(1)濕型砂的性能要求

1、濕型砂的性能 為了保證濕型鑄件具有良好的表面質(zhì)量，必須使用良好性能的型砂。本文將介紹高質(zhì)量濕型砂的性能要求、工廠實(shí)際應(yīng)用實(shí)例，并分析型砂性能與鑄件品質(zhì)之間的關(guān)系。一般認(rèn)為使用造型緊實(shí)壓力150400kPa的普通震壓式造型機(jī)，砂型平面硬度才只有7080度，垂直面下端硬度可能只有5060度，鑄件局部極易產(chǎn)生縮孔、縮松、脹砂和粘砂缺陷。由于砂型平均密度僅1.21.3 g/cm3，稱(chēng)為低密度造型或低壓造型。為了克服上述缺點(diǎn)，出現(xiàn)了氣動(dòng)微震造型機(jī)，在壓實(shí)的同時(shí)增添了震動(dòng)作用，改善了砂型緊實(shí)時(shí)型砂的流動(dòng)性能，使壓實(shí)比壓幾乎相當(dāng)于提高了一倍，達(dá)到400700kPa左右，砂型平面硬度大約為8090度，平均密度

2、可能在1.41.5g/cm3范圍內(nèi)。密度比較均勻，減少了局部縮松、脹砂和粘砂缺陷。近代化造型機(jī)的壓實(shí)比壓有可能提高到700kPa或稍高，所得到砂型表面硬度大約為9095度，平均密度可達(dá)1.51.6g/cm3，稱(chēng)為高密度造型方法。高密度造型的生產(chǎn)效率高、鑄件尺寸精度高，機(jī)械加工余量少。應(yīng)用多觸頭高壓、氣沖、擠壓（即垂直分型無(wú)箱射壓造型）、射壓、靜壓等造型機(jī)制成砂型都可能達(dá)到上述的緊實(shí)密度，因而國(guó)內(nèi)外應(yīng)用日益普遍。為了具體說(shuō)明濕型砂的性能和控制范圍，本文數(shù)據(jù)搜集大部分取自上世紀(jì)90年代中外公開(kāi)發(fā)行刊物。還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)是由國(guó)內(nèi)各工廠的工程師提供的，凡屬未正式發(fā)表過(guò)的都不注明工廠名稱(chēng)，所列舉數(shù)據(jù)只是當(dāng)

3、時(shí)情況，并不代表目前實(shí)際狀況。本文中各種性能排列順序基本上按照日常檢驗(yàn)的順序和常用性。有關(guān)型砂檢測(cè)方法另有專(zhuān)門(mén)文章中介紹。1 緊實(shí)率和含水量 型砂的手感干濕程度是極為重要的性能，它反映型砂是否處于最適宜的造型狀態(tài)。直到1969年才找到如何用數(shù)值衡量型砂干濕程度的方法，即測(cè)定型砂的緊實(shí)率。濕型砂不可太干，緊實(shí)率不可過(guò)低，因?yàn)樾蜕爸信驖?rùn)土未被充分潤(rùn)濕，性能較為干脆，起模困難，砂型易碎，表面的耐磨強(qiáng)度低，鑄件容易生成砂孔和沖蝕缺陷。型砂也不可太濕，緊實(shí)率不可過(guò)高，否則型砂太粘，造型時(shí)型砂容易在砂斗中搭橋和降低造型流動(dòng)性，還易使鑄件產(chǎn)生針孔、氣孔、嗆火、水爆炸、夾砂、粘砂等缺陷。根據(jù)造型方法、操作習(xí)慣

4、不同，對(duì)型砂的干濕程度要求也不相同。手工造型要求起模性好，希望型砂較濕一些。高密度造型要求型砂具有較高流動(dòng)性，以便砂型各處緊實(shí)均勻，希望型砂稍干一些。型砂緊實(shí)率控制應(yīng)以造型處取樣測(cè)定為準(zhǔn)。從混砂機(jī)運(yùn)送到造型機(jī)時(shí)緊實(shí)率下降幅度因氣候溫度和濕度狀況、運(yùn)輸距離、型砂溫度等因素而異。工廠實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，一般情況下造型機(jī)處緊實(shí)率可能比混砂機(jī)中低2以上。南方潮濕陰冷季節(jié)，緊實(shí)率下降可能不足1%。以前的論點(diǎn)是手工造型和震壓式機(jī)器造型用型砂要求起模性好，最適宜干濕狀態(tài)下的緊實(shí)率大約在50%；高壓造型和氣沖造型時(shí)為45%；射壓和擠壓造型要求較高的流動(dòng)性好，緊實(shí)率為40%。近年來(lái)各國(guó)鑄造工廠的型砂緊實(shí)率都有降低趨勢(shì)

5、。這是因?yàn)楦呙芏仍煨驮O(shè)備的起模精度提高，而且砂型各部位硬度均勻分布的要求使型砂的流動(dòng)性成為更重要的考慮因素。工廠的控制原則大多是只要不影響起模，就盡量壓低緊實(shí)率。DISA公司擠壓造型和HWS公司靜壓造型都建議用402；AGM公司要求水平無(wú)箱吸壓造型用405；GF、BMD和FA公司推薦氣沖造型用型砂緊實(shí)率分別為3540、3842和3639。加拿大礦業(yè)能源技術(shù)中心1988年調(diào)查76家各種造型方法的鑄鐵工廠中鑄件品質(zhì)優(yōu)良的高密度造型型砂緊實(shí)率為3545。日本土芳公司19791985年調(diào)查125種濕型（包括中、高密度造型）鑄鐵生產(chǎn)線的緊實(shí)率平均值為38.0%；1998年再一次調(diào)查94種型砂緊實(shí)率平均值

6、降為35.8%。GF、BMD和FA公司推薦氣沖造型用型砂緊實(shí)率分別為3540%、3842%和3639%。目前鑄件品質(zhì)較好的高密度造型的工廠中，造型機(jī)處取樣型砂緊實(shí)率通常都在3438%之間，比起當(dāng)年有明顯的降低趨勢(shì)。震壓造型和氣動(dòng)微震造型的的起模精度稍差，型砂緊實(shí)率可能在3645%。手工造型需要型砂更濕一些，緊實(shí)率約在4555%。 型砂含水量指含有水分的絕對(duì)量，它是緊實(shí)率的從變數(shù)。當(dāng)型砂的干濕程度（緊實(shí)率）要求確定后，如果型砂含泥量高，就需提高含水量；含泥量低，就要降低含水量。不過(guò)，在正常生產(chǎn)條件下，型砂含水量與緊實(shí)率仍然具有一個(gè)比率關(guān)系。從混砂機(jī)運(yùn)送到造型機(jī)時(shí)含水量也會(huì)下降，大約降低0.10.

7、2%左右，控制型砂性能應(yīng)以造型處為準(zhǔn)。由資料上可以看到國(guó)外用高壓造型、氣沖造型方法生產(chǎn)汽車(chē)、拖拉機(jī)等鑄件的灰鐵和球鐵鑄造工廠高密度砂型的型砂含水量大多數(shù)在2.63.8之間(集中在3.2左右)。例如美國(guó)通用汽車(chē)公司Pontiac鑄造廠生產(chǎn)缸體、缸蓋的型砂3.03.3，Chevolet鑄造廠2.83.4。福特汽車(chē)廠Cleveland鑄造廠汽缸體高壓造型線3.20.2，生產(chǎn)進(jìn)排氣管2.83.4。美國(guó)John Deere公司缸體型砂含水3.03.4，缸蓋3.53.8，泵閥2.73.1。德國(guó)大眾汽車(chē)公司生產(chǎn)缸體3.43.6。奔馳汽車(chē)廠生產(chǎn)剎車(chē)鼓3.2。意大利FA公司推薦氣沖造型機(jī)用型砂3.03.4。瑞士

