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1、高密度湿型的型砂性能要求前言高密度造型方法（或称高紧实度造型，包括多触头高压、气冲、挤压、射压、静压、吸压造型方法）的生产效率高、铸件品质较好，因而国内外应用都很普遍。高密度造型对型砂品质的要求比较严格。本文用表格（见文后附表）列举部分典型的国内外铸造厂实际应用的和部分设备公司推荐的高密度砂型主要的和经常测定的型砂性能，并加以评论。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。使砂型型腔表面
2、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以外，取样地点都在混砂机处。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，就要略增少许，以补偿紧实率和水分的损失。以前的观点认为手工造型和震压式机器造型最适宜于湿状态下的紧实率大约在4550%；高压造型和气冲造型时为 4045%；挤压造型要求流动性好，紧实率为 3540%。由表中
3、可以看出，目前铸件品质较好的工厂，高密度造型的型砂紧实率（大多是从混砂机取样）通常都在 2545%范围内，比较集中于 3040%之间，比以前有明显降低。这是由于高密度造型设备的起模精度提高，而且要求砂型各部位硬度均匀分布，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顺利就尽力降低紧实率。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，型砂中含有较多灰分，所购入煤粉和膨润土因品质低劣而需要增大加入量，混砂机的加料顺序不当、揉碾作用不强、刮砂板磨损、混砂时间太短，以致型砂中存在较多不起粘结作用的小粘土团块，都会提高型砂的含水量
4、。根据资料，世界各国高密度砂型的型砂含水量基本上都在 2.54.2%,比较集中于 2.83.5%。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。我国有些铸造厂的型砂含水量很高，例如表中 C-8 厂实测高达 5.0%，可能与旧砂含泥量高达 16.718.0%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 或稍高些。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在 5.08.3 之间，说明型砂吸水物质过多。2 透
5、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。但是绝不可理解为型砂的透气率越高越好。因为透气率过高表明砂粒孔隙较大，金属液易于渗透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透气性能应控制在适当的范围内。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、是否分面砂和背砂、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。但型砂含水量较小时，透气率可稍
6、低些。 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 100140 之间。如果型砂透气率在 160 以上，说明砂粒较粗，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、下型都需要喷醇基涂料。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
7、，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先前造好的砂型向前移动，更对型砂的强度提出较高要求。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，还会使铸件成本增加，而且给混砂、紧实和落砂等工序带来困难。 3.1 湿压强度一般而言，欧洲铸造行业
8、对铸铁用高密度造型型砂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 130250kpa(下文各种型砂强度的单位均为 kpa)之间，大多数为 180220。有些日本铸造工厂对型砂湿压强度的要求偏低。除表上所列的丰田公司和三菱川崎强度较高以外，很多工厂都在80180。北美铸造行业的型砂强度似乎介于欧洲和日本之间。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 134156。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
9、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国和日本工厂，对于铸铁件而言，除个别铸造工厂外，高密度造型的湿压强度大多在 120200 范围内，比较集中在 140180。湿压强度控制值较低的原因之一是所使用的振动落砂机破碎效果不好，大砂块会随铸件跑掉。而且很多铸造厂选用的膨润土品质较差，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 70130 之间。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，而抗拉强度无此因素。但
