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粘土湿型砂铸造造型中需要注意的要点


    用粘土砂作为铸造造型材料生产铸件,是较为传统的工艺且应用较为广泛的。例如现在铸造工艺上的射压造型、半自动造型、震压式造型、气冲造型及全自动铸造造型机等,也都是以使用粘土湿型砂为前提的。各种新工艺的实施,使粘土湿型砂在铸造生产中的地位更加重要,也使粘土湿型砂面临许多新的问题,促使我们对粘土湿型砂的研究不断加强、认识不断深化。


    在各种砂铸造造型工艺蓬勃发展的今天,粘土砂造型适应铸造造型条件的能力极强,这也是粘土砂造型的一大优点,据国际信息报道,在日本铸造业中,以粘土湿型砂制造的占73%以上;美国铸造业中,以粘土湿型砂制造的占80%以上。现如今,随着科学技术水平的快速发展,各个生产产业对铸件的需求越来越大,对产品铸件的质量要求也越来越高,对企业的生产率也带来了巨大的挑战。如果砂处理造型的性不能充分适应具体生产条件要求,或者不能有效的控制其稳定、一致,则对于铸造企业一个长期发展是非常不利的。


在粘土湿砂造型环境中,有许多不断改变的因素。如果有一种或多种关键性的条件不能保持在控制范围之内,那么铸件生产中是很容易出现问题的。一个完整性的砂处理造型系统,应该监控型砂的性能,如有问题,应能及时对行为发出警告。由于各铸造厂砂处理的系统设置不同,选用的造型设备也打不相同,所以想拟定一套通用的粘土砂造型控制方案是做不到的。在这里本人提出一些目前已被广泛认同的控制要点。

  

粘土湿型砂铸造造型的注意要点


一.对于旧砂的处理

    用粘土湿型砂造型,浇注以后,除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外,大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。


    配制粘土湿型砂时,旧砂用量一般都在90%以上,如果对旧砂的处理不当,无论怎样加强混砂,无论添加什麽辅助材料,都不可得到好的型砂。所以,对旧砂进行有效的处理,是保证型砂质量的前提。


1.旧砂温度的控制

    热砂问题,已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高,铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。热砂对铸件质量的负面影响,主要由于以下几个方面:


·由于热砂使水分蒸发,混砂时无论怎样注意,也难以控制型砂的性能;

·将热型砂送往造型机的过程中,由于水份损失,型砂性能改变,造型时实际上用的型砂,其性能与混砂时控制的性能差别很大;

·造型时,热型砂的水分容易在模样表面上凝结,型砂粘模;

·合型后,热砂的水分蒸发,凝结在冷的芯子上,会使芯子的强度降低,铸件也易于产生气孔; ·如果旧砂要贮存在砂斗中备用,则热砂容易粘附在 砂斗壁上。严重时,砂斗四周堵满了型砂,只剩中间一个孔洞,使系统中的型砂只有一部分周期使用,这部分型砂周转快、温度又会进一步提高,使热砂问题更加严重。


    那么多高温度的砂算是热砂?判断热砂的温度界限,是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面出现问题。对此,许多研究者从个方面进行了研究;有人研究了型砂温度对其性能稳定性的影响;有人研究了温度对膨润土-水系统流变性的影响;有人研究了型砂温度与铸件质量的关系。各方面的研究,得到了一致的结论,即:为保证型砂的性能稳定,温度应保持在50℃以下。而冷却型砂最有效的办法是加水,但是,简单的加水,效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发,才能有效地冷却。即使加水后向砂表面吹风,也不能有多大的改善。加水后,要使水在型砂中分散均匀,然后向松散的砂吹风,使水分迅速蒸发,同时将蒸汽排除。


2.旧砂的水分控制

    几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分,但是,对于严格控制旧砂水分的重要性,很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。

进入混砂的旧砂水分太低,对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。特别是铸型浇注以后,由于热金属的影响,很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了,加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低,在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的,旧砂的水分越低,混成砂的综合质量就越差。目前,各国铸造工作者已有了这样一种共识:进入混砂机的旧砂,水分只能比混成砂略低一点。较好的做法是:在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样,从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间,水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。更好的做法是:在系统中设混砂机对旧砂进行预混,冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混,以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国外,有的铸造厂预混时,将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。型砂中的膨润土和水在混砂机进一步得到调制,型砂的性能就更为稳定一致。



3.旧砂的粒度

    对于用粘土湿型砂制造的铸铁件,型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上,决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少,不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以,应该经常检测旧砂的粒度。



4.吸水细粉的含量

    吸水细粉中主要是死粘土,还包括焦化的煤粉细粒和其他细粉。吸水细粉在混砂时会和膨润土争夺水分,使混成砂达到可紧实性目标值所需的水分增高。但是,据目前大家的认识,吸水细粉的吸水能力比膨润土强,而保持水分的能力却低于膨润土。因此,在型砂中加水量略有不当时,吸水细粉对型砂性能有一定的"微调和稳定"作用。水分高时,细粉首先吸水,膨润土所吸收水可较稳定一致;混成砂在输送过程中水分蒸发时,吸水细粉所吸的水先蒸发,粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定,型砂的性能也就较小波动。因此,吸水细粉含量比例不能太高,否则易于导致铸件上产生针孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。吸水细粉的含量并非越低越好,最好将其控制在2-5%之间,含量太低,则型砂的性能不易于砂型的稳定和紧实性。


二.新砂的补加

    粘土湿型砂在系统中反复使用,由于铸件粘附的砂粒被带走,部分膨润土受热成为死粘土,煤粉受热失效以及抽尘系统吸走粉状材料等因素,补加新材料以保持系统砂的总量稳定、性能一致是绝对必要的。这里,只简单谈谈各种材料补加量的确定,不想罗列各种材料的规格。


1. 新砂

    用新砂配成的型砂,是简单的混合物。混砂时补加的新砂不宜太多,以保持系统砂总量稳定为原则。新砂加入量太多,会对型砂质量有负面的影响。我国铸造厂一般散落砂都较多,很多厂新砂补加量为5-8%,这也是合适的。


2. 膨润土和其他黏结剂相比

   膨润土有一个重要的特点,就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高,脱除了自由水的膨润土只要加水,仍能恢复粘能力。而活性膨润土的粘结能力,只有在加水以后才能表现出来。不同的膨润土,丧失粘结能力的温度不同。


3. 煤粉

   铸铁用粘土湿型砂中的煤粉含量,要根据铸件的特点,煤粉的质量具体确定。煤粉含量大致上宜控制在3.54-5.54%之间。

混砂时补加的数量,须根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。旧砂中有效煤粉量的测定方法,这里就不说了。


三、混砂

1. 混砂的主要作用是:将型砂中各组分混合均匀,使水分充分润湿粘土,并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目标是使型砂具有适应造型设备的性能,由于粘土膏是半固态粘性物料,达到上述目标所需的能量很大。 如果混砂设备的功率不高,或混砂时间不够,粘土就不能充分发挥其粘结作用,型砂的强度不高,其它性能也不好。


2. 如果增加型砂中的水分,使粘土膏的水分增高、粘度下降,就可以减少涂布粘土膏所需的能量,即混砂时间可以缩短。但是,由于粘土膏的粘度下降,型砂的湿强度也急剧下降,这种办法实际上是不可取的。


3.合理的加料顺序


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