砂型铸造——湿型铸造-泊头市利丰机械制造有限公司

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砂型铸造——湿型铸造

发布时间：2015/1/9 14:15:05 来源：泊头市利丰机械制造有限公司

粘土砂型概述

粘土砂型可分为湿型、干砂型和表面烘干砂型。三者之间的主要差别在于：湿型是造好的砂型不经烘干，直接浇入高温金属液体；干砂型是在合箱和浇注前将整个砂型送入窑中烘干；表面烘干砂型只在浇注前对型腔表层用适当方法烘干深度（一般5～10mm，大件20mm以上）。

目前，湿型砂是使用广泛的、方便的造型方法，大约占所有砂型使用量的60～70％，但是这种方法还不适合很大或很厚实的铸件。表面烘干型与干型比，可节省烘炉，节约燃料和电力，缩短生产周期，所以曾在中型和较大型铸铁件的生产中推广过。通常采用较粗砂粒（使有高的透气性），加入较多粘土和水分，有时还在型砂中加1～2％的木屑（提高抗夹砂结疤能力），其型腔表面须涂敷涂料。

干型主要用于重型铸铁件和某些铸钢件，为了防止烘干时铸型开裂，一般在加入膨润土的同时还加入普通粘土。干型主要靠涂料_铸件表面质量。其型砂和砂型的质量比较容易控制，但是砂型生产周期长，需要专门的烘干设备，铸件尺寸精度较差，因此，近些年的干型，包括表面烘干的粘土政型已大部分被化学粘结的自硬砂型所取代。

1 湿型铸造

1.1 湿型铸造特点

湿型铸造法的基本特点是砂型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。其主要优点是生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现生产过程的机械化和自动化；材料成本低；节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积；延长了砂箱使用寿命等。但是，采用湿型铸造，也容易使铸件产生一些铸造缺陷，如：夹砂、结疤、鼠尾、粘沙、气孔、砂眼、胀砂等。随着铸造科学技术的发展，对金属与铸型相互作用原理的理解更加深刻；对型砂质量的控制更为有效；加上现代化砂处理设备使型砂质量得到了_；_的造型机械使型砂紧实均匀，起模平稳，铸型的质量较高，进了湿型铸造方法应用范围的扩大。例如汽车、拖拉机、柴油机等工业中，质量在300～500kg以下的薄壁铸铁件，现都已成功地采用湿型铸造。现代化造型方法有：普通机器造型、微震压实造型、多触头高压造型、射压造型、冲击造型及静压造型等。各种造型方法的特点及所生产的铸件尺寸精度和表面粗糙度值见表1。

1.2 湿型砂用原材料

湿型砂是由原砂、粘土、附加物及水按配比组成的。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，再加水混至要求的水分。型砂的配方应根据浇注合金种类、铸件特征和要求、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、砂铁比等因素拟定。

一、石英质原砂(具体参数请查询铸造技术数据-铸造技术-铸造工艺参数-铸造造型材料-铸造用砂)

铸造生产中使用量大的原砂是以石英为主要矿物成分的硅砂。硅砂资源丰富，分布极广，易于开采，价格低廉，能满足铸造上多数情况的要求。生产中通常根据铸件的合金种类、质量、壁厚的不同来选定原砂的化学成分和矿物组成。例如铸钢的浇注温度高达1500℃左右，钢液含碳量较低，型腔中缺乏能防止金属氧化的强还原性气氛，与铸型相接触的界面上金属容易氧化生成FeO和其他金属氧化物，因而较易与型砂中杂质进行化学反应而造成化学粘砂。所以要求原砂中SiO2含量应较高，有害杂质亦应严格控制。铸钢件的浇注温度越高，壁厚越厚，则对原砂中SiO2含量的要求越高。

表1 各种造型方法的特点及所生产的铸件尺寸精度和表面粗糙度

造型方法		比压/MPa	硬度①	砂型平均密度（g.cm-3）	铸件基本尺寸／mm和尺寸公差等级CT				铸件表面粗糙度Ra/um
造型方法		比压/MPa	硬度①	砂型平均密度（g.cm-3）	>7～63	>63～100	>100～160	>160～250	铸件表面粗糙度Ra/um
低压造型；例如普通机器造型		0.13～0.4	60～80	1.2～1.3	8～9	8～9	8～9	9～10	50～400
中压造型：例如微震压实		0.4～0.7	70～90	1.4～1.5	7～9	7～9	7～9	8～10	50～400
高压造型	射压造型	>0.7	90左右	1.5～1.6	6～7	6～7	6～7	7～8	6.3～50(12.5～25)
高压造型	多触头高压造型	>0.7	90左右	1.5～1.6	5～6	6～7	6～7	7～8	6.3～50(12.5～25)
冲击造型	气流冲击造型		90左右	1.5～1.6	提高了砂型的尺寸精度、铸件的尺寸精度低于高压造型				6.3～50
冲击造型	动力（机械）冲击造型		90左右	1.5～1.6	提高了砂型的尺寸精度、铸件的尺寸精度相当或略优于高压造型				6.3

