[科普中國(guó)]-濕砂造型

簡(jiǎn)介

濕砂造型仍然是一種簡(jiǎn)單和最重要的生產(chǎn)鑄件的方法。任何一種濕砂造型法的成功在很大程度上取決于型砂的不斷重用和能保持其性能。當(dāng)然，型砂的冷卻也是很重要的1。

一般性能冷砂必須滿足許多要求：

1.必須是能流動(dòng)的，足以在模型周?chē)o實(shí)。

2.必須有足夠的塑性變形，以避免起模時(shí)開(kāi)裂。

3.必須有足夠的強(qiáng)度，使起模后的鑄型能承受自身重量而不變形。

4.必須有足夠的濕強(qiáng)度，使鑄型在澆鑄時(shí)能承受熔觸金屬的壓力。

5.必須有足夠的干強(qiáng)度，以防止?jié)茶T過(guò)程中受熔融金屬的侵蝕。

6.必須是耐熔的，足以能經(jīng)受高溫而不熔化或熔入鑄件。

除耐熔性外，其它性能取決于型砂中硅性粘土的量和水份。

砂通常主要是由SiO2組成的，SiO2的熔點(diǎn)約為1700℃，但也可能存在相當(dāng)數(shù)量的低熔點(diǎn)礦物質(zhì)，這種低熔點(diǎn)物質(zhì)引起砂粒燒結(jié)。

燒結(jié)溫度由于低熔點(diǎn)殘余物的聚集而降低。鑄造人員應(yīng)當(dāng)了解澆包表面的熔渣（據(jù)英國(guó)鑄鐵研究協(xié)會(huì)稱(chēng)，主要是富錳硅酸鹽）、海運(yùn)煤煤灰一、芯砂中的氧化鐵、陽(yáng)離子交換粘土中的過(guò)量碳酸納和CO2/硅酸鹽型芯中的水玻璃殘?jiān)壬晌铩?/p>

膨潤(rùn)土鑄造用的粘土，不管其類(lèi)型，均是含水的鋁—硅粘土。它們?cè)跐駪B(tài)下具有內(nèi)聚力和塑性，而當(dāng)干燥時(shí)，則有高的強(qiáng)度。膨潤(rùn)土有兩種：一種是鈉基或西部膨潤(rùn)土，另一種是鈣基或南部膨潤(rùn)土。

鈉基膨潤(rùn)上與水混合時(shí)體積可增加10-20倍。它們?cè)跐裆爸械闹饕攸c(diǎn)是干強(qiáng)度高，可減少浸蝕的危險(xiǎn);水份允許范圍比其它類(lèi)型的粘土寬，以及能減少粘土消耗和高抗熔蝕性。

鈣基膨潤(rùn)上與水混合時(shí)不膨脹或形成疑膠。用蘇打灰（碳酸鈉）進(jìn)行化學(xué)處理，其性能實(shí)際上被改變成鈉基膨潤(rùn)上。這種稱(chēng)為“活化”的處理使不膨脹的膨潤(rùn)土變?yōu)榫哂薪咏谔烊烩c基膨潤(rùn)土性能的膨脹膨潤(rùn)土。

蘇打活化粘土被廣泛用于黑色和有色金屬鑄造中。它們具有高的濕強(qiáng)度、寬的造型性范圍、中等干強(qiáng)度和良好的抗粘砂和抗脹砂能力。

摻和膨潤(rùn)土是一種新進(jìn)展，這包括將鈣基或鈉活化的膨潤(rùn)土摻入鈉基膨潤(rùn)土。據(jù)英國(guó)鑄鐵研究協(xié)會(huì)稱(chēng)，象高壓造型系統(tǒng)那樣需要用高粘性粘土以生產(chǎn)低水份肥砂時(shí)，就要采用摻和膨潤(rùn)土。

高溫耐久性好意味著回收砂中的補(bǔ)充添加劑量低和產(chǎn)生的枯粘土最少。然而，在采用高干強(qiáng)度的摻和粘土之前，重要的是要考慮落砂設(shè)備能否處理高強(qiáng)度的鑄型2。