10、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，所以很多中小铸造厂不测定型砂的抗拉强度。通常要求湿拉强度20。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，就可以得出近似抗拉强度的湿态劈裂强度值。我国几家工厂的要求在 3050 之间。DISA 公司推荐的湿劈强度是3034，还给出了用劈裂强度估算抗拉强度的近似公式：湿拉强度=湿劈强度0.65。3.3 湿剪强度湿剪强度比湿压强度更能表明型砂的粘结力而且容易测定。国外设备公司建议高密度造型线的型砂湿剪强度值为 30-50（剪切力作用在标准试样的两端平面上），A-5 实测为 52，B-1 实测为 38-55。另
11、一种较新的测试方法，剪切力作用在试样圆周面上。这种仪器可以同时测出抗剪强度和剪切断裂时的变形量。两种湿剪强度数值是一致的。通常生产用型砂的变形量多在 0.400.70mm 范围内。例如 A-6 测得挤压造型型砂剪切强度约为 60，变形量约为 0.50mm。3.4 表面强度（表面耐磨性）湿砂型应有足够高的表面强度，能够经受起模、吹净、下芯、浇注等过程的擦磨作用。否则型腔表面砂粒在外力作用下容易脱落，可能造成铸件的表面粗糙、砂孔、粘砂以及夹砂等缺陷。在有些铸造厂中，从起模到合箱之间砂型敞开放置较长时间，以致铸型表面水分不断蒸发，即风干，可能导致表面耐磨性急剧下降。间隔时间长，天气干燥，型砂温度过高
12、时，风干现象尤其严重。美国 Dietert 公司推荐利用测定造型性的圆筒筛，将两只圆柱标准试样并列放置其中，转动 1min 后称量掉落的砂量，用来代表型砂的耐磨性。日本较多使用的方法是将标准试样放置在 6 目筛上，在震摆式筛砂机上震动 60s，以震摆前、后试样重量的比率称作为表面安定度（SSI）。日本东久公司推荐水平分型无箱射压线的型砂试样湿态即时表面安定率为88%，调查 6 家铸造厂的表面安定度都在 88.9-91.0%范围内。土芳公司调查 8 家静压和气冲线在 77.6-86.6%范围内，平均 82.5%。我国 A-1 实测结果在 70-89%范围内；A-4 实测结果是 89.9-90.6
13、%。在湿砂型喷涂表面稳定剂或涂料和在型砂中加入淀粉都能提高表面耐磨性，为了避免表面安定度试验的试样在筛上出现不规则的颠簸翻滚，而使掉落砂量波动，耐磨性测定装置使用钢丝针布对试样表面刷磨，称量 1min 的磨下量即可代表湿型砂试样的表面耐磨性。用内蒙精洗砂 100%，天然钠基膨润土或钙基膨润土 8%， 淀粉 0-1%配制型砂，紧实率按 45%控制。不加 淀粉的钠基膨润土空白试样，即时磨损量约为 8g，风干 2h 后磨损量增加到 40g 以上；加入1% 淀粉的钠基膨润土试样即时磨损量降为 0.37g，风干 2h 后磨损量仅约为 2g左右。钙基膨润土试样即时磨损量高达 16g，加入 淀粉后即时磨损量
14、降为1.8g。4 型砂含泥量型砂和旧砂的泥分是由有效膨润土、煤粉以及无效的灰分组成的。通常型砂比旧砂的泥分含量多 0.53.0%。型砂含泥量直接影响型砂的各种性能，所以应当以型砂含泥量的检测和控制为主。附表中含泥量除专门注明外大都是指旧砂而言。有些铸造厂的型砂和旧砂含泥量过高，原因可能是所使用的原砂、膨润土和煤粉品质不良，旧砂缺乏有效地除尘处理造成的。还有些发动机铸造厂的型砂出现含泥量过低现象，是旧砂中混入大量溃碎树脂砂芯造成的，以致型砂适宜含水量太低，透气率太高，性能难以控制。一些国外生产铸铁件工厂型砂含泥量的情况举例如下：美国的汽车制造厂型砂含泥量大多较低，例如 John Deere 生产
15、球墨铸铁的高压造型型砂含泥量为 7.58.8%。International Harvester 生产拖拉机缸体的型砂含泥量为 910%。GMC 生产雪佛兰缸体型砂为911%；德国 Meinheim 的 John Deere 分厂的三种型砂含泥量的控制指标分别为 10.012.5%、11.013.0%和 11.013.5%；Luitpold 铸造厂生活大众汽缸体用型砂为 1213.5%。日本三菱自动车川崎工厂的 SPO 线型砂管理标准规定含泥量为 1214%，五十铃汽车厂型砂含泥量为 9.6%。几家国外铸造设备公司推荐型砂含泥量在 1013.5%范围内。我国几家外资和合资工厂的含泥量（估计均为旧
16、砂）在 9.513%。但国内有些厂的旧砂含泥量偏高。例如 C-8 的 B&P 线16.7%；两乡镇企业的气冲线和挤压线分别为 25.8%和 28%。山西某厂 Hunter 线1619%。归纳以上数据可以得出：高密度造型理想的铸铁用型砂（含煤粉）含泥量为 1013%，不应大于 14%和小于 9%；理想的旧砂含泥量为 811%，不应大于12%和小于 7%。关于型砂泥分中的灰分含量，德国 Mettman 铸造厂要求灰分不超过 3.0%，国外也有人主张应当不超过 3.55.0%。如果含泥量过高，应当加强各种原材料的选用和检验，改善旧砂除尘装置的工作效果。如果含泥量过低，就应该将除尘系统的排出物部分地返回砂系统中。5 型砂粒度型砂粒度直接影响透气性和铸件表面粗糙程度。原砂的粒度并不能代表型砂粒度，因为在铸造过程中部分砂粒破碎成细粉，另一部分烧结成粗粒。而且不同粗细的砂芯溃碎后也会混入旧砂。经过多次铸造过程的积累就使型砂的粗细逐渐
