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第二篇砂型和砂芯的制造第一章湿砂型铸造第一节湿型铸造特点1.粘土型砂可分为：湿型（潮型）——砂型不烘干，直接浇干型——合型和浇注前送窑烘干。表面烘干型——型腔表层烘干一定深度。2.按造型可分为：背砂——填在面砂背面起填充作用的型砂。单一砂——不分面砂和背砂，只一种造型砂。面砂——造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。3.湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主要优点：生产灵活，效率高，成本低，周期短；易实现机械化和自动化；省烘干设备、燃料、电力及空间；砂箱使用寿命长；容易落砂。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。应用范围：流水生产和手工造型500Kg以下的铸件。4.表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时不易产生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。工艺规范：砂型表层烘干5–20㎜，或自然干燥。技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、制芯、合型、浇注等严格。5.干型铸造法基本特点:粘土砂湿型烘干。主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善铸件表面。主要缺点：需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。应用范围：表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。一、型（芯）砂应具备的性能（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。1.湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。2.流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力。3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形并保持形状的能力。第二节湿型砂性能、检测及方法5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。6.不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。2.透气性：砂型让气体通过而逸出的能力。3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如重油、沥青等）受热挥发气体量称发气量；4.退让性：型砂随铸件收缩而体积减小的能力5.溃散性：型芯砂在清理时的溃散性能。•2.1水分、最适宜干湿程度和紧实率•（1）水分：型砂中含水质量百分数•测定：称50g型砂，红外烘干105-110℃，4-8min至恒重，称量质量变化。•X=（G-G1）/G×100%•局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。•（2）手捏感觉型砂是否容易成团、是否沾手。•易成团，不沾手，有柔和感觉，砂团上的手指痕迹清晰。•局限性：凭经验、不够准确稳定，不能定量，欠科学。(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确)•（3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率。GB2684-81。•紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高×100%•依据：较干的型砂堆得密实，相同紧实力下的紧实率高，韧性差，起模易损破；较湿的型砂流动性差，紧实率低，铸件易产生气孔、胀砂、夹砂、表面粗糙。•因此，根据紧实率的大小，可以检查出型砂水分是否合适，并规定在一定范围内浮动。•应用：根据紧实率范围控制的加水量，称为最适宜水分。如：手工造型用型砂，最适宜的紧实率50%左右，高压造型为35-45%，挤压造型为35-40%。•2.2透气性•（1）概念：紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力，用透气率表示。•对铸造的影响：过低会产生气孔、呛火、浇不足；过高表明砂粒间空隙较大，金属液易渗入，造成表面粗糙、粘砂。•影响透气性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘结剂及加入量、紧实度。•（2）测量方法•原理：通过在一定条件下气体流过试样时所受到的阻力的大小来间接反映。用在单位压力下通过单位面积和单位长度试样的气体量来度量。•测量方法•标准法：如图2-1-2，在水封钟罩内吸入2000cm3空气，造成10g/cm2的压力条件，用秒表测出在该压力下2000cm3空气通过试样流出的时间t，并记下气压计读数（p）•透气率k=VH/Spt•式中:V--通过试样的空气体积，2000cm3；•p--试样前压力（1mmH2O=9.806Pa）；•H--试样高度（cm）；•S--试样截面积（cm2）；•t--2000cm3空气通过试样的时间（min）。•2.3湿态强度•（1）对铸造过程的影响：承受工序中的机械力、浇注时的冲刷、静压力。•过低：塌箱、砂眼、胀砂、跑火。•过高：增加粘土和最适宜含水量，降低透气性；提高成本；增加混砂、紧实、落砂困难。•（2）测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值表示。MPa、KPa。•指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度•湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或砂芯）形状的能力。•普通机器造型控制在0.06-0.12MPa，•高密度造型控制在0.09-0.20MPa。•许多情况下，砂型破坏是由拉应力引起的。当型砂中粉尘和死粘土含量高时，虽然湿态抗压强度高，但是湿拉强度和变形量很低，可塑性差，很容易破坏，使造型操作困难，并引起铸造缺陷。•单纯地用湿态抗压强度衡量型砂性能并不太合适，引入劈裂强度的概念。•劈裂强度（如图2-1-3所示）•在标准圆柱试样的径向加栽，使试样沿其轴向平面断裂。劈裂强度可以按照下式计算：•σsF=2F/πdL•σsF—型砂湿态劈裂强度（MPa）•F—劈裂载荷（N）；•d—试样直径，为50mm；•L—试样高，为50mm。•劈裂强度可以更正确、更可靠地说明型砂中粘土的粘结作用。注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。•2.4流动性•（1）概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂粒间移动的能力。•（2）对造型（芯）的影响：均匀性、光滑性、紧实力、生产率。