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1、粘土型(芯)砂,、粘土型(芯)砂的性能及其影响因素,型砂应具备的性能很多，其中直接影响铸件质量的有：型砂的湿度、强度、透气性、发气性、耐火度、退让性和导热性等。影响铸件劳动生产率，同时也影响铸件质量的有：型砂的流动性、可塑性、吸湿性、不沾模性、出砂性及复用性等。,湿度（含水量）、湿压强度、透气性、粘土含量、吸蓝量（有效膨润土含量）,2,一、强 度,3,(一)湿强度,影响因素： (1)粘土及水分,4,(2)原砂颗粒特性 (3)型砂紧实度,(二)干强度,5,影响型砂干强度的主要因素：粘土加入量、含水量和烘干规范,型砂经烘干或硬化后的强度称为干强度。干强度对干型、干芯和表面干型在搬运、合箱和浇注过程
2、中具有重要意义。,粘土型砂在烘干时，随着温度升高水分不断蒸发，砂粒之间的距离不断地减少，质点间的附着力不断增大，因而使型砂的干强度比湿强度大得多。,6,(三)高温强度,型砂高温强度又称热强度，是指型砂在高温作用下的强度,影响粘土型砂高温强度的主要因素有：粘土的种类及加入量、湿态含水量、附加物的性质及加入量等。,(四)表面强度,提高铸型和砂芯的表面强度的两种方法：一是采用颗粒分散的原砂、增加粘土加入量、采用膨润土代替普通粘土等以提高型砂的整体强度；二是在铸型或砂芯表面喷刷涂料。,(五)热湿拉强度,型砂热湿拉强度是衡量型砂抗膨胀能力的重要性能指标。,7,系指铸型或砂芯的表层强度。,型砂试样在高温急
3、速加热时所形成的水分凝聚区的拉伸强度称为热湿拉强度。,二、透气性,(一)影响型砂透气性的因素,(1)原砂的颗粒特性,8,型砂使气体逸出的能力称为透气性。,9,(2)水分 (3)粘土 4)附加物、混砂工艺及紧实度,型砂透气性峰值时的含水量比湿压强度峰值时的含水量多。,10,(二)透气性的测定原理,三、可塑性与韧性,可塑性是指型砂在外力作用下变形，外力去除后仍保持所赋予形状的能力。可塑性好的型砂，造型起模修型方便，铸件表面质量较高。一般情况下，凡是增加型砂湿强度的因素，均可使可塑性提高。,韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。它是材料强度与变形量的总合。韧性差的型砂起模时铸型容易损坏。增加粘土加入量和相
4、应地增加含水量可明显地提高型砂的韧性。增加型砂中失效粘土和粉尘的含量，将使型砂的变形量显著减小，韧性变差，起模困难。,11,四、流动性,型砂在外力和本身重力的作用下，颗粒质点互相移动的能力称为流动性。型砂流动性好易于紧实，铸型尺寸准确，表面光洁，造型效率高，易于实现造型、制芯机械化。,型砂流动性主要取决于原砂颗粒特性、粘结剂的种类及加入量、含水量及混砂质量等,五、发气性,型(芯)砂在高温作用下产生气体的能力称为发气性，一般用发气量来衡量。 发气量 发气速度,12,六、不沾模性,型砂不沾附模样及芯盒表面的性能称为不沾模性。沾模性强的型砂，造型制芯不方便，生产率低，铸件表面质量差。一般说来，型砂含
5、水量愈高，型砂与模样及芯盒的温度差愈大，则沾模就愈严重。,七、其它性能,(1)耐火度 (2)退让性：型砂在金属凝固、冷却过捏中，能相应地变形、退让而不阻碍铸件收缩的性能称为退让性。 退让性主要取决于型砂的高温强度，高温强度愈大退让为愈差。 (3)复用性：型砂复用性又称耐用性。它指型砂经多次使用仍保持原来性能的能力。,13,型砂抵抗高温热作用的性能称为耐火度,八、水分、最适宜干湿程度和紧实率,水分不足，型砂太干时，型砂强度低，韧性和可塑性差，砂型易破碎，不易起模，铸件易产生冲砂、砂眼等缺陷。水分高时，可塑性和韧性虽好，但湿强度却较低，砂型易变形，铸件薄处可能浇不足，厚处则表面粗糙，易产生夹砂缺陷
