濕型砂的性能要求

濕型砂的性能要求于震宗2002年2月初稿（2004年12月修改）前言濕型砂鑄件的表面品質(zhì)直接受型砂各種性能的影響。凡是生產(chǎn)重要和表面品質(zhì)優(yōu)良鑄件的鑄造工廠，其型砂實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備大多比較完善齊全，型砂檢驗(yàn)項(xiàng)目較多，每日多次檢驗(yàn)。同時(shí)砂處理系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)和選用合理，具有先進(jìn)的控制設(shè)施，并且管理嚴(yán)格。高密度造型（或稱高緊實(shí)度造型，包括多觸頭高壓、氣沖、擠壓、射壓、靜壓、真空吸壓等造型）方法的生產(chǎn)效率高、鑄件品質(zhì)較好，因而國(guó)內(nèi)應(yīng)用日益普遍。高密度造型對(duì)型砂品質(zhì)的要求比手工造型或震壓造型更為嚴(yán)格，本文將以此做為討論重點(diǎn)，也附帶有個(gè)別應(yīng)用震壓或壓實(shí)造型機(jī)的鑄造工廠做為對(duì)照。為了具體說明濕型砂的性能和控制范圍，本文附帶表格列舉出一些公司推薦的和鑄造工廠實(shí)測(cè)的或規(guī)定的性能。其中所羅列工廠的型砂品質(zhì)優(yōu)劣不同，性能數(shù)值并非全部合理。有的工廠型砂檢測(cè)項(xiàng)目過少，難以分析型砂性能與鑄件品質(zhì)的關(guān)系。作者將在以下段落中加以評(píng)論。由于紙張寬度限制，只列舉一部分主要的和經(jīng)常測(cè)定的性能。還有幾種性能只能在后文中簡(jiǎn)略敘述。數(shù)據(jù)搜集來源一小部分引自中外公開發(fā)行刊物，在表格最右側(cè)注明刊物名稱和出版年月或期號(hào)。本文中還有大部分?jǐn)?shù)據(jù)是由各公司或工廠的工程師提供的，所列舉數(shù)據(jù)只是當(dāng)時(shí)情況，并不代表目前實(shí)際狀況。本文專供濕型鑄造工廠中主管型砂的技術(shù)員和工程師參考?？紤]到這些人員對(duì)于濕型砂已然比較熟悉，因而在文章中不再介紹各種儀器的結(jié)構(gòu)和操作步驟。緊實(shí)率和含水量濕型砂不可太干，因?yàn)楦傻男蜕半m然流動(dòng)性極好,但是型砂中膨潤(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，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)性以便容易充滿型框，希望型砂更干一些。有兩種檢測(cè)參數(shù)代表型砂的干濕狀態(tài)：一是緊實(shí)率，代表型砂的手感干濕程度；另一是含水量，代表型砂的實(shí)際水分含量。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45~50%；高壓造型和氣沖造型時(shí)為40?45%;射壓和擠壓造型要求較高的流動(dòng)性好，緊實(shí)率為35?40%,認(rèn)為在上述緊實(shí)率的含水量就是最適宜含水量。雖然在造型機(jī)處的型砂緊實(shí)率不可過低（例如＜30%），以免起模困難；但是緊實(shí)率也不可過高，以免型砂流動(dòng)性降低，砂型的型腔表面松緊不均，而且可能導(dǎo)致造型緊實(shí)距離過大而損傷模具，或者壓頭陷入下砂箱底面邊緣以內(nèi)而引起澆注時(shí)跑火。近年來各國(guó)鑄造工廠的型砂緊實(shí)率和含水量都有降低趨勢(shì)。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。日本土芳公司1979?1985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%，含水量平均值為3.7%；1998年再一次調(diào)查94種型砂緊實(shí)率平均值降為35.8%，含水量降為3.5%。從減少鑄件缺陷的角度出發(fā)，最基本的要求是當(dāng)型砂處于最適宜的干濕狀態(tài)下型砂的含水量盡可能低。各鑄造工廠型砂中附加物種類和數(shù)量、含泥量多少、混砂設(shè)備和混砂工藝不同，達(dá)到最適宜干濕狀態(tài)的含水量也不同。高強(qiáng)度型砂的膨潤(rùn)土加入量多就需要較多的潤(rùn)濕水分。