8、GF公司調(diào)查五家歐洲氣沖造型鑄造廠的型砂含水量分別為2.9、3.64、4.1、4.3和4.4。德國(guó)Berndt調(diào)查四家氣沖和高壓鑄造廠平均為3.48、3.82、3.87和4.2。日本土芳公司調(diào)查八家靜壓和氣沖造型鑄造工廠的型砂含水量在2.54.0范圍內(nèi)，平均為3.1。歐美各國(guó)的鑄鋼型砂的含水量和擠壓造型的鑄鐵型砂含水量也在上述范圍內(nèi)。凡是生產(chǎn)大量樹(shù)脂砂芯鑄件（如發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件）的型砂含水量大多偏于下限。生產(chǎn)少砂芯鑄件的型砂可能接近上限。這是因?yàn)榇罅繕?shù)脂砂芯潰散后混入型砂使含泥量下降，型砂吸水量降低。國(guó)外工廠經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為濕型砂的含水量也不可過(guò)低，假如含水量不足 2.5，只要有0.2%的波動(dòng)就會(huì)對(duì)型砂的各

9、種性能造成巨大影響。使用震壓和氣動(dòng)微震造型的型砂含水量比高密度造型的型砂高一些，可能在3.44.0%，手工造型含水量更高，通常在4.05.5%。型砂的（緊實(shí)率）/（含水量）比值是個(gè)重要的控制參數(shù)，可表示每1型砂含水量能夠形成多少緊實(shí)率。高密度造型的型砂最好在1012。由國(guó)內(nèi)幾家外商獨(dú)資或合資企業(yè)的檢驗(yàn)結(jié)果計(jì)算比值都大致在此范圍內(nèi)。三家鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠的比值在5.08.5之間，說(shuō)明型砂中吸水物質(zhì)過(guò)多。2 透氣性砂型的排氣能力除了靠冒口和排氣孔來(lái)提高以外，更要靠型砂的透氣性。因此砂型的透氣性不可過(guò)低，以免澆注過(guò)程中發(fā)生嗆火和鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。但是絕不可理解為型砂的透氣性能越“高”越“好”。因?yàn)橥笟庑赃^(guò)高

10、表明砂粒間孔隙較大，金屬液易于滲透入砂粒間孔隙中造成鑄件表面粗糙，還可能發(fā)生機(jī)械粘砂。所以濕型用面砂和單一砂的透氣性能是否“好”，指的是透氣性是否在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。型砂工藝規(guī)程應(yīng)當(dāng)同時(shí)規(guī)定透氣性的下限和上限。對(duì)濕型砂透氣性的要求需根據(jù)澆注金屬的種類(lèi)和溫度、鑄件的大小和厚薄、造型方法、是否分面砂與背砂、型砂的發(fā)氣量大小、有無(wú)排氣孔和排氣冒口、是否上涂料和是否表面烘干等等各種因素而異。用單一砂生產(chǎn)中小鑄件時(shí)，型砂透氣性能的選擇必須兼顧防止氣孔與防止表面粗糙或機(jī)械粘砂兩個(gè)方面。高密度造型的砂型排氣較為困難，要求型砂的透氣性比起低、中密度機(jī)器造型(如震壓造型、震擊造型等)的型砂稍高些。BMD公司推薦

11、氣沖造型用型砂的透氣率為為120140；新東公司要求水平無(wú)箱射壓造型為120。國(guó)際密烘鑄鐵公司認(rèn)為高壓造型最好用100200。B&P公司的水平無(wú)箱射壓造型要求60120。AGM水平無(wú)箱吸壓造型要求80120。國(guó)外一些鑄造工廠實(shí)際應(yīng)用的高密度砂型的型砂（單一砂、型腔表面無(wú)涂料、鑄鐵及鑄鋼件）透氣率舉例如下：德國(guó)生產(chǎn)大眾汽車(chē)缸體的Luitpold鑄造廠型砂為90110。Hofmann調(diào)查歐州五家鑄造廠氣沖型砂分別為67、78、89、110和164。Berndt調(diào)查兩條氣沖線透氣率平均值分別為75和141.8。加拿大礦業(yè)能源技術(shù)中心調(diào)查76家各種造型方法的球鐵和灰鐵鑄造工廠中，鑄件品質(zhì)優(yōu)良的透氣率在

12、120180范圍內(nèi)。德國(guó)Rexroth要求高壓造型為110135。美國(guó)使用SPO高壓造型線生產(chǎn)缸體和缸蓋的John Deere鑄造廠為7590，通用汽車(chē)廠Pontiac鑄造廠為100130。福特汽車(chē)廠生產(chǎn)排氣管用型砂為150。日本土芳公司1998年對(duì)5條高壓線調(diào)查結(jié)果平均為148，26條擠壓線平均為108。宮本潤(rùn)調(diào)查6條水平分型無(wú)箱射壓線為60115。三菱自動(dòng)車(chē)的2070擠壓線作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為14020。以上數(shù)據(jù)可以看出有些透氣率數(shù)值160，其原因可能是由于有大量粗粒潰碎芯砂混入回用的舊砂中使型砂粒度變粗，或者是由于除塵系統(tǒng)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)使舊砂中微細(xì)顆粒被吸掉。如果已經(jīng)影響到鑄件表面光潔程度，應(yīng)當(dāng)及時(shí)向型

13、砂中摻入細(xì)粒原砂，或者調(diào)整除塵風(fēng)力和將全部旋風(fēng)分離器中細(xì)粒和布袋除塵器中部分的粉料返回舊砂回送系統(tǒng)中。較為適當(dāng)?shù)母呙芏仍煨托蜕巴笟庑源蠖嘣?00140之間。如果型砂透氣性在160以上或更高，除非在砂型表面噴涂料，否則鑄件表面會(huì)出現(xiàn)粗糙甚至有局部機(jī)械粘砂。一般機(jī)器造型的緊實(shí)密度稍低，型砂透氣性可以為70100。手工造型便于在砂型上扎排氣孔，型砂透氣性可以更低，例如5080。應(yīng)當(dāng)注意型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)得的透氣性與砂型的排氣能力并非同一概念，因?yàn)樯靶偷呐艢獬丝啃蜕暗耐笟庑砸酝?，取決于砂型的實(shí)際緊實(shí)程度：砂型的緊實(shí)程度與型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣有極大區(qū)別。同一砂箱中各個(gè)部位的差別也會(huì)很大。例如氣沖造型砂型的工作表面

14、密度較高，而砂型背面就較松軟，有利于排氣。由于型砂的流動(dòng)性和可緊實(shí)性有限，型腔的棱角、凸緣、深坑等處不易緊實(shí)到要求的密度。手工造型和普通機(jī)器造型時(shí)操作工人可以用手指或用尖頭砂沖專(zhuān)門(mén)塞緊，而高密度造型機(jī)不允許人工操作，這些部位砂型松散最容易造成嚴(yán)重粘砂。生產(chǎn)厚大鑄件、金屬液壓頭較高、金屬保持液態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)、表面被熱透的深度較大，機(jī)械粘砂更為嚴(yán)重。必要時(shí)砂型局部或下砂型需噴涂醇基涂料。對(duì)于有砂芯鑄件，必須保證砂芯所發(fā)氣體能通暢地從芯頭排出。也還需要各種類(lèi)型的排氣渠道將散發(fā)入型腔和侵入金屬液的氣體排出。生產(chǎn)汽缸體鑄件的模樣上密布短通氣針以及溢流槽、溢流冒口，其目的除了可將混雜氣體、渣、砂的臟鐵水排出鑄