6、。型砂过湿，干强度和热强度则过大，会使退让性太差，铸件产生裂纹，也使落砂困难。故控制型砂适宜水分十分重要。,14,判断型砂干湿程度的几种方法： 1、含水量测定 2、手捏感觉 3、紧实率,15,4、过筛性,16,最适宜的水分范围,一般将使型砂诸性能均能达到技术条件要求的水分范围称为最适宜水分范围。,17,、湿型砂制备及质量控制,在拟定型砂的配方之前，必须首先根据浇注合金种类、铸件特征和耍求、造型方法和工艺、清理方法等因素确定型砂应具有的性能范围。然后再根据各种造型原材料的品种和规格、砂处理方法和设备性能、砂铁比和各项材料烧损比例等因素拟定型砂的配方。,18,一、湿型砂的性能和配方特点,1铸铁件湿
7、型砂,手工造型和振压式机器造型用型砂的紧实率大多在50左右。由于铸铁型砂中含有煤粉及失效煤粉，单一砂和面砂中又都有大量旧砂。型砂中泥分含量常达12-16(质量分数)，能吸收多量水份。所以，型砂含水量通常高达45一6(质量分数)。 一般铸铁件的湿型砂，用发气量测出的有效煤粉含量(按质量分数计)在5-8左右。但对于薄壁小件，型砂中有效煤粉只需3-4即可。煤粉含量是否适当，可根据铸态铸件表面情况来判断，如果铸件表面有粘砂，可能是表面透气性过高或有效煤粉不足。如铸件表面光洁且呈蓝色，则表明煤粉可能已过量，应核对型砂的发气量，并适当减少煤粉加入量。,19,2铸钢件湿型砂,与铸铁相比，铸钢具有以下特点：浇
8、注温度高，一般碳钢比铸铁高150，达1450-1550以上，对砂型热作用的时间长；一般是用漏包浇注和开放式浇注系统，对铸型冲刷力大； 3、钢液易氧化而生成氧化物，易与型砂起化学反应，引起粘砂；气体在钢液中溶解度大，铸件易产生针孔或皮下气孔。,20,铸钢型砂的特点： 为了防止铸件增碳，型砂中不含煤粉和煤粉烧损的残留物，因而铸钢型砂的含泥量较铸铁型砂低，需水量少。在同样紧实率下铸钢型砂的水分低，有利于防止产生针孔或皮下气孔。水分最好控制在4-5%(质量分数)或更低些。 由于型砂中不含煤粉和含泥量低，单一砂和面砂的透气性容易偏高。单一砂的透气性最好不超过120，面砂的透气性还应更低才能生产出表面光洁
9、无机械粘砂的铸件。为此，可选用粒度15Q(或2lQ)的硅砂，不宜使用粒度为30Q的粗硅砂。,21,为了防止铸件表面产生化学粘砂，铸钢用原砂的Si02含量大多在96(质量分数)以上，厚壁和浇温高的铸件要求硅砂SiO 2含量更高些。 由于硅砂含Si02高，型砂中又缺少煤粉等缓冲材料，因此铸钢件产生夹砂结疤类缺陷倾向性更大些。可采用活化膨润土或天然钠质膨润土来提高型砂的热湿拉强度和抗夹砂结疤能力。 为了提高型砂的韧性和表面风干强度，防止冲砂和砂孔，型砂中可加入适量的渣油液和淀粉类材料(例如冻胶化淀粉、糊精等)。必要时，需在砂型表面喷涂糖浆、纸浆废液、水玻璃等的稀释水镕液，或酚醛树脂酒精溶液，以提高其
10、表面强度。喷涂后应经停放几小时或用喷灯表面喷烧后才能合箱。,22,3有色合金用湿型砂,生产中应用最多的铸造有色合金是铜合金、铝合金和镁合金。主要要求型砂能防止金属液渗入铸型和制得的铸件表面光洁清晰美观。原砂粒度大多较细，为10Q的硅砂或天然粘土砂。天然粘土砂中加入适量水后具有良好的塑性和一定的湿强度。 铝合金液较轻，使用天然粘土砂时要注意控制含水量，以免由于型砂透气性低而造成呛火和气孔缺陷。铝合金的浇注温度低，热容量小，对砂粒和粘结剂的破坏少，型砂可反复应用。 为了防止燃烧，型砂中含水量应尽可能低。过去在型砂中还要加入硼酸、硫磺和氮化物作保护剂，以形成保护性气体和保护膜防止镁被氧化和燃烧，但在
11、浇注后产生大量有毒气体。现在国内工厂已改用含有硼酸、菱镁矿和烷基磺酸钠等附加物的“无毒型砂”，其毒性小，烟气少，对镁合金有良好的保护效果。,23,4高密度造型型砂,(1)高密度造型特点 高密度造型是指提高造型紧实力制得较高紧实程度或较高密度砂型的造型方法而言。过去高密度造型只指各种高压造型。近十多年来，高速的冲击造型包括动力(机械)冲击和气流冲击造型得到了越来越广泛的开发相应用，也属高密度造型。 一般认为，压实比压高到0.7MPa以上称为高压造型，用此法生产出来的铸件不仅尺寸精度高，表面粗糙度大大改善，而且能使铸件更加致密，力学性能更高，加工余量减少，铸件质量减轻，劳动条件改善，生产率大大提高
