:舊砂的處理,新砂和輔助材料的添加,型砂的混合,型砂性能的監控。在粘土濕砂系統中有許多變化因素。如果壹個或幾個關鍵性能不能保持在控制範圍內,生產中就可能出現問題。壹個有效的型砂處理系統應該能夠監控型砂的性能,發現問題及時糾正。由於各鑄造廠砂處理系統的布置不同,使用的設備也不同,不可能制定壹套通用的控制方法。在此,我打算提出壹些目前已被廣泛認可的控制點。認真了解這幾點後,各代工廠可以根據自己的具體情況確定可行的控制方法。而且隨著技術的進步和工廠的實際能力(包括人員和資金),型砂系統的控制也要不斷提高。

計算對比:型砂的比熱大致為9.22× 102J/kg℃,水的比熱為4.19× 103J/kg℃,水的汽化熱為2.26×106J/kg,6506。可帶走的熱量為4.19×103×10×30,即12.57×105J。當1噸砂的溫度降低1℃時,需要散熱9.22×102×1000 J,即9.22×105 J,因此,在舊砂中加入1%的水,只能降低24.5℃的溫度。將1噸沙子中的水蒸發1%(10kg)可帶走2.26×107J的熱量,但可使沙子溫度降低24.5℃。以上分析表明,單純通過給皮帶機加水或在沙堆上灑水,冷卻效果較差。即使加水後在沙面上吹空氣也不能有太大的改善。加水後,要使水在型砂中分散均勻,然後吹散砂,使水分迅速蒸發,消除蒸汽。目前型砂冷卻裝置的品種和規格很多,主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻器和冷卻流化床,都是利用水來蒸發和冷卻型砂。其中冷卻沸騰床的效果更好。

2.舊砂的水分控制幾乎所有的鑄造廠都檢查和控制混合砂的水分,但許多鑄造廠領導和技術人員對嚴格控制舊砂水分的重要性仍缺乏足夠的認識。進入混砂的舊砂含水率過低,對混砂質量的影響可能不亞於砂溫過高。實驗研究和經驗證明,用水潤濕幹膨潤土比潤滑濕膨潤土困難得多。型砂中的膨潤土和水不是簡單的混在壹起,而是要摩擦使其具有可塑性。這就像用粘土和水制作陶器壹樣。水和土混合是松散的,沒有粘結能力。每壹粒土經過揉打,充分吸水,變成塑料,才能成型為陶坯。鑄造後,由於鐵水的影響,許多砂粒表面的土水結合膜脫水幹燥,加水不易恢復其塑性。舊砂的含水量低,在混砂機中與水混合和研磨以達到所需性能所需的時間越長。由於生產中混砂時間有限,舊砂含水率越低,混砂綜合質量越差。目前,世界各地的鑄造工作者已經認識到,進入混砂機的舊砂的含水量只能略低於混合砂的含水量。舊砂冷卻過程中最好加足水,冷卻後的含水量略低於混合砂。這樣從砂冷卻到進入混砂機還有很長的時間,水可以充分濕潤老砂粒表面的膨潤土。較好的辦法是在系統中設置混砂機對舊砂進行預混,向冷卻後的舊砂中加水進行預混,以改善舊砂中膨潤土和水的混合狀態。在國外,壹些代工廠預混料時,把需要添加的新砂、膨潤土、煤粉等添加劑全部加入。天津新偉翔鑄造公司采用德國EiRich混砂機進行預混。預混後的舊砂進入混砂機後加入的水量很少,只需稍加調整。型砂中的膨潤土和水在混砂機中進壹步混合,型砂的性能更加穩定壹致。

3.粘土質濕砂型鑄鐵件用舊砂的粒度,型砂的粒度應較細。因為混砂時舊砂量壹般在90%以上,所以決定型砂粒度的主要因素是舊砂。新砂的加入量很小,不可能通過加入新砂來改變型砂的粒度。因此,應經常檢測舊砂的粒度。測試粒度時,取樣後清洗除去泥漿(測量含泥量時可使用剩余的砂樣),幹燥,過篩。對顆粒大小有兩個要求。(1)140目篩上的砂粒應在10-15%之間。保留更多的細砂可以減少鑄件表面的粘砂。而且會增加砂粒之間的粘結橋數量,從而降低型砂的脆性,避免洗砂缺陷。此外,有利於提高型砂水分遷移後的溫度強度、幹強度和加濕層強度。(2)底盤上200目篩、270目篩和細砂之和盡量少。這樣的細砂對提高鑄件的表面質量作用不大,反而會使混合砂的含水量變高,降低型砂的透氣性。細砂的總和壹般應小於4%。4.吸水細粉的含量吸水細粉主要是死粘土,還包括焦煤細粉和其他細粉。吸水細粉的含量不是越低越好,控制在2-5%之間比較好。吸水性細粉在混砂時會與膨潤土爭水,使混砂達到密實度目標值所需的水量增加。但根據目前的理解,吸水細粉的吸水能力比膨潤土強,但保水能力比膨潤土低。因此,型砂中加水量稍不合適,吸水細粉對型砂性能有壹定的微調和穩定作用。含水量高時,細粉先吸水,膨潤土吸水能更穩定壹致;當混合砂中的水分在運輸過程中蒸發時,吸水細粉吸收的水分先蒸發,而粘結砂粒的泥糊中的水分相對穩定,因此型砂的性能波動較小。吸水細粉含量過高也不好,會使型砂含水量變高,容易導致鑄件上出現針孔、表面粗糙、砂眼等缺陷。吸水細粉含量過低,型砂性能(尤其是緊實度)不穩定。