15、件以外，更重要的是保證排氣通暢。通氣針形成的盲孔即使只扎穿砂型厚度的一半，也會(huì)使局部的透氣能力提高一倍。有些生產(chǎn)中小鑄件的高密度造型方法，如擠壓、射壓造型等，砂型上不能扎出氣孔，可以靠溢流冒口和薄片狀排氣槽排出氣體。3 常溫濕態(tài)強(qiáng)度濕型砂必須具備一定強(qiáng)度以承受各種外力的作用。如果常溫濕態(tài)強(qiáng)度不足，在起模、搬運(yùn)砂型、下芯、合型等過(guò)程中，砂型有可能破損和塌落；澆注時(shí)可能承受不住金屬液的沖刷和沖擊，沖壞砂型而造成砂孔缺陷甚至跑火(漏鐵水)；澆注鐵液后石墨析出會(huì)造成型壁移動(dòng)而導(dǎo)致鑄件疏松和脹砂缺陷。大鑄件的金屬液壓頭高，澆注沖刷力強(qiáng)和時(shí)間長(zhǎng)，更是要求砂型強(qiáng)度高。高密度砂型所用大型砂箱沒(méi)有箱帶，高強(qiáng)度型

16、砂可以避免塌箱、脹箱和漏箱。無(wú)箱造型的砂型在造型后缺少砂箱支撐也需要具有一定的強(qiáng)度克服金屬液壓力，更對(duì)型砂的強(qiáng)度提出較高要求。但是，型砂強(qiáng)度也不宜過(guò)高，因?yàn)楦邚?qiáng)度的型砂需要加入更多的膨潤(rùn)土，不但影響型砂的水分和透氣性，還會(huì)使鑄件生產(chǎn)成本增加，而且給混砂、緊實(shí)和落砂等工序帶來(lái)困難。對(duì)于容易產(chǎn)生熱裂缺陷的鑄件也要求強(qiáng)度低些。此外，工廠的操作習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)也對(duì)型砂強(qiáng)度高低的要求起極為重要的作用。濕型砂經(jīng)常檢測(cè)的常溫濕態(tài)強(qiáng)度有多種，以下將分別進(jìn)行討論。型砂的強(qiáng)度用標(biāo)準(zhǔn)試樣在受外力作用破壞時(shí)的應(yīng)力值來(lái)表示。我國(guó)法定計(jì)量單位為兆帕(MPa)和千帕(kPa)。以前常用的kgf / cm2 或kg / cm2（千

17、克力/平方厘米，或千克/平方厘米）可按以下等式折算成法定單位：1 kgf / cm2 = 98.1 kPa 100 kPa 0.1 MPa。歐洲鑄造行業(yè)常用力的單位為N（牛），應(yīng)力計(jì)量單位為N / cm2。1 N / cm2 = 10 kPa = 0.01 MPa。本文所列舉各種型砂強(qiáng)度的計(jì)量單位均為kPa，以下列舉的強(qiáng)度數(shù)值姑且忽略單位符號(hào)以節(jié)省占用篇幅面積。3.1濕壓強(qiáng)度一般而言，歐洲鑄造行業(yè)對(duì)鑄鐵用高密度造型型砂的的濕壓強(qiáng)度值要求較高。歐洲造型機(jī)供應(yīng)商推薦的濕壓強(qiáng)度值如下：德國(guó)BMD公司和瑞士GF公司氣沖型砂以及德國(guó)HWS公司靜壓型砂要求180220；AGM公司推薦130180；意大利F

18、A公司氣沖型砂170200；丹麥DISA公司擠壓型砂180250；IKO公司調(diào)查德國(guó)射壓造型的型砂 200。有些日本鑄造工廠對(duì)型砂濕壓強(qiáng)度的要求偏低。東久公司推薦無(wú)箱射壓型砂的濕壓強(qiáng)度只是110140。豐和公司推薦Hunter造型機(jī)無(wú)箱水平分型的型砂用140160。土芳公司調(diào)查八家氣沖型砂都在113180范圍內(nèi)，平均為138。三菱重工的高壓型砂為105120。五十鈴高壓線80100。也有個(gè)別日本工廠的型砂濕壓強(qiáng)度較高。例如三菱自動(dòng)車(chē)川崎工廠2070擠壓線20010，豐田上鄉(xiāng)工廠靜壓線180220。北美鑄造行業(yè)的型砂強(qiáng)度似乎介于歐洲于日本之間。加拿大礦業(yè)于能源中心調(diào)查76家鑄鐵工廠中品質(zhì)較好的濕

19、壓強(qiáng)度在124207。福特汽車(chē)廠Cleveland鑄造廠排氣管高壓型砂為172，萬(wàn)國(guó)收割機(jī)公司Loisville鑄造廠生產(chǎn)拖拉機(jī)缸體高壓型砂為134156。有人解釋歐洲鑄造工廠的型砂濕壓強(qiáng)度比美、日兩國(guó)工廠高的原因是歐洲鑄鐵用原砂含SiO2高達(dá)99%左右，型砂中必須加入大量膨潤(rùn)土才能避免鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤缺陷，形成了型砂強(qiáng)度偏高的習(xí)慣。我國(guó)工廠的高密度造型的型砂濕壓強(qiáng)度大多接近美洲和日本工廠。對(duì)于鑄鐵件而言，除個(gè)別鑄造廠以外，高密度造型的型砂濕壓強(qiáng)度大多在120200范圍內(nèi)，比較集中在140180。我國(guó)有些工廠濕壓強(qiáng)度控制值較低的原因之一是所使用的國(guó)產(chǎn)振動(dòng)落砂機(jī)破碎效果不好，大砂塊會(huì)隨鑄件跑掉。

20、而且很多鑄造工廠所選用膨潤(rùn)土的品質(zhì)較差，也寧愿型砂的濕壓強(qiáng)度稍低些，就無(wú)需加入大量膨潤(rùn)土，型砂含水量也可低些。我國(guó)工廠震壓造型的型砂濕壓強(qiáng)度大多在80120上下，手工造型多在6080。濕型鑄鋼需要防止鑄件生成熱裂缺陷，因而所用型砂的濕壓強(qiáng)度通常比鑄鐵用砂低些。德國(guó)KnorrBremse公司用氣沖造型，每箱鑄鋼件重250kg，濕壓強(qiáng)度為180kPa。美國(guó)CICERO車(chē)輛廠生產(chǎn)搖枕和側(cè)架型砂為90105。日本小松公司的多觸頭型砂為100120；福島制鋼高壓型砂為100130；秋木制鋼為3550。我國(guó)齊齊哈爾機(jī)車(chē)車(chē)輛廠氣沖型砂的工藝規(guī)定為70；韶關(guān)鑄鍛廠靜壓造型為7080。3.2濕拉強(qiáng)度和濕劈強(qiáng)度從

21、材料力學(xué)角度來(lái)看，抗壓強(qiáng)度只是在一定程度上代表型砂中膨潤(rùn)土膏的粘結(jié)力，同時(shí)又反映受壓應(yīng)力時(shí)砂粒之間的摩擦阻力，因而不能用濕壓強(qiáng)度值直接說(shuō)明型砂的粘結(jié)強(qiáng)度的好壞，而抗拉強(qiáng)度就無(wú)此缺點(diǎn)。BMD公司建議上海機(jī)床鑄造三廠氣沖型砂濕拉強(qiáng)度為2636；DISA公司要求擠壓型砂為2025；AGM公司要求真空吸壓造型為20。但是測(cè)定型砂的濕態(tài)抗拉強(qiáng)度必須使用特制的試樣筒制作試樣，需用專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)定常溫濕拉強(qiáng)度。所以很多中小鑄造工廠都不測(cè)型砂的抗拉強(qiáng)度。有人建議按照混凝土試驗(yàn)中曾使用過(guò)的辦法將圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣橫放，使它在直徑方向受壓應(yīng)力，就可以得出近似抗拉強(qiáng)度的劈裂強(qiáng)度值。但是，劈裂強(qiáng)度讀數(shù)誤差稍大，測(cè)試塑性