型砂制備金屬澆入鑄型時(shí)發(fā)生一些變化：

1.游離水被驅(qū)出，它不是冷凝在鑄型較冷的部位就是以蒸汽的形式排入大氣中。

2.揮發(fā)物從海運(yùn)煤及其代用品之類(lèi)的有機(jī)材料中排出。

3.當(dāng)溫度超過(guò)600℃時(shí)，化合水就從粘土粘結(jié)劑中排出，當(dāng)部分鑄型溫度達(dá)到800℃時(shí)，所有粘土失去其化合水。

這些變化迫使型砂再用于造型前要補(bǔ)充水、有機(jī)添加劑和粘土。型砂重用開(kāi)始于落砂業(yè)要滿足一些條件：用捕塵器去除型砂中的細(xì)粒，破碎砂粒，去除雜質(zhì)和金屬粒，初步冷卻和均勻化。

混砂的概念已有改變，特別是大多數(shù)鑄造廠均采用快速粘結(jié)粘土的復(fù)合（合成）砂以來(lái)更是如此。棍砂機(jī)的類(lèi)型也已改進(jìn)，許多金屬鑄造廠都使用高強(qiáng)度類(lèi)型的混砂機(jī)，這類(lèi)機(jī)器沒(méi)有輾輪，而是依靠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的底盤(pán)、轉(zhuǎn)輪和刮板，據(jù)說(shuō)操作簡(jiǎn)便，停機(jī)時(shí)間少。

其它類(lèi)型的棍砂機(jī)一般有立式輾輪和刮板式或臥式操作的輾輪。兩臺(tái)普通的棍砂機(jī)組合就可進(jìn)行連續(xù)混砂。由于刮板葉片和輾輪經(jīng)常需要調(diào)整，所以混砂機(jī)和所有輔助設(shè)備應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定期的計(jì)劃維修。

干透的材料應(yīng)在一臺(tái)鑄造混砂機(jī)中混合，要避免偏拆以及重粘土粘結(jié)砂的過(guò)混。型砂水份是最重要的變量，因?yàn)樗行阅芏既Q于它。

造型原則一臺(tái)造型機(jī)必須依次完成兩種操作，首先是搗實(shí)，繼之是使模型與搗實(shí)（緊實(shí)）的型砂分離。機(jī)器造型比手工造型有某些優(yōu)點(diǎn)：

1.鑄型密度更均勻；

2.生產(chǎn)率提高；

3.再生產(chǎn)性更一致；

4.能制出各種澆冒口和內(nèi)澆道；

5.鑄件形狀尺寸更精確。

壓實(shí)造型機(jī)利用壓力緊實(shí)型砂。施加的壓力通過(guò)壓頭或壓板把型砂壓向模型。造型壓力受造型機(jī)活塞直徑和許用空氣壓力所限制。

壓頭的造型力分布于砂箱上部整個(gè)壓實(shí)區(qū)。雖然造型力對(duì)一定的造型機(jī)和空氣壓力幾乎是固定的，但砂箱尺寸則可改變。

隨著半型深度的增加，單靠給定的壓力進(jìn)行壓實(shí)造型幾乎是無(wú)效的，因?yàn)樾蜕跋喈?dāng)于固體顆粒的一種塑性聚集體，施加于砂箱上的型砂的大部分能量由于摩擦而被吸收，僅有部分被傳遞。

震實(shí)造型機(jī)帶有模型、砂箱和型砂的工作臺(tái)，由氣動(dòng)活塞升起，并可在重力作用下降落。這種方法制出的鑄型通常型砂與模型的界面處比較緊實(shí)、

震實(shí)的效率隨降落高度和砂箱中型砂的深度而不同。震實(shí)造型機(jī)的極限能力就是震擊缸能夠升起和下降的總重量。型砂重量約為90-100磅/英尺3。

震壓造型機(jī)是利用震實(shí)和壓實(shí)以緊實(shí)型砂的，研究了采用各種緊實(shí)動(dòng)作對(duì)機(jī)器造型中型砂移動(dòng)和緊實(shí)的影響的狀況。

當(dāng)模型的探度較深時(shí)，普通的壓實(shí)是很難達(dá)到高而均勻的緊實(shí)密度的，因?yàn)槟Σ亮ψ柚沽诵蜕暗淖杂闪鲃?dòng)。更高壓買(mǎi)力、能對(duì)型砂施加不同壓力的特殊壓頭以及研制的更高壓力的造型機(jī)，增加了它們?cè)诠I(yè)和經(jīng)濟(jì)上的活力1。