•（3）测量（无统一标准）（4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面状态，粘结剂的性质、混砂质量。形态圆、粒度大而集中的砂粒流动性好。•阶梯试样硬度差法•测量A、B点的硬度，对比两点的硬度差。差值小说明型砂的流动性好，差值大说明流动性差。•思考：流动性对紧实度的影响•侧孔法：•拔出柱塞，顶出试样，称量被挤出的型砂多少，数量越大流动性越好。•环形空腔法：•冲击3次后看h的大小，h越小进入圆环中的型砂越多，流动性越好。•检测有凹槽、窄缝模样，及要求轮廓非常清晰的砂型（芯）。•2.5起模性、变形量、韧性和破碎指数•起模性：表示起模时模样或模板与砂型分离时是否容易损坏（开裂、掉砂）。起模性的好坏与型砂的湿态抗压强度是两种绝然不同的特性。•影响因素：拉应力、受力破碎前的变形量。•变形量：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形，一般很小。韧性：型砂的湿压强度（MPa）×变形量（cm）×乘1000。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。•韧性的测定•落球法：标准抗压试样、φ50mm，510克钢球，12.7mm的筛。•破碎指数：留在筛网上的型砂质量占试样质量的比值。•表示在冲击条件下的韧性•高，表示型砂的起模性好，过高，流动性差，不够致密。•跌碎法：试样从1.8米的高度直接坠落到铁砧上。其它新方法•我国新研制的型砂压力—变形曲线测试仪。•2.6抗夹砂结疤缺陷的能力（1）夹砂类缺陷产生的原因•水分迁移：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。•热压应力：石英573℃急热相变出现较大的热膨胀受到阻抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。（2）测量测热湿拉强度见图2-1-9。模拟金属浇入铸型后型砂的受热情况。湿型砂试样φ50mmх50mm，加热板温度320±10℃，紧贴20-30s，形成5mm左右的干砂层及水分凝聚区，测定热湿拉强度。•（3）其它方法•激热性能试验法：•圆饼形型砂试样，开V形槽，在13000C，的高温下烘烤。观测型砂表面开始脱落的时间，当时间脱落或者开裂下垂1mm的时间越长，说明抗夹砂结疤能力越好。•2.7发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）•（1）目的：防止机械粘砂•（2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：•浇注烘烤→大量挥发分→分解反应→砂粒表面沉积形成光泽碳→防止机械粘砂，提高表面光洁度。方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟→推入850℃管式加热炉加热→产生的气体经冷凝进入带刻度的玻璃管中→测量大气压力下型砂的发气体积。（3）测量方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称量残留物的质量，判断发气量大小。小结•1了解湿型铸造的特点；•2掌握型砂的七个方面的性能；•3熟悉型砂性能对铸造质量的影响；•4了解型砂性能的测试方法。一、铸造用原砂1.石英质原砂及应用石英砂——以石英为主要矿物成分的天然硅砂。特点：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。天然硅砂形成：由火成岩风化形成。第三节湿型砂用原料及质量要求•火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。山砂——风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，粒形不规则，如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。河砂、湖砂、海砂——经过水力搬运，含泥量少，颗粒较圆，粒度均匀，海砂如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；湖砂如江西都昌砂、星子砂；河砂如上海吴淞砂、河南郑庵砂；风砂——经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更圆整而均匀。石英砂岩——沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南湘潭的石英砂岩。石英岩——沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高的SiO2，质地极为坚硬。经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。对铸造用原砂质量要求（1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20µm）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括细的砂子和其它非粘土质点。检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，可将原砂中颗粒直径20µm与直径20µm的颗粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。铸造用硅砂分级：根据国家标准GB/T9442—1998的规定，铸造用硅砂按SiO2含量可分为五级。表1-1铸造用硅砂按SiO2含量分级分级代号9896939085w(SiO2)(%)≥98≥96≥93≥90≥85分级代号0.20.30.51.02.0w泥分(%)≤0.2≤0.3≤0.5≤1.0≤2.0（2）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度和分布测定方法：筛分法，用一套（11个）筛孔尺寸自大而小的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：筛子序号0102030405060708091011筛孔尺寸3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053相当筛号行业标准JB/T9156—19996122030405070100140200270原机标JB2488—816122428455575100150200260表1-2铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸(单位：mm)原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法1）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛子上砂子质量，选出余留量之和为最大值的相邻三筛，即得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺寸(单位为mm)小数点后的两位数作为粒度分组代号。表1-3铸造用硅砂按粒度分组分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm85604230211.70,0.850,0.6000