22、較高的型砂時(shí)讀數(shù)不夠準(zhǔn)確。DISA公司推薦的濕劈強(qiáng)度是3034。DISA公司還給出了用劈裂強(qiáng)度估算抗拉強(qiáng)度的近似公式：濕拉強(qiáng)度 濕劈強(qiáng)度0.65。鎮(zhèn)江銀峰規(guī)定濕劈強(qiáng)度3050；天津兩家臺(tái)資鑄造廠實(shí)測(cè)為40和3840；江蘇某柴油機(jī)廠實(shí)測(cè)3150。3.3濕剪強(qiáng)度濕剪強(qiáng)度比濕壓強(qiáng)度較能表明型砂的粘結(jié)力而且容易測(cè)定，將普通的標(biāo)準(zhǔn)試樣放置在強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的兩塊具有半面凸臺(tái)的壓頭之間，沿中心軸方向施加剪切力，即可測(cè)定出剪切強(qiáng)度。GF公司建議我國(guó)第二汽車(chē)廠的高壓造型線采用濕剪強(qiáng)度值為455；BMD公司推薦上海機(jī)床鑄造三廠的氣沖型砂為3236，F(xiàn)A公司提出氣沖型砂應(yīng)為3050。美國(guó)Grede調(diào)查19891996擠

23、壓造型型砂平均為3649。天津某臺(tái)資廠實(shí)測(cè)為52，山西一家美資廠實(shí)測(cè)為3855。另一種較新的濕態(tài)抗剪強(qiáng)度測(cè)試方法是沿直徑方向剪切方法，使用特制的試樣筒，在專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，剪切斷裂平面與試樣軸線垂直。這種儀器可以同時(shí)測(cè)出抗剪強(qiáng)度和剪切斷裂時(shí)的變形量。所得出的徑向濕剪強(qiáng)度數(shù)值與軸向剪切強(qiáng)度是一致的。通常生產(chǎn)用濕型砂所測(cè)得的徑向剪切強(qiáng)度大約有3060kPa，變形量多在0.40mm0.70mm范圍內(nèi)。例如天津某臺(tái)資廠測(cè)得擠壓造型型砂徑向剪切強(qiáng)度約為60kPa，變形量約在0.50mm。試驗(yàn)工作表明，在型砂中加入糊精、重油等附加物或提高緊實(shí)率都可以使剪切變形量大為提高。3.4表面強(qiáng)度（表面耐磨性）濕

24、砂型應(yīng)當(dāng)具有足夠高的表面強(qiáng)度，能夠經(jīng)受起模、清吹、下芯、澆注金屬液等過(guò)程的擦磨作用。否則型腔表面砂粒受外力作用下容易脫落，不僅直接影響鑄件的表面粗糙度，而且還會(huì)造成許多鑄造缺陷，例如砂孔、粘砂等。特別是在有些鑄造工廠中，從造型起模到合箱澆注之間砂型敞開(kāi)放置一段時(shí)間。在這期間中鑄型表面水分不斷蒸發(fā)，即“風(fēng)干現(xiàn)象”，可能導(dǎo)致表面耐磨性和表面強(qiáng)度急劇下降。合箱以前的間隔時(shí)間長(zhǎng)，天氣干燥，型砂溫度較高時(shí)，風(fēng)干現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。因此，應(yīng)當(dāng)有型砂試樣的表面耐磨性的定量檢測(cè)方法。美國(guó)有人推薦利用測(cè)定型砂造型性的圓筒篩，將兩只圓柱標(biāo)準(zhǔn)試樣并列放置其中，轉(zhuǎn)動(dòng)1min后稱(chēng)量掉落的砂量，用來(lái)代表型砂表面耐磨性。日本較多

25、使用的方法是將標(biāo)準(zhǔn)試樣放置在6目篩上，在Rotap震擺式篩砂機(jī)上震擺60s，以震擺前、后試樣重量的比率稱(chēng)做為“表面安定度(SSI)”。例如東久公司推薦水平分型無(wú)箱射壓線的型砂試樣濕態(tài)即時(shí)表面安定度為88，所調(diào)查6家鑄造廠的表面安定度都在88.991.0范圍內(nèi)。土芳公司調(diào)查8家靜壓和氣沖線在77.686.6范圍內(nèi)，平均82.5%。三菱重工公司三原鑄造廠的高壓造型線的表面安定度要求88%。福島制鋼公司的鑄鋼面砂中加有淀粉0.81.3，要求表面安定度93%；秋木制鋼公司生產(chǎn)大型閥門(mén)鑄鋼件，要求9698%。我國(guó)江蘇某日資廠實(shí)測(cè)結(jié)果在7089范圍內(nèi)；天津一家臺(tái)資廠實(shí)測(cè)結(jié)果是89.990.6%。在型砂中加

26、入淀粉材料或在砂型表面噴防粘砂涂料都起提高耐沖蝕性作用。有些工廠在天氣干燥季節(jié)中發(fā)現(xiàn)砂型表面有風(fēng)干現(xiàn)象時(shí)，用噴霧器向砂型的型腔少量噴水能使砂型表面的強(qiáng)度得到恢復(fù)。天津某日資廠原來(lái)在濕砂型表面噴涂表面穩(wěn)定劑商品提高砂型表面的耐沖蝕性，據(jù)了解現(xiàn)也改為噴水。圖1 表面耐磨性測(cè)定儀實(shí)際試驗(yàn)中觀察到表面安定度（SSI）試驗(yàn)的試樣在篩上出現(xiàn)不規(guī)則的顛簸翻滾，使掉落砂量波動(dòng)。清華大學(xué)研制出一種使用鋼絲針布對(duì)試樣表面刷磨表面的耐磨性測(cè)定裝置（圖1），稱(chēng)量1min的磨下量即可代表濕型砂試樣的表面耐磨性。用內(nèi)蒙精選砂100，天然鈉基膨潤(rùn)土或鈣基膨潤(rùn)土8，a淀粉量01配制型砂，可明顯看出加a淀粉的即時(shí)磨損量和風(fēng)干2

27、h后磨損量都大為降低。鈣基膨潤(rùn)土試樣即時(shí)磨損量也同樣降低。即時(shí)磨下量（g）2 h放置后磨下量（g）緊實(shí)率（%）35404545鈉土8%空白840-淀粉1%0.372糊精1%120.10.1鈣土8%空白16-淀粉1%1.84濕型砂韌性型砂不可太脆，應(yīng)當(dāng)具有一定的韌性。否則在起模、下芯、合型和運(yùn)搬時(shí)砂型的棱角和吊砂受到?jīng)_擊和震動(dòng)容易碰碎或掉落。但型砂韌性也不應(yīng)太高，以免其流動(dòng)性下降而影響砂型的緊實(shí)程度。型砂的韌性與濕強(qiáng)度是兩種不同的特性。材料力學(xué)認(rèn)為強(qiáng)度代表將物體破壞所需施加的力大?。欢g性反映的是將物體破壞所需做的功大小，它包含了強(qiáng)度和變形量?jī)煞N參數(shù)。測(cè)定強(qiáng)度時(shí)，在強(qiáng)度和變形量的應(yīng)力-應(yīng)變曲線所

28、覆蓋的面積表明使試樣破壞做功的的大小。圖2中型砂A的強(qiáng)度比型砂B高，但是曲線覆蓋面積較小，說(shuō)明使型砂試樣A破碎所做功比B小，即型砂A比B的韌性小。圖2 型砂強(qiáng)度-變形量曲線4.1 變形量金屬材料通常使用擺錘式試驗(yàn)機(jī)測(cè)得沖擊值代表韌性，也從抗拉強(qiáng)度的試棒受拉力前與拉斷后的尺寸變化測(cè)得變形量（延伸率）。然而為了測(cè)定出使型砂破壞所需做的功，不能用沖擊值試驗(yàn)。因?yàn)樾蜕霸嚇邮軟_擊時(shí)，斬?cái)嘈蜕霸嚇有枳龅墓ο鄬?duì)有限，而使碎斷試樣高速度飛逸需做的功極大，測(cè)試結(jié)果的靈敏性很低。另一個(gè)可能的方案是測(cè)定出型砂試樣破壞時(shí)的變形量。早年有人曾經(jīng)試圖用型砂強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)和附帶的千分表同時(shí)測(cè)得濕壓強(qiáng)度值和達(dá)到最高濕壓強(qiáng)度值時(shí)的