型砂中含有多量灰分也額外吸附水分才能使它潤(rùn)濕。假如所購(gòu)入煤粉和膨潤(rùn)土的品質(zhì)低劣，需要增大加入量，更會(huì)使型砂的含水量居高不下。如果由于所用混砂機(jī)的加料順序不良、揉捻作用不強(qiáng)、刮砂板磨損、混砂時(shí)間太短，以致型砂中存在多量不起粘結(jié)作用的小粘土團(tuán)塊和砂豆，也會(huì)提高型砂的含水量。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34~38%之間，比起當(dāng)年的35~45%有明顯的降低趨勢(shì),這是降低型砂灰分和含泥量后才能做到的。附表中各高密度造型工廠的型砂含水量大多在2.5~3.5%之間。根據(jù)其它資料，世界各國(guó)高密度造型工廠的型砂含水量基本上都分布在2.5~4.2%之間。目前鑄件品質(zhì)較好的高密度造型的工廠中，造型機(jī)處取樣型砂含水量比較集中于2.8?3.5%。。凡是生產(chǎn)大量樹脂砂芯鑄件（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)榇罅繕渲靶緷⑸⒑蠡烊胄蜕笆购嗔肯陆担蜕拔拷档?。附表中?guó)內(nèi)各廠的緊實(shí)率和含水量除特別注明以外，取樣地點(diǎn)大多為在混砂機(jī)處。但是型砂緊實(shí)率和含水量的控制都應(yīng)以造型處取樣測(cè)定為準(zhǔn)，工廠應(yīng)經(jīng)常核對(duì)造型機(jī)與混砂機(jī)處的數(shù)值差異。從混砂機(jī)運(yùn)送到造型機(jī)時(shí)緊實(shí)率和含水量下降幅度因氣候溫度和濕度狀況、運(yùn)距離、型砂溫度等因素而異。例如表中山西國(guó)際工廠6月中旬型砂在混砂機(jī)處含水量為2.6~2.83%，造型機(jī)處2.5~2.6%。昆山豐田工廠8月份日平均混砂后2.4~2.78%，造型前2.4~2.69%。如果只根據(jù)混砂機(jī)處取樣檢測(cè)結(jié)果控制型砂的含水量，就要增多少許以補(bǔ)償水分蒸發(fā)損失。例如昆山信嘉工廠射壓造型要求混砂機(jī)處取樣夏季的潮濕季節(jié)含水量2.9~3.5%，而冬季2.7~3.3%.我國(guó)有些鑄造工廠的型砂含水量很高：例如大連機(jī)床廠實(shí)測(cè)高達(dá)5.0%，可能與舊砂含泥量16.7~18.0%有關(guān)，應(yīng)及早設(shè)法降低。懷柔水泵廠的高泥分和高含水量是由于選用抗粘砂材料不當(dāng)造成的。林縣龍鼎和明神兩鑄造工廠型砂試驗(yàn)儀器不全，未測(cè)含泥量。但由緊實(shí)率和含水量來估計(jì)，其泥分含量相當(dāng)高。型砂的（緊實(shí)率）/（含水量）比值可表示每1％型砂含水量能夠形成多少緊實(shí)率，最好在10~12。由幾家外商獨(dú)資或合資企業(yè)的檢驗(yàn)結(jié)果計(jì)算比值得出：太原小笠原——12.6，秦皇島LG—12.3?12.7,昆山豐田一10.0,鎮(zhèn)江銀峰一10.9,昆山信嘉一11.6?12.0,天津新偉祥—10.9，天津?qū)毨！?2.3，天津勤美達(dá)—12.2，常州小松—10.9~11.9，煙臺(tái)大宇—11.6,無錫柴油機(jī)廠改用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土后,比值由原來的7.5?7.8不久即上升為10。三家鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠的比值在5.0?8.5之間,說明型砂中吸水物質(zhì)過多。透氣率砂型的排氣能力除了靠冒口和排氣孔來提高以外,更要靠型砂的透氣率。因此砂型的透氣率不可過低,以免澆注過程中發(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)橥笟饴蔬^高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”,指的是透氣率是否在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。型砂工藝規(guī)程應(yīng)當(dāng)規(guī)定透氣率的下限和上限。