濕砂造型特點(diǎn)1.在惡劣的造型環(huán)境下，脫模性能優(yōu)越；
2.在一般條件下，一次涂抹后，連續(xù)數(shù)次造型有效；
3.具有防銹功能，可延長(zhǎng)模型使用壽命；
4.顯著降低脫膜阻力，有利改善鑄件外觀質(zhì)量；
5.對(duì)鑄鐵模型有短期的防銹作用；
6.適用于因油污和粉塵等污染的部位，有利于模型的清潔及洗凈。

拋砂緊實(shí)拋砂緊實(shí)的實(shí)踐表明，鑄型有可能達(dá)到高而均勻的密度。由帶式供砂拋頭高速拋出的砂流，可按要求的途徑拋入砂箱，使砂箱逐漸為高能量的型砂所充填。

通過(guò)快速移動(dòng)砂流和降低供砂率而可最有效地達(dá)到高而均勻的密度。固定或者緩慢移動(dòng)的砂流產(chǎn)生低而不均勻的緊密。拋頭直徑對(duì)硬度的影響很大。只有采用大功多或多拋頭方能提高供砂率。

拋砂對(duì)型砂的主要要求是抗粘附性，以便迅速流過(guò)傳送帶和拋頭。然而，要使緊實(shí)能量為砂團(tuán)所集中吸收，流動(dòng)性應(yīng)低于普通機(jī)器造型用砂的流動(dòng)性。因此，應(yīng)采用濕強(qiáng)度和水份較低的型砂。

任何一種造型機(jī)的生產(chǎn)率不僅取決于鑄型類(lèi)別，而且取決于砂箱、型砂和緊實(shí)鑄型的適當(dāng)供給與處理設(shè)施。造型機(jī)僅僅是具有高效率的整個(gè)制造系統(tǒng)中的一種設(shè)備。

更多的是在大砂箱中采用多個(gè)模型。業(yè)已認(rèn)識(shí)到型腔的緊密緊實(shí)是降低單位成本的最有效的方法之一2。

型砂冷卻熔融金屬澆入砂型提高型砂的溫度，溫度隨型砂和金屬比、金屬的溫度以及澆鑄與落砂的間隔時(shí)間而變化。這樣，回收時(shí)，型砂溫度就提高了。

專(zhuān)家們指出，控制混砂機(jī)和造型機(jī)中型砂的溫度特別重要，當(dāng)溫度大約超過(guò)160°F（70℃）時(shí)，造型就可能發(fā)生困難，但有些特殊的鑄造廠還在用。型砂溫度最好保持在100°F（38℃）以下。

潮濕的氣候和低的砂一金屬比能加劇熱砂的問(wèn)題。工業(yè)上用冷表面、冷風(fēng)和水蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)型砂的冷卻。冷卻板對(duì)濕砂造型作業(yè)是實(shí)用的。

砂的比熱和空氣的比熱差不多，每小時(shí)把一百?lài)嵉男蜕袄鋮s50°F（10℃），將需要把同樣多的空氣升高50°F。由于所需的冷卻器尺寸大，因而這種冷卻方法也可能行不通。不過(guò)蒸發(fā)可提供一種可行的冷卻型砂方法。

一旦型砂的溫度降封212°F（100℃）以下時(shí)就應(yīng)用非飽和空氣流過(guò)型砂的表面或最好通過(guò)型砂以加速蒸發(fā)。通常回轉(zhuǎn)篩砂機(jī)是型砂冷卻最相宜的設(shè)備。

專(zhuān)家們建議水應(yīng)當(dāng)以大霧狀的形式加入型砂。按砂溫、砂量和型砂中的水份加水是合理的。英國(guó)鑄鐵研究協(xié)會(huì)已研制成功一種“分段”加水設(shè)備，它采用三種溫度帶和四種砂位帶以選擇妞三種電磁閥的組合。也可用噴液氮的專(zhuān)利設(shè)備冷卻型砂，這種冷卻方法比較昂貴但是效率高。工作原理與水蒸發(fā)基本相同。

觀察家業(yè)已看到一種繼續(xù)減少型砂用量、降低砂一金屬比和減少砂循環(huán)時(shí)何的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)不可避免地導(dǎo)致更高的砂溫和由此產(chǎn)生的問(wèn)題。因此，鑄造廠家將不得不增加冷卻型砂的費(fèi)用與時(shí)間3。