29、變形量，近似計(jì)算出使試樣破碎所需做的功當(dāng)做韌性。計(jì)算式如下： 型砂韌性 濕壓強(qiáng)度變形量1000式中的濕壓強(qiáng)度單位為磅/平方英寸，變形量單位為英寸。型砂的抗壓強(qiáng)度值容易用強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)測(cè)出。但是進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，千分表的指針開(kāi)始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，到試件破壞時(shí)指針猛然旋轉(zhuǎn)到底，是不可能靠眼睛準(zhǔn)確讀出達(dá)到強(qiáng)度最大值時(shí)的變形量。因此，這種試驗(yàn)方法沒(méi)有得到推廣。圖3 SJB型型剪切強(qiáng)度及變形量?jī)x器工作原理圖1固定支架 2試樣筒 3測(cè)試環(huán)4壓力傳感器 5鎖緊螺釘6位移傳感器 7螺旋測(cè)微計(jì) 8搖柄 9微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)變形量是一項(xiàng)重要的型砂性能，其含義可以理解為：型砂試樣受到外力作用直到破裂以前，各砂粒之間的相對(duì)位置有一定程度的

30、錯(cuò)動(dòng)，但仍然被粘土膜彼此粘連而未脫離的性能。所謂型砂的“可塑性”就是變形量的表現(xiàn)。手捏型砂感覺(jué)是否“柔軟”和“扎手”也是變形量大與小的不同。清華大學(xué)研制出的剪切強(qiáng)度及變形量?jī)x器（圖3）能夠方便地從螺旋測(cè)微計(jì)的標(biāo)尺刻度上讀出型砂試樣斷落時(shí)的變形量。除此以外，氣動(dòng)型砂多功能試驗(yàn)機(jī)內(nèi)置有位移傳感器（圖4），微機(jī)處理系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)定并顯示出試樣強(qiáng)度值以及開(kāi)始出現(xiàn)斷裂時(shí)的變形量。如果將測(cè)定得出的應(yīng)力應(yīng)變曲線所覆蓋的面積進(jìn)行積分，就可以計(jì)算得出型砂試樣的韌性。同時(shí)測(cè)得的變形量也使型砂的“可塑性”、“柔軟與否”等性能數(shù)值化。4.2 破碎指數(shù)圖4 SMT型氣動(dòng)型砂多功能試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1-立柱式框架結(jié)構(gòu) 2-

31、加載氣缸 3-試樣加載夾具 4-測(cè)力傳感器 5-位移傳感器 6-控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)破碎指數(shù)是一種簡(jiǎn)便的韌性測(cè)定方法。英國(guó)鑄鐵研究所采取的辦法是將圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣自6英尺(1828.8mm)高處自由落下到f50mm的鐵砧上，然后濺落到鐵砧周?chē)膄300mm每英寸2目的篩網(wǎng)上。小砂塊通過(guò)篩網(wǎng)漏到網(wǎng)下的底盤(pán)中，大砂塊則停留在篩網(wǎng)上面。大砂塊越多表明韌性越高。這種試驗(yàn)方法在歐洲應(yīng)用較多。破碎指數(shù)的計(jì)算如下式： 圖5落球破碎指數(shù)測(cè)定原理 英國(guó)Schofield建議根據(jù)砂型的造型緊實(shí)壓力不同，型砂采用不同的破碎指數(shù)。低壓、中壓和高壓造型適用的型砂破碎指數(shù)分別為7075、7580和8085。國(guó)際密烘公司則推薦

32、生產(chǎn)汽車(chē)件的高壓型砂破碎指數(shù)應(yīng)控制在7580。這種試驗(yàn)儀器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較高大，操作不方便；而且測(cè)試高韌性型砂時(shí)，試樣掉落后大部分呈圓錐形堆積在鐵砧上，而不是停留在篩網(wǎng)上。上世紀(jì)60年代末期美國(guó)Dietert等人又改為將圓柱形標(biāo)準(zhǔn)型砂試樣放置在鐵砧上，用一個(gè)鋼球（重510g）從1 m高度砸下，砸在試樣上使它碎開(kāi)，并向直徑為f200mm的篩圈碰撞而破碎。大塊停留在篩網(wǎng)上面，小塊通過(guò)10mm篩網(wǎng)漏到底盤(pán)中（圖5）。按照上式計(jì)算出型砂的破碎指數(shù)，型砂的破碎指數(shù)越大，表示它的韌性越高。從而將儀器外形尺寸縮小和容易操作，也消除了鐵砧上的錐形殘余堆積型砂。我國(guó)仿制的SRQ型落球式破碎指數(shù)測(cè)定儀存在問(wèn)題是鋼

33、球落下后并不停置在鐵砧上，它將繼續(xù)從鐵砧臺(tái)上滾落到篩網(wǎng)上，使一部分本來(lái)停留在網(wǎng)上的砂塊受振擊和碾壓而通過(guò)篩網(wǎng)，從而影響測(cè)試結(jié)果。后來(lái)儀器工廠為了防止鋼球滾落，將具有三根直立細(xì)鋼絲的鋼環(huán)套在鐵砧上，用來(lái)防止落在鐵砧上的鋼球滾動(dòng)。我國(guó)有幾家高密度造型鑄造工廠測(cè)得破碎指數(shù)7580%，此儀器的另一缺點(diǎn)是篩網(wǎng)嫌稍密，常用型砂的試樣破碎后留在篩上的砂塊較多。在合理范圍內(nèi)變動(dòng)膨潤(rùn)土量、緊實(shí)率等參數(shù)時(shí)，破碎指數(shù)的數(shù)值展開(kāi)不夠?qū)?，表明其測(cè)試靈敏度差。清華大學(xué)的研究工作表明，如將儀器采用網(wǎng)孔中心距3/8英寸（9.53mm）的篩網(wǎng)改換為中心距12.7mm（1/2英寸），則可使破碎指數(shù)的變化范圍擴(kuò)大。從下表可以看出用

34、標(biāo)準(zhǔn)砂及國(guó)產(chǎn)天然鈉土混砂，固定緊實(shí)率改變膨潤(rùn)土量，固定膨潤(rùn)土量改變緊實(shí)率，用中心距1/2英寸篩網(wǎng)測(cè)定破碎指數(shù)都比用3/8英寸篩網(wǎng)測(cè)得結(jié)果范圍加寬。膨潤(rùn)土量和緊實(shí)率不變，加糊精02%，測(cè)得緊實(shí)率的數(shù)值范圍展開(kāi)更加明顯。鈉基膨潤(rùn)土（%）581085緊實(shí)率（%）403040506050糊精（%）00.512破碎指數(shù)（%）3/8英寸篩網(wǎng)77818578818892808589921/2英寸篩網(wǎng)65748370748591687880905 起模性 型砂的起模性是一個(gè)極其復(fù)雜的綜合特性，它指的是起模時(shí)砂型的棱角、邊緣和砂臺(tái)不破碎的性能。模樣的材質(zhì)、起模斜度、表面粗糙度、清潔度、與型砂的溫度差異、脫模劑有

35、無(wú)和種類(lèi)、是否形成真空、砂型緊實(shí)松緊程度等因素都直接影響起模難易。有幾種型砂性能也是影響起模難易的關(guān)鍵。起模時(shí)模樣側(cè)面對(duì)所接觸的砂型形成剪切作用力，砂型的吊砂和凸臺(tái)受到拉拔作用力，所以型砂的抗剪和抗拉強(qiáng)度對(duì)起模性能有密切關(guān)系。但是緊實(shí)程度越高，型砂的破碎指數(shù)隨之提高，而砂型就越難起模，所以不能以破碎指數(shù)代表起模性。值得注意的是型砂變形量和頂出阻力兩種參數(shù)。 變形量：型砂較干，強(qiáng)度雖然提高，但變形量小，起模時(shí)就最易破碎。手工造型的起模前在圍繞模樣的砂型棱角上刷水，雖然使局部的砂型強(qiáng)度劇烈下降，但刷水提高了局部砂型的變形能力，起模時(shí)受模樣水平方向振擊和碰撞能夠退讓變形，就能避免砂型棱角剪切破損。振