對(duì)濕型砂透氣率的要求需根據(jù)澆注金屬的種類和溫度、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,要求型砂的透氣率比起低、中密度機(jī)器造型（如震壓造型、震擊造型等）的型砂稍高些。一般而言,造型處取樣測(cè)得透氣性可能比從混砂機(jī)取樣稍高一些。較為適當(dāng)?shù)母呙芏仍煨托蜕巴笟饴蚀蠖嘣?00?140之間。如果型砂透氣率在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。有些工廠型砂透氣性偏高的原因大多由于粗粒潰碎砂芯混入造成的。附表中鎮(zhèn)江銀峰的工藝規(guī)程規(guī)定透氣率為80~150是合理的。但是2001年2月22日實(shí)測(cè)結(jié)果完全超出規(guī)定，竟然高達(dá)250，不得不在上型和下型的型腔表面都噴醇基涂料。昆山富士和的規(guī)定是120~180，其上限似乎太高。昆山信嘉測(cè)得透氣率高達(dá)200~280，其鑄件表面相當(dāng)粗糙。原因是所用樹脂砂芯粒度為20/40目，混入型砂而使透氣率居高不下。北京華德實(shí)測(cè)為192~238，由于砂型未噴涂料，國(guó)外客戶對(duì)鑄件表面不滿意。但是天津?qū)氁绲蔫T件表面并不粗糙，而透氣率高達(dá)230~240，是儀器的通氣塞孔洞尺寸過大所致，并非砂型實(shí)際透氣率。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）；由于砂型缺乏足夠強(qiáng)度以保證其硬度，澆注鐵水后石墨析出會(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有箱帶，高強(qiáng)度型砂可以避免塌箱、脹箱和漏箱。無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。所列舉各種型砂強(qiáng)度的單位均為kPa,不再一一注明。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180~220；AGM公司推薦130~180；意大利FA公司氣沖型—170?200;丹麥DISA公司擠壓型砂一180?250;IIKO公司調(diào)查德國(guó)射壓造型的型砂一＞200。有些日本鑄造工廠對(duì)型砂濕壓強(qiáng)度的要求偏低。東久公司推薦無箱射壓型砂的濕壓強(qiáng)度只是110?140。豐和公司推薦Hunter造型機(jī)無箱水平分型的型砂用140?160。土芳公司調(diào)查八家氣沖型砂都在113?180范圍內(nèi)，平均為138。三菱重工的高壓型砂為105?120。五十鈴高壓線80~100。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)車川崎工廠2070擠壓線20010,豐田上鄉(xiāng)工廠靜壓線180?220。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)較好的濕壓強(qiáng)度在124?207。福特汽車廠Cleveland鑄造廠排氣管高壓型砂為172,萬國(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134~156。有人認(rèn)為歐洲鑄造工廠的型砂濕壓強(qiáng)度比美、日兩國(guó)工廠高的原因之一是由于歐洲鑄鐵用原砂含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，以致型砂強(qiáng)度偏高。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120?200范圍內(nèi)，比較集中在140~180。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。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80?120kPa上下。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)Knorr-Bremse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車輛廠生產(chǎn)搖枕和側(cè)架型砂為90?105。日本小松公司的多觸頭型砂為100~120;福島制鋼高壓型砂為100?130;秋木制鋼為35?50。