①指砂型上下平面的表面度度值，用B型砂到硬度计利出。
②括号内为常见的粗糙度值，但我国的劳件q比此但法度值大1～2个等级。
③我国高压造型实际达到的精度比表中约差1～3个等级。

二、非石英质原砂

非石英质原砂是指矿物组成中不含或只会少量游离SiO2的原砂。虽然硅砂来源广，价格低，能满足一般铸铁、铸钢和非铁合金铸件生产的要求而得到广泛应用，但是硅砂还有一些缺点：热膨胀系数比较大，热扩散率比较低，蓄热系数比较低，容易与铁的氧化物起作用等。这些都会对铸型与金属的界面反应起不良影响。在生产高合金铜铸件或大型铸钢件时，使用硅砂配制的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，使铸件的清理_困难。清砂过程中，工人长期吸入硅石粉尘易患矽肺。

为了提高铸件表面质量，_劳动条件，在铸钢生产中已逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。这些材料与硅砂相比，大多数都具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，与金属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件并_清砂劳动条件。但这些材料中有的价格较高，比较稀缺，故应当合理选用。目前可用的非石英质原砂有橄榄石破、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等等。

三、粘土

粘土是湿型砂的主要粘结剂。粘土被水湿润后具有粘结性和可塑性，烘干后硬结，具有干强度。而硬结的粘土加水后又能恢复粘结性和可塑性，因而具有较好的复用性。粘土资源丰富，价格低廉，所以应用广泛。

粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料。按晶体结构可分为高岭石（kaolinite）组，包括高岭石、珍珠陶土、地开石、埃洛石等；蒙脱石（montrillonite）组，包括蒙脱石、贝得石、绿脱石、皂石等；伊利石（illite）组，包括依利石、海绿石等。

铸造工作者通常根据所含粘土矿物种类不同将所采用的粘土分为铸造用粘土（fireclay）和铸造用膨润土两类。膨润土主要是由蒙脱石组矿物组成的，主要用于湿型铸造的型砂粘结剂。铸造用粘土主要含有高岭石或依利石类矿物。

四、附加物

型砂中除了含有原砂、粘土和水等材料以外，通常还加入一些附加物如煤粉、渣油、淀粉等，目的是使型砂具有特定的性能，并_铸件的表面质量。

在铸铁及有色合金用湿型砂中加入煤粉，可以防止铸件表面产生粘砂缺陷，并能_铸件的表面光洁程度。湿型铸铁件所用型砂中煤粉的含量常在3～8％（质量分数）范围内，根据铸件大小和厚薄而异。

煤粉的代用材料，包括固体沥青或其乳化液，渣油或煤焦油或其乳合液，膨润土与沥青或其他石油衍生物的混合粉末或浆液，固态或水中分散的合成聚合物和淀粉等。铸铁面砂中淀粉含量（按质量分数计）一般为0.5％左右，铸钢面砂在0.5～1.0％左右。

1.3 湿型砂性能要求及检测方法

高质量型砂应当具有为铸造出高质量铸件所必的各种性能。根据铸件合金的种类，铸件的大小、厚薄、浇注温度、金属液压头、砂型紧实方法、紧实比压、起模方法、浇注系统的形状、位置和出气孔情况，以及砂型表面风干情况等的不同，对湿型砂性能提出不同的要求。主要的，即直接影响铸件质量和造型工艺的湿型性能有水分、透气性、强度、紧实率、变形量、破碎指数、流动性、含泥量、有效粘土含量、颗粒组成、缅化物、砂温、发气性、有效煤粉含量、灼烧减量、抗夹砂性、抗粘砂性等。

一、水分、适宜湿程度和紧实率

为了得到所需要的湿态强度和韧性，粘土砂须含有适量水分，太干或太湿均不适于造型，也难铸造出合格铸件。因此，型砂的干湿程度须保持在一个适宜的范围内。
判断型砂干湿程度有以下几种方法：

（1）水分也叫含水量或湿度

它是表示型砂中所含水分的质量百分数，这是一般工厂中确定型砂干湿程度常用的传统方法。测定的原理是称取定量的型砂，放入105～110℃烘干装置中使之干燥，由烘干前后的质量差异计算出型砂的水分。

（2）手捏感觉

有实际操作的混砂或造型工人常根据用手捏型砂时砂是否容易成团和是否沾手来判断型砂的干湿程度，还根据捏紧动作中砂是否柔软和变形情况来判断型砂的可塑性；根据手指掐碎砂团时用力大小来判断型砂的强度是否合适。

（3）紧实率

指湿型砂用 1MPa的压力压实或者在鼓击式制作机上打击三次，其试样体积在紧实前后的变化百分率，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示，即紧实率=［（筒高一紧实距离）筒高］。

手工和机器造型用型砂适干湿状态下的紧实率接近50％；高压造型和气冲造型时为35～45％；挤压造型时为35～40％；不管型砂中有效膨润上、煤粉和灰分的含量有多少，只要将紧实率控制在上述范围内，手捏感觉的干湿程度处于适宜状态。这时型砂的水分可称为适宜水分。

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