36、動(dòng)起模機(jī)器造型也是形成適量的變形量以保證起模順利。除了使型砂干濕程度合適以外，加入a-淀粉、糊精、重油等附加物都會(huì)使變形量顯著提高。通常生產(chǎn)用濕型砂所測(cè)得的變形量多在0.40mm0.70mm范圍內(nèi)。圖6 起模阻力測(cè)定裝置(2) 試樣頂出阻力：瑞士Hofmann在液壓式強(qiáng)度儀上安裝一個(gè)附加裝置，對(duì)試樣筒中型砂試樣的一端施加壓力，測(cè)定出使試樣在筒中開(kāi)始移動(dòng)所需的力，稱(chēng)為頂出阻力（圖6）。頂出阻力可以認(rèn)為是起模時(shí)砂型與模樣之間的摩擦阻力和粘附力的綜合表現(xiàn)。清華大學(xué)對(duì)型砂成分與試樣頂出阻力關(guān)系的研究所用型砂配方為大林標(biāo)準(zhǔn)砂100%和天然鈉基膨潤(rùn)土315%，緊實(shí)率3060%，試樣沖擊次數(shù)112。糊精、a

37、-淀粉、重油液加入量01%。結(jié)果如下表，表中的型砂試樣摩擦阻力單位為“牛(N)”，與千克力(kgf)的換算式為：1kgf = 9.81N。結(jié)果表明型砂的膨潤(rùn)土含量對(duì)試樣頂出阻力僅有不大的影響。而提高緊實(shí)率和減少試樣沖擊次數(shù)都能降低試樣的頂出阻力。值得注意的是提高緊實(shí)率不僅如上段所述的增大型砂變形能力，而且還能降低型砂與模樣間的摩擦力，二者都有利于起模。研究結(jié)果還表明，型砂中加入糊精或a-淀粉1%可使型砂對(duì)模樣的摩擦阻力約減為1/31/2，對(duì)起模尤其有利。膨潤(rùn)土%831588緊實(shí)率%306045453548試樣沖擊次數(shù)331121123附加物1%0糊精a-淀粉重油液試樣頂出力N375125135

38、1547920117563518758771656 型砂流動(dòng)性和可緊實(shí)性圖7 階梯試樣硬度差法測(cè)流動(dòng)性 1金屬塊2試樣筒3沖頭型砂的顆粒在外力作用下可以緊密靠近的性能稱(chēng)為可緊實(shí)性。具有良好可緊實(shí)性的型砂能夠保證砂型表面密實(shí)。型砂在外力作用下質(zhì)點(diǎn)可以自由地豎向和橫向移動(dòng)，越過(guò)模樣的邊角，通過(guò)狹窄縫隙和孔洞的性能稱(chēng)為流動(dòng)性。具有良好可緊實(shí)性和流動(dòng)性的型砂能保證砂型的硬度分布均勻，棱角、凸臺(tái)清晰無(wú)疏松，鑄件表面光潔和無(wú)局部機(jī)械粘砂缺陷?？删o實(shí)性和流動(dòng)性兩者之間的關(guān)系極為密切，而且難以嚴(yán)格區(qū)分。通常流動(dòng)性好的型砂可緊實(shí)性也好。手工造型時(shí)依靠工人的操作技術(shù)，型砂可緊實(shí)性和流動(dòng)性的好壞似乎并不重要。但是對(duì)

39、于機(jī)器造型生產(chǎn)的鑄件表面品質(zhì)而言，型砂具有良好的可緊實(shí)性和流動(dòng)性是極其關(guān)鍵的。然而型砂的充填緊實(shí)方法種類(lèi)繁多，射砂壓實(shí)、吸砂壓實(shí)、震擊壓實(shí)、微震壓實(shí)、氣流沖擊、動(dòng)力沖擊和單純壓實(shí)等造型方法所要求的可緊實(shí)性和流動(dòng)性都可能有一些區(qū)別。因而至今沒(méi)有適用于上述造型方法的統(tǒng)一測(cè)試方法。本文僅介紹幾種使用稍多的測(cè)試方法如下：(1) 試樣硬度差法: Kyle提出將型砂過(guò)篩使它均勻分散，稱(chēng)取170g置入圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣筒中。用錘擊式制樣機(jī)沖擊一次后，頂出試樣，用濕型硬度計(jì)測(cè)量試樣兩端的硬度。硬度差別越小，說(shuō)明其可緊實(shí)性越好。(2) 將沖擊f5050mm標(biāo)準(zhǔn)試樣所需型砂量置入試樣筒中，放到制樣機(jī)下先用重錘沖擊兩次

40、，記下試樣高度，再用重錘沖擊第三次和記下的最后高度。用第三次沖擊前后的試樣高度的改變（mm）表示沖擊阻力。這就是日本系統(tǒng)的鑄造工廠所測(cè)定的型砂“抗縮值”。江蘇一家日資鑄造廠要求面砂抗縮值為1.300.15mm；另一家外資鑄造廠實(shí)測(cè)為1.11.2mm。圖8 漏孔法測(cè)流動(dòng)性 1標(biāo)準(zhǔn)試樣筒 2型砂3制樣機(jī)沖頭 4漏孔柱(3) 階梯試樣硬度差法: Orlov提出的試驗(yàn)方法為在圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣筒中放置一塊高度為25mm 的半圓形金屬塊（圖7）。將110 120g型砂放入試樣筒中，用制樣機(jī)沖擊三次，或用壓力為1 Mpa的液壓制樣機(jī)壓實(shí)。將試樣筒翻轉(zhuǎn)后先測(cè)定試樣筒底蓋端面的硬度，將試樣頂出一半距離后再測(cè)定金屬

41、塊端面的試樣硬度。二者的硬度值差別越小，說(shuō)明型砂向空隙中移動(dòng)的流動(dòng)性越好。 漏孔法：稱(chēng)取170g型砂放入標(biāo)準(zhǔn)試樣筒中，先在制樣機(jī)上沖1次，而后將試樣筒放在一個(gè)有f25mm漏孔的圓柱上再?zèng)_2次。將從漏孔中落下的型砂進(jìn)行稱(chēng)量（圖8），通過(guò)漏孔落下的型砂越多，說(shuō)明型砂通過(guò)孔洞的流動(dòng)性越好。圖9 環(huán)形孔腔法測(cè)流動(dòng)性1 試樣筒 2環(huán)形空腔 3型砂 4制樣機(jī)沖頭(5) 環(huán)形空腔法：為GF公司型砂儀器中一種測(cè)定型砂流動(dòng)性的附件（圖9）。先將型砂沖制成圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣，并稱(chēng)量其重量。再按此重量稱(chēng)取型砂，置入專(zhuān)門(mén)的環(huán)形空腔試樣筒中，在制樣機(jī)上沖擊3次。測(cè)量試樣的高度，高度越小，表示型砂向側(cè)面空腔的流動(dòng)性越好。此法

42、反映型砂受力后向各個(gè)方向的移動(dòng)能力，比較接近在沖擊緊實(shí)時(shí)型砂的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。(6) 試樣重量法:更為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法是稱(chēng)量試樣重量方法來(lái)對(duì)比不同型砂的流動(dòng)性和可緊實(shí)性。稱(chēng)量測(cè)定型砂緊實(shí)率后的試樣重量，可反映不同型砂在松散狀態(tài)下流動(dòng)的性能，可稱(chēng)為松散流動(dòng)性。將型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣重除以容積235.62cm3可得型砂的堆密度，德國(guó)Rexroth要求堆密度為0.860.94g/cm3。稱(chēng)量f5050mm 標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣的重量，可反映不同型砂在緊實(shí)過(guò)程中的可緊實(shí)性。德國(guó)IKO公司調(diào)查工廠的平均值為145155g。Rexroth公司規(guī)定為148150g。江蘇一家日資企業(yè)實(shí)測(cè)為144145g；山西山西美資鑄造廠實(shí)測(cè)1