我國(guó)齊齊哈爾機(jī)車車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70?80。3.2濕拉強(qiáng)度和濕劈強(qiáng)度從材料力學(xué)角度來看，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)度值直接說明型砂的粘結(jié)強(qiáng)度的好壞，而抗拉強(qiáng)度就無此缺點(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26?36；DISA公司要求擠壓型砂為20?25;AGM公司要求真空吸壓造型為〉20。北京華德實(shí)測(cè)26.7?31.8；廊坊美聯(lián)實(shí)測(cè)17~22。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，需用專門的試驗(yàn)機(jī)來測(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)試塑性較高的型砂時(shí)讀數(shù)不夠準(zhǔn)確。因此應(yīng)用不普遍。DISA公司推薦的濕劈強(qiáng)度是30?34°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)度二濕劈強(qiáng)度X0.65。鎮(zhèn)江銀峰規(guī)定濕劈強(qiáng)度30?50；天津勤美達(dá)實(shí)測(cè)為40；佳利福實(shí)測(cè)38~40；無錫柴油機(jī)實(shí)測(cè)31?50。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32?36,FA公司提出氣沖型砂應(yīng)為30?50。美國(guó)Grede調(diào)查1989?1996擠壓造型型砂平均為36~49。天津新偉祥實(shí)測(cè)為52，山西國(guó)際實(shí)測(cè)為38~55。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，在專門試驗(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 30?60kPa,變形量多在0.40mm~0.70mm范圍內(nèi)。例如天津?qū)毨y(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后稱量掉落的砂量，用來代表型砂表面耐磨性。日本較多使用的方法是將標(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做為“表面安定度（SSI）”。例如東久公司推薦水平分型無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88.9~91.0％范圍內(nèi)。土芳公司調(diào)查8家靜壓和氣沖線在77.6~86.6％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0.8~1.3％，要求表面安定度>93%；秋木制鋼公司生產(chǎn)大型閥門鑄鋼件，要求96~98%。我國(guó)昆山豐田實(shí)測(cè)結(jié)果在70~89范圍內(nèi)；天津勤美達(dá)實(shí)測(cè)結(jié)果是89.9~90.6%。在型砂中加入淀粉材料（如哈爾濱東安）或在砂型表面噴防粘砂涂料（如鎮(zhèn)江銀峰）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)。天津豐田原來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。實(shí)際使用中可能觀察到表面安定度(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)。因而清華大學(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，稱量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%，淀粉量0~1%配制型砂，緊實(shí)率按45%控制。