12、等。 高压造型中，由于其不良的砂型强度分布；另外，随着压实比压的提高，还可能引起“水爆炸”，从而会出现型壁移动，并使铸件产生气孔、局部表面粗糙和机械粘砂、甚至整个铸件表面粘砂等缺陷 。,24,(2)高密度造型型砂特点,高密度造型的型砂性能具有以下特点： 1)湿强度。为了提高砂型的硬度，避免浇注时型壁移动，型砂应当具有高的湿强度，因为高湿强度是保证砂型高硬度的必要条件。为了保证高密度造型型砂的高湿压强度，型砂中有效膨润土含量大多为6.0-10%(质量分数)；最好选用质地较纯、吸蓝量高和粘结能力强的膨润土供高密度造型使用 2)紧实率和含水量。 型砂比通常造型型砂稍干一些。紧实率太低时型砂不易混匀，
13、型砂的韧性低，起模性差，易掉砂，浇注时易冲砂。多触头高压造型和气流冲击造型型砂的紧实率多数控制在404范围内，取得良好的效果。挤压造型型砂紧实率则大体在35-40范围内。各国高密度造型型砂的含水量很不一致，大多数工厂3-4%。,25,3)透气性。高密度造型的砂粒排列比较密实，所以要求透气性稍微高些。多数集中于100-120。 4)抗夹砂结疤能力。高密度造型的紧实程度高，所以希望型砂具有较好的抗夹砂结疤能力，工厂根据铸件的特点不同，对型砂的热湿拉强度有不同的要求。普通铸件用型砂热湿拉强度一般为1.0-2.0kPa，较敏感铸件用型砂有时要求25kPa。因此在选用粘土时，可以混合使用钙质和钠质膨润土
14、，或是全部采用质量优良的钠质膨润土或活化膨润土。 5)抗机械粘砂能力。由于高密度造型的砂型比较紧实，生产铸铁件时可以降低型砂中的有效煤粉含量。这对于防止呛火和火爆炸粘砂也有好处。一些工厂使用的型砂实际煤粉含量大体在3-6(质量分数)范围内，典型的为挥发物约2o，灼烧减量约6o。,26,二、湿型砂的混制工艺,有些工厂常用的加料顺序是先将回用砂和新砂、粘土粉、煤粉等干料混匀，再加水混合至要求的水分。如果型砂中含有渣油液，则渣油液应在加水混匀后加入。加渣油液后的混碾时间不要太长，只要混匀即可。这种先加干料后加水的顺序会带来一些问题，当回用砂较干时则更是这样。因为干料很难混匀，在碾盘边缘会遗留一些粉料
15、未被混合。这些粉料吸水后，在混碾的后期和卸砂时才脱落，使在型砂中混有一些粘土和煤粉团块。如果先向回用砂中加水，则水可在砂粒上形成水膜，再加入粘土就能更快地分散在砂粒上，强度的发展较快。此外，先混干料会使粉尘飞扬，恶化劳动条件。因此通常认为加料顺序宜先加砂和水，湿混后再加粘土和煤粉混匀，最后加少量水调整紧实率，可以更快地达到预定的型砂性能，缩短混砂时间。,27,对湿型砂而言，混砂时严格控制加水量是必要的。工厂中常用的加水量控制办法有以下几种： 人工加水。 定量水箱、定量水表、时间继电器控制电磁水阀。边测量、边控制。,28,三、型砂的质量检验和控制,通过型砂的质量检验和宏观控制，不但可了解型砂是否
16、达到要求的性能，而且还可掌握型砂在使用中的变化，这样就能及早采取措施，保证型砂符合要求和保持稳定，保证铸件质量，预防缺陷产生。,试验结果的综合分析 每次取样测出的型砂性能，常在一定范围内波动，故一次试验结果还不能说明问题，应取每天试验结果的平均值，才能较好地代表整个型砂系统的状况。,29,30,31,砂处理系统 包括： 回收砂的处理、 新砂及辅助材料的加入、 型砂的混制 型砂性能的监控。,粘土湿型砂及其控制要点,铸铁湿型单一砂循环过程示意图,32,一、粘土湿型砂的特性,粘土湿型砂理想的砂粒结构,用新砂配制的粘土湿型砂砂粒结构示意图,粘土湿型砂的砂粒结构,粘土膏属半固态性质，粘度很高，难以混匀,33,粘土湿型砂的混砂效率,当前高水平的混砂设备，混砂效率也不过是6070%。,另一方面，从要求型砂适于造型的可紧实性看来，也不应该让所有的活性粘土都充分吸水并混合均匀。,还要特别指出的是：如果型砂中的活性粘土全部都起作用，都充分吸水了，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，由于此处粘土