43、47148g；天津臺(tái)資廠規(guī)定為145155。如果標(biāo)準(zhǔn)試樣重量較低，估計(jì)其原因是型砂中灰分過(guò)多。 濕型砂中原砂的顆粒形狀對(duì)型砂流動(dòng)性和可緊實(shí)性有明顯影響，尖角形原砂的型砂可緊實(shí)性和流動(dòng)性比圓形砂低。如果濕型砂的膨潤(rùn)土含量和緊實(shí)率不變，用橢圓形內(nèi)蒙砂混制型砂的圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣重量比用方角形新會(huì)砂大約重10g以上。江蘇某外資鑄造廠用內(nèi)蒙圓形砂替代福建砂后發(fā)現(xiàn)不但型砂流動(dòng)性提高，而且型砂含水量也有下降。型砂經(jīng)過(guò)松砂處理可以減少團(tuán)塊和提高可緊實(shí)性。一般情況下，型砂的韌性較高，則其流動(dòng)性和可緊實(shí)性就可能降低。提高型砂的膨潤(rùn)土量或加入糊精能夠提高型砂韌性，但都會(huì)使流動(dòng)性和可緊實(shí)性下降。型砂的緊實(shí)率較高時(shí)，鈉基

44、膨潤(rùn)土型砂流動(dòng)性和可緊實(shí)性明顯低于鈣基膨潤(rùn)土型砂。在鑄造工廠的日常生產(chǎn)中，只是當(dāng)型砂的組分的比例有較大變化或者添加某些新的附加物時(shí)，才有可能顯著影響可緊實(shí)性和流動(dòng)性。7 型砂含泥量型砂和舊砂的泥分是由兩部分組成。第一部分為活性組分，包括有效的膨潤(rùn)土和有效的煤粉。其數(shù)量主要取決于材料的品質(zhì)、鑄件的厚薄和大小、如果使用的膨潤(rùn)土屬于優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，高密度造型用型砂中有效膨潤(rùn)土量67%已然足夠使?jié)駢簭?qiáng)度達(dá)到160200kPa。如果使用的是高效煤粉，有拋丸機(jī)清理鑄件，有效煤粉量大約只需34%即可。因此高密度造型的型砂中活性組分總量約為911%。第二部分為惰性組分，即灰分，包括失效的膨潤(rùn)土和煤粉、被混砂加入的膨

45、潤(rùn)土和煤粉帶入的雜質(zhì)、以及所加入新砂的泥分組成的。德國(guó)Mettman鑄造廠要求型砂泥分中灰分不超過(guò)3.0%，國(guó)外也有人主張應(yīng)當(dāng)不超過(guò)3.25%。在保證型砂的緊實(shí)率、強(qiáng)度等性能處于適宜狀況條件下，型砂的含泥量不可過(guò)高。個(gè)別鑄造廠的型砂含泥量過(guò)高的原因可能是所使用的原砂、膨潤(rùn)土和煤粉品質(zhì)不良，舊砂缺乏有效地除塵處理造成的。含泥量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致型砂透氣率下降，含水量上升，鑄件氣孔缺陷增多。如果是由于灰分增多而形成的含泥量過(guò)高，除了強(qiáng)烈影響透氣率低和含水量高以外，還會(huì)引起型砂韌性變差，造型時(shí)起模困難，砂型棱角易碎，吊砂易斷，鑄件砂孔廢品率提高。含泥量也不可過(guò)低。有些多砂芯發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠的型砂出現(xiàn)含泥量過(guò)低

46、現(xiàn)象，這是舊砂中混入大量潰碎樹(shù)脂砂芯造成的，不僅型砂透氣率過(guò)高，而且導(dǎo)致處于最適宜干濕狀態(tài)的型砂含水量太低，型砂性能對(duì)水的影響更加敏感。型砂含水量變化0.2%，強(qiáng)度等性能就會(huì)顯著波動(dòng)，使得混砂難以控制。 在使用單一砂的砂系統(tǒng)中，型砂與舊砂的含泥量是不同的。一般單一型砂比舊砂的泥分含量多0.51.5左右，個(gè)別工廠中可能相差1.53.0。只有根據(jù)型砂的含泥量才能較準(zhǔn)確地說(shuō)明對(duì)型砂性能的影響。我國(guó)很多工廠只控制舊砂含泥量的原因是舊砂含泥量比型砂少，測(cè)試比較方便。但是舊砂和型砂含泥量的測(cè)定都大約需要一天，并未節(jié)省時(shí)間。一些國(guó)外生產(chǎn)鑄鐵件工廠型砂含泥量的情況舉例如下：美國(guó)的汽車(chē)制造廠型砂含泥量大多較低，

47、例如John Deere生產(chǎn)球墨鑄鐵的高壓造型型砂含泥量為7.58.8%。International Harvester生產(chǎn)拖拉機(jī)缸體的型砂含泥量為910%。GMC生產(chǎn)雪佛蘭缸體型砂為911%；德國(guó)Meinheim的John Deere 工廠的三種型砂含泥量的控制指標(biāo)分別為10.012.5、11.013.0和11.013.5%；Luitpold鑄造廠生產(chǎn)大眾汽缸體用型砂為1213.5%。日本三菱自動(dòng)車(chē)的SPO線型砂管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定含泥量為1214%，五十鈴汽車(chē)廠型砂含泥量為9.6%。DISA公司推薦一般擠壓造型機(jī)用型砂含泥量為1113%，而較大的2070型造型機(jī)用型砂的含泥量為1214%。BMD公

48、司要求上海機(jī)床鑄造三廠氣沖線1013%。大發(fā)汽車(chē)廠要求天津內(nèi)燃機(jī)總廠的汽車(chē)鑄鐵件靜壓造型的型砂含泥量為1011%。B&P公司對(duì)大連機(jī)床廠的射壓造型線要求型砂含泥量10.513.5%。GF公司對(duì)常州柴油機(jī)廠氣沖線提出的型砂含泥量要求是12%。歸納以上數(shù)據(jù)可以得出：高密度造型最理想的鑄鐵用型砂（含煤粉）含泥量為1213%，不應(yīng)14%，也最好不11%。如果含泥量過(guò)高，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)各種原材料的選用和檢驗(yàn)，改善舊砂除塵裝置的工作效果。如果含泥量過(guò)低，就應(yīng)該將除塵系統(tǒng)的排出物部分地返回舊砂系統(tǒng)中。8 型砂粒度型砂粒度粗細(xì)直接影響透氣性、鑄件表面粗糙程度和抗機(jī)械粘砂性能。原砂的粒度并不能代表型砂粒度，因?yàn)樵阼T造

49、過(guò)程中部分砂?？赡芷扑槌杉?xì)粉，另一部分可能燒結(jié)成粗粒。而且粗粒的砂芯潰碎后也會(huì)混入舊砂。經(jīng)過(guò)多次鑄造過(guò)程的積累就使型砂的粗細(xì)逐漸改變。因此需將洗滌過(guò)泥分的型砂用篩分法測(cè)定粒度。GB/T 9442-1998鑄造用硅砂規(guī)定原砂粒度有兩種表示方法:首尾篩號(hào)法：以主要粒度組成的三篩或四篩的首尾篩號(hào)表示法，如50/100或50/140。平均細(xì)度法：首先計(jì)算出篩上停留的砂粒質(zhì)量占砂樣總量的百分?jǐn)?shù)，再乘以下表所列的相應(yīng)的細(xì)度因數(shù)，然后將各乘積相加，用乘積總和除以各篩號(hào)停留砂粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的總和，并將算得數(shù)值取整，其結(jié)果即為平均細(xì)度。篩號(hào)6122030405070100140200270底盤(pán)細(xì)度因數(shù)351020