不加淀粉的鈉基膨潤(rùn)土型砂試樣，即時(shí)磨損量約為8g,風(fēng)干2h后磨損量已增加到40g以上。加入淀粉1%的鈉基膨潤(rùn)土試樣即時(shí)磨損量降為0?37g,風(fēng)干2h后磨損量?jī)H約為2g左右。鈣基膨潤(rùn)土試樣即時(shí)磨損量高達(dá)16g,加入淀粉后即時(shí)磨損量降為1?8g。4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。在上述各種組分中，有效膨潤(rùn)土和有效煤份的數(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6?7%已然足夠使?jié)駢簭?qiáng)度達(dá)到160?200kPa。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3?4%即可。因此高密度造型的型砂中活性組分總量約為9?11%。。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。不同鑄造工廠濕型砂灰分的數(shù)量相差很多，有的工廠可能不到1%。。也有的型砂中灰分達(dá)到10%以上。德國(guó)Mettman鑄造廠要求型砂泥分中灰分不超過3.0%，國(guó)外也有人主張應(yīng)當(dāng)不超過3.25%。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0.5~1.5％左右，個(gè)別工廠中可能相差1.5~3.0％。例如：常州小松型砂13.5~13.9％、舊砂11.5％；山西國(guó)際型砂10.1％、舊砂9.5％；蘇州鑄件型砂21.8％、舊砂18.6％。只有根據(jù)型砂的含泥量才能較準(zhǔn)確地說明對(duì)型砂性能的影響，所以應(yīng)當(dāng)以型砂含泥量的檢測(cè)和控制為主。附表中各工廠的含泥量除專門注明外大概都是指舊砂而言。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)定都需要一天時(shí)間，最好經(jīng)常直接測(cè)定型砂的含泥量。個(gè)別鑄造廠的型砂和舊砂含泥量過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高，除了強(qiáng)烈影響透氣率低和含水量高以外，還肯定會(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。還有些發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠的型砂出現(xiàn)含泥量過低現(xiàn)象，這是舊砂中混入大量潰碎樹脂砂芯造成的，不僅型砂透氣率受影響，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)，使得混砂難以準(zhǔn)確控制。因而國(guó)外有的工廠需要向型砂中加入適量a-淀粉來降低型砂對(duì)含水量的敏感性。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)的汽車制造廠型砂含泥量大多較低，例如.JohnDeere生產(chǎn)球墨鑄鐵的高壓造型型砂含泥量為7.5~8.8%OInternationalHarvester生產(chǎn)拖拉機(jī)缸體的型砂含泥量為9~10%oGMC生產(chǎn)雪佛蘭缸體型砂為9?11%；德國(guó)Meinheim的JohnDeere工廠的三種型砂含泥量的控制指標(biāo)分別為10.0~12.5、11.0~13.0和11.0~13.5%；Luitpold鑄造廠生產(chǎn)大眾汽缸體用型砂為12?13.5%。。日本三菱自動(dòng)車的SPO線型砂管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定含泥量為12?14%。，五十鈴汽車廠型砂含泥量為9.6%。。DISA公司推薦一般擠壓造型機(jī)用型砂含泥量為11?13%，而較大的2070型造型機(jī)用型砂的含泥量為12?14%。。BMD公司要求上海機(jī)床鑄造三廠氣沖線10?13%。。大發(fā)汽車廠要求天津內(nèi)燃機(jī)總廠的汽車鑄鐵件靜壓造型的型砂含泥量為10?11%。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10.5?13.5%。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V12%。我國(guó)另外幾家工廠的含泥量（估計(jì)均為舊砂）舉例如下：鎮(zhèn)江銀峰要求11?12%；天津新偉祥要求10?13%；天津勤美達(dá)擠壓線實(shí)測(cè)9.6%；廊坊美聯(lián)擠壓線9.8?11.3%；大連機(jī)床廠B&P線16.7%；懷柔水泵氣沖線25.8%；山東九羊鑄造廠實(shí)測(cè)28%。山西經(jīng)緯紡織機(jī)廠Hunter線16?19%。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10~13%，不應(yīng)＞14%和W9%。；理想的舊砂含泥量為8~11%，不應(yīng)＞12%和W7%。。如果含泥量過高，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。5型砂粒度型砂粒度直接影響透氣性和鑄件表面粗糙程度。原砂的粒度并不能代表型砂粒度，因?yàn)樵阼T造過程中部分砂?？赡芷扑槌杉?xì)粉，另一部分可能燒結(jié)成粗粒。而且不同粗細(xì)的砂芯潰碎后也會(huì)混入舊砂。經(jīng)過多次鑄造過程的積累就使型砂的粗細(xì)逐漸改變。因此有些工廠將測(cè)定過含泥量的型砂用篩分法測(cè)定粒度。美國(guó)B&P公司要求射壓型砂粒度為AFS細(xì)度60~90（大體相當(dāng)200/70?50/140目）;Buhr調(diào)查加拿大鑄造廠鑄件品質(zhì)較好的型砂粒度為50~65（大體相當(dāng)50/100~140/50目）,四篩分布。德國(guó)IIKO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公司推薦氣沖型砂為0.22?0.28mm（大約相當(dāng)50/100?100/50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0.15?0.28mm（AFS104?60大約相當(dāng)100/200?100/50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)104.7?115.1（大約相當(dāng)50/140~70/140目）;新東公司要求射壓型砂粒度目標(biāo)值為AFS細(xì)度50~60（大約箱當(dāng)50/100~50/140目）;川崎三菱自動(dòng)車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)582（大約相當(dāng)50/140~140/50目）;大發(fā)工廠要求48?53（大約相當(dāng)50/100目）。幾家國(guó)內(nèi)外資和合資工廠如昆山豐田洗后粒度48.5?51；天津勤美達(dá)實(shí)測(cè)型砂去泥后粒度65.2;山西國(guó)際實(shí)測(cè)52?54。如果粒度過粗，就需靠加入特定粒度的原砂、或除塵器砂粒來調(diào)整。國(guó)外文獻(xiàn)都強(qiáng)調(diào)型砂粒度分布不可過分集中，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40%，相鄰兩篩的差值＜15%。前面列舉的數(shù)據(jù)中有些國(guó)外工廠的粒度偏粗，為50/100目。其原因是型砂中混入了大量潰散砂芯造成的，并非故意使用較粗型砂。美國(guó)Minnesota—家灰鐵鑄造廠由于大量潰散砂芯（原砂為50/100目）混入型砂中后使型砂透氣率上升,鑄件表面粗糙。解決辦法是混砂時(shí)加入100和140兩目細(xì)砂5%，使型砂粒度成為50/140的四篩分布。不僅鑄件表面得到改善，而且混碾效率也提高。關(guān)于停留在200目、270目和底盤的微粒量，有人提出應(yīng)當(dāng)為3~5%,以便降低型砂對(duì)水分的敏感性。但底盤停留量應(yīng)小于1?0%。6.有效膨潤(rùn)土量一般濕型鑄造生產(chǎn)中，都是根據(jù)型砂的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度高低補(bǔ)加膨潤(rùn)土量。如果型砂中灰分（包括死粘土等失效材料）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。自五十年代末期起美國(guó)有些人陸續(xù)通過大量有關(guān)砂-膨潤(rùn)土-水的試驗(yàn)研究工作結(jié)果繪制成網(wǎng)格圖，從圖中型砂的濕壓強(qiáng)度和濕剪強(qiáng)度關(guān)系曲線推算出型砂的有效粘土含量。后來又將原來的“膨潤(rùn)土”改稱為較為籠統(tǒng)的“粘結(jié)劑”。由于型砂中有些膨潤(rùn)土是并未起粘結(jié)作用的潛在膨潤(rùn)土，型砂中總的粘結(jié)劑量(包括潛在膨潤(rùn)土)稱為可用粘結(jié)劑量(AB),而真正起著粘結(jié)砂粒作用的粘結(jié)劑量稱為工作粘結(jié)劑量(WB)。從濕壓強(qiáng)度、含水量、緊實(shí)率和粘土量的網(wǎng)格圖推導(dǎo)出AB和WB的兩個(gè)英制計(jì)算公式，改成國(guó)際單位［kPa］后如下：AB［%］=1.5729GCS1.316MOIST；WB［%］ (221.6GCS)/(132.1COMPACT)式中：GCS—濕壓強(qiáng)度［kPa］;MOIST—型砂含水量［%］；COMPACT—緊實(shí)率［%］。我國(guó)有個(gè)別外資鑄造工廠引用這些計(jì)算式，例如鎮(zhèn)江銀峰高壓造型用型砂計(jì)算得出：AB=8.1?8.3%,WB=4.3?4.7%。美國(guó)有人在80年代末期，考慮到濕型砂中膨潤(rùn)土含量已超過繪制原圖時(shí)的5~7%,而且鈉基膨潤(rùn)土和鈣基膨潤(rùn)土是按不同比例摻合使用，砂粒分布也分散到4?5篩，大多數(shù)型砂還含有煤粉，混碾效率有所提高。就根據(jù)不同濕壓強(qiáng)度、含水量、緊實(shí)率和粘土量繪制出具有復(fù)雜曲線的新圖形，已不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式計(jì)算出AB和WB。另外，各國(guó)膨潤(rùn)土的資源各異，濕壓強(qiáng)度、含水量、緊實(shí)率之間關(guān)系均不相同，更難于簡(jiǎn)單地利用前述的計(jì)算公式。因而國(guó)內(nèi)外工廠絕大多數(shù)鑄造工廠都改用亞甲基藍(lán)吸附量(簡(jiǎn)稱為吸藍(lán)量)來檢驗(yàn)型砂和舊砂中有效膨潤(rùn)土含量。鑄造生產(chǎn)的型砂中最適宜有效膨潤(rùn)土含量不僅取決于對(duì)型砂濕態(tài)強(qiáng)度的要求如何，所用膨潤(rùn)土的品質(zhì)如何，也還受型砂中的膨潤(rùn)土是否混合均勻的影響。因此國(guó)內(nèi)外各廠型砂的有效膨潤(rùn)土含量都有相當(dāng)大的差異。例如DISA公司要求使用2013型擠壓造型機(jī)的型砂有效膨潤(rùn)土含量〉7%，2070型需＞8%。；GF公司建議第二汽車廠鑄造二廠氣沖造型用7.4%；BMD公司要求上海機(jī)床鑄造三廠氣沖用7~9%；大發(fā)汽車廠要求天津內(nèi)燃機(jī)廠靜壓造型用＞6%。美國(guó)福特汽車廠高壓型砂在Windsor為5.4~6.2%，在Cleveland為6.5%；通用汽車公司的Pontiac鑄造廠為6.0?6.6%,Defiance鑄造廠為8.4?8.8%；Lynchburg鑄造廠為6.7?7.7%。JohnDeere公司在德國(guó)Mannheim鑄造廠為6.0?7.5%；德國(guó)Luitpold鑄造廠為9?10%。日本土芳公司調(diào)查8家靜壓和氣沖造型線在7.4?10.4%之間,平均8.6%；五十鈴公司川崎鑄造廠高壓線為7%。從表中看我國(guó)各鑄造工廠的有效膨潤(rùn)土量在6.0?11.0%范圍內(nèi)。昆山豐田靜壓線為6~8%;昆山富士和FBM線為7?9%；天津勤美達(dá)擠壓線為6.0?6.4%；常州小松高壓型砂實(shí)測(cè)為6.2?6.7％；常州柴油機(jī)廠氣沖型砂為8?10%；上海柴油機(jī)廠高壓線為10.5?10.8%；大連柴油機(jī)廠高壓線面砂約11%；煙臺(tái)一汽大宇動(dòng)力沖擊線為7?9%；廣州冷機(jī)公司擠壓型砂為7.5?8%震壓造型要求的型砂強(qiáng)度稍低，有效膨潤(rùn)土量可更低些。由于我國(guó)的膨潤(rùn)土礦產(chǎn)資源豐富，有些膨潤(rùn)土的粘結(jié)強(qiáng)度很高，使用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土的高密度造型型砂的有效膨潤(rùn)土量降低到6~7%范圍內(nèi)也足夠滿足對(duì)強(qiáng)度和韌性的要求。這樣就使型砂的含泥量和含水量都可降低，鑄件的氣孔等類缺陷也會(huì)減少。但我國(guó)還有些膨潤(rùn)土的品質(zhì)較差，計(jì)算出的有效膨潤(rùn)土量并不反映型砂的粘結(jié)強(qiáng)度。不如改用吸藍(lán)量（mL）直接代表型砂可用的粘結(jié)能力。例如要求高密度型砂的有效膨潤(rùn)土量為55?65mL。但是應(yīng)當(dāng)注意到作者當(dāng)年將亞甲基藍(lán)溶液濃度定為0.2%時(shí)，我國(guó)尚無高密度造型方法，通常的型砂濕壓強(qiáng)度僅為現(xiàn)在的一半左右，型砂吸藍(lán)量都只有40mL左右。如今再用這樣濃度的亞甲基藍(lán)溶液滴定5.00g高密度造型型砂，滴定量都會(huì)超過標(biāo)準(zhǔn)50mL滴定管的容積。在滴定5g試料過程中需要向滴定管補(bǔ)加一次亞甲基藍(lán)溶液，給實(shí)驗(yàn)人員增添麻煩。因此，建議亞甲基藍(lán)溶液不便，解決的辦法是將型砂量縮減成2?50g。將滴定結(jié)果毫升數(shù)乘以2,既可得出滴定5g型砂的毫升數(shù)。我國(guó)有些外資企業(yè)采用美國(guó)AFS標(biāo)準(zhǔn)的，型砂量為5g,亞甲基藍(lán)溶液濃度按照美國(guó)AFS規(guī)定為0.374%。例如昆山豐田靜壓型砂要求吸藍(lán)量為301mL。如亞甲基藍(lán)濃度按照0.2%。計(jì)算，將吸藍(lán)量mL乘以0.374/0.20=1.87，則吸藍(lán)量相當(dāng)為54.2?58.0mL。常州小松的高壓型砂實(shí)測(cè)為31?33.5mL，乘以1.87應(yīng)為58.0?62.7mL。型砂的有效膨潤(rùn)土是指全部仍然具有粘結(jié)能力的膨潤(rùn)土而言。在生產(chǎn)用型砂中，仍會(huì)有一部分膨潤(rùn)土只是自己或與其它粉料積聚成膨潤(rùn)土團(tuán)（或砂豆），成為“潛在膨潤(rùn)土”膨潤(rùn)土團(tuán)的形成主要是型砂制備時(shí)混合不均勻造成的。美國(guó)有人將前面所述的工作粘土量（WB）除以可利用粘土量（AB）做為混砂機(jī)效率，也用來說明型砂的膨潤(rùn)土利用率，認(rèn)為通常在55~65%。鎮(zhèn)江銀峰計(jì)算得出的混砂機(jī)效率為52.6?56.6%。。作者推薦的方法是在生產(chǎn)用混砂機(jī)上按照工藝規(guī)定混制型砂，型砂混砂完了后測(cè)定試樣的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度。然后碾輪式混砂機(jī)再延長(zhǎng)混砂時(shí)間1分鐘（轉(zhuǎn)子混砂機(jī)可為20s）,但需預(yù)先稍微加入少量水分以保持緊實(shí)率基本不變，再一次測(cè)定型砂試樣強(qiáng)度，強(qiáng)度值將有不同程度的上升。如此每次延長(zhǎng)混砂并保持型砂緊實(shí)率穩(wěn)定不變和測(cè)定強(qiáng)度，直到強(qiáng)度不再上升，即達(dá)到“峰值強(qiáng)度”為止?；焐皺C(jī)的實(shí)際使用效率可以按下式計(jì)算：實(shí)際混砂強(qiáng)度混砂機(jī)的混砂效率（％）= 「幻/士.X100型砂峰值強(qiáng)度由于強(qiáng)度接近平臺(tái)區(qū)的升幅極為緩慢，通常認(rèn)為鑄造生產(chǎn)實(shí)際中，型砂強(qiáng)度到達(dá)峰值的80?90%左右即為最適合使用的強(qiáng)度。達(dá)到最適合使用強(qiáng)度的混砂時(shí)間應(yīng)當(dāng)是混制該型砂的正確時(shí)間，工廠可以據(jù)此更正工藝規(guī)定的混砂時(shí)間要求。工廠混砂實(shí)際缺少時(shí)間（單位均為min）按下式計(jì)算：混砂實(shí)際缺少時(shí)間=（達(dá)到80?90%峰值強(qiáng)度的時(shí)間）一（實(shí)際混砂時(shí)間）清華大學(xué)曾檢驗(yàn)?zāi)惩侠瓩C(jī)廠鑄鐵的舊砂，結(jié)果表明為要達(dá)到峰值強(qiáng)度尚需繼續(