50、30405070100140200300 式中：Pn 仼一篩號(hào)上停留砂粒質(zhì)量占總量的百分?jǐn)?shù)； Xn 細(xì)度因數(shù)； n 篩號(hào)。8.1 對(duì)型砂粒度的要求美國(guó)等國(guó)采用AFS細(xì)度表示砂粒的粗細(xì)，AFS細(xì)度與我國(guó)GB/T 9442-1998規(guī)定的平均細(xì)度相同。國(guó)外鑄造工廠的高密度造型型砂粒度舉例如下：美國(guó)B&P公司要求射壓型砂粒度為AFS細(xì)度6090（大體相當(dāng)200/7050/140目）；Buhr調(diào)查加拿大鑄造廠鑄件品質(zhì)較好的型砂粒度為5065（大體相當(dāng)50/100140/50目），四篩分布。德國(guó)IKO公司調(diào)查多家鑄鐵件工廠的型砂粒度平均值為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的中值粒徑0.25mm（大約相當(dāng)50/100目）；BMD

51、公司推薦氣沖型砂為0.220.28mm（大約相當(dāng)50/100100/50目）；另一德國(guó)活塞環(huán)廠要求0.13mm（折合AFS細(xì)度110，大約相當(dāng)100/200目）；DISA公司推薦擠壓型砂為0.150.28mm（AFS10460大約相當(dāng)100/200100/50目）。日本土芳公司調(diào)查高密度造型型砂粒度為JIS標(biāo)準(zhǔn)104.7115.1（即比表面積cm2/g，大約相當(dāng)50/14070/140目）；新東公司要求射壓型砂粒度目標(biāo)值為AFS細(xì)度5060（大約箱當(dāng)50/10050/140目）；川崎三菱自動(dòng)車(chē)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為AFS細(xì)度582（大約相當(dāng)50/140140/50目）；大發(fā)工廠要求4853（大約相當(dāng)50/

52、100目）。加拿大有人訪問(wèn)76家鑄造工廠，其中鑄件品質(zhì)最好的型砂粒度都在AFS細(xì)度5065之間，相當(dāng)我國(guó)習(xí)慣符號(hào)的50/100、50/140、140/50。另一人測(cè)定46種砂樣，AFS細(xì)度平均為60.15（大體相當(dāng)于100/50、50/140）。Booth則指出在三、四十年代鑄鋼濕型砂粒度多為3545，后來(lái)鑄鋼和鑄鐵件的型砂粒度都改為AFS細(xì)度6065（大致相當(dāng)100/50和50/140）。瑞士Hofmann調(diào)查五家鑄鐵工廠氣沖造型的細(xì)度在5463。最近日本有人調(diào)查了8家使用靜壓造型機(jī)的鑄造工廠，所用型砂的AFS細(xì)度在52.161.4范圍內(nèi)，平均56.4。如果回用舊砂中摻入了相當(dāng)多的粗粒潰散芯

53、砂使其粒度偏粗，可以在混砂時(shí)加入細(xì)粒原砂來(lái)保證型砂的粒度在適宜的粗細(xì)范圍內(nèi)。美國(guó)Minnesota一灰鐵鑄造工廠由于型砂中摻入了大量樹(shù)脂砂芯(原砂AFS細(xì)度5255，大致相當(dāng)50/100)，使型砂的透氣率過(guò)高，濕強(qiáng)度降低，鑄件表面粗糙。采取的糾正措施是在混砂時(shí)加入5集中在100和140目的兩篩分布細(xì)砂來(lái)改善型砂的粒度分布。國(guó)外資料都強(qiáng)調(diào)型砂粒度分布不可過(guò)分集中，最好是4篩分布，主要分布在50、70、100和140等篩上（即50/140或140/50目），停留量10算作一篩。希望單篩上不超過(guò)40，相鄰兩篩的差值15%?？刂茲裥蜕傲６鹊囊c(diǎn)是使型砂透氣性在合適范圍內(nèi)，不過(guò)低，也不過(guò)高。生產(chǎn)表面要求

54、極為光潔的紡織機(jī)、縫紉機(jī)鑄件，型砂粒度要盡可能細(xì)些，型砂粒度可能為100/200。使用高密度造型機(jī)時(shí)，砂型緊實(shí)程度高，型砂粒度可以適當(dāng)粗些，有的工廠可能為50/140。8.2 型砂中微粒含量微粒是指直徑20mm，分布在200、270和底盤(pán)上的微細(xì)砂粒的總量而言。有人提出濕砂型中希望保持有35的微粒，目的是靠型砂中的微粒來(lái)防止型砂的透氣性過(guò)高，以防止鑄件表面粗糙或表面生成機(jī)械粘砂；而且可以降低型砂對(duì)水分的敏感性，但底盤(pán)停留量應(yīng)小于1.0。在一些機(jī)械化程度較高的鑄造車(chē)間中，落砂、運(yùn)輸、冷卻降溫、混制等過(guò)程中對(duì)舊砂的通風(fēng)除塵可能風(fēng)力過(guò)猛，不僅將粉塵去除，而且大量微粒也被吸掉。大多數(shù)機(jī)械化鑄造工廠都將

55、旋風(fēng)分離器中的微粒自動(dòng)返回到回用砂中。布袋除塵器所收集的粉塵中除了含有已失效的死粘土和死煤粉以外，還含有不少有效的膨潤(rùn)土和煤粉，因而有些工廠也部分地返回型砂中加以利用。8.3 魚(yú)卵石化砂粒由顯微鏡觀看回用舊砂的剖面經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)在砂粒表面牢固地包覆著一層硬質(zhì)死燒膨潤(rùn)土層，稱(chēng)為“魚(yú)卵石化”。瑞士Hofmann原先主張測(cè)定型砂的砂粒表面魚(yú)卵石化程度，即燒結(jié)到砂粒表面上惰性膜所占百分比。魚(yú)卵石化程度高的型砂含水量高，熔點(diǎn)降低(約僅有1150)，容易產(chǎn)生氣孔和粘砂缺陷，在回用舊砂時(shí)需要加入新砂以沖淡舊砂。，容易產(chǎn)生夾砂缺陷， Hofmann后來(lái)的文章又認(rèn)為歐洲生產(chǎn)鑄鐵件工廠大多使用SiO2含量較高的原砂

56、，砂粒表面包覆有一層死粘土膜可以降低其熱膨脹性，減少鑄件生成夾砂缺陷傾向。Hofmann測(cè)得3條造型線的魚(yú)卵石化程度分別為3、16和33。日本1998年測(cè)定125條各種造型線鑄鐵型砂的魚(yú)卵石化程度平均為15.924.3。我國(guó)僅極少數(shù)外資鑄造廠曾委托國(guó)外單位進(jìn)行檢驗(yàn)。但是我國(guó)絕大多數(shù)鑄鐵工廠并不進(jìn)行此項(xiàng)檢驗(yàn)。其原因可能是魚(yú)卵石層的吸水作用遠(yuǎn)不及型砂泥分顯著。鑄鐵件常用硅砂的 SiO2 含量都不很高，不必靠砂粒魚(yú)卵石化來(lái)防止夾砂缺陷，而且測(cè)定魚(yú)卵石化程度需要用磷酸浸煮法檢驗(yàn)，比較繁瑣。9. 有效膨潤(rùn)土量 型砂的有效膨潤(rùn)土含量（又稱(chēng)活性膨潤(rùn)土量）是指在型砂中具有粘結(jié)能力的膨潤(rùn)土量而言。一般濕型鑄造生產(chǎn)中，都是根據(jù)型砂的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度高低決定混砂時(shí)的膨潤(rùn)土補(bǔ)加量。如果型砂中灰分（包括死粘土）含量多而含有效膨潤(rùn)土量少，也仍會(huì)顯得濕壓強(qiáng)度較高。但是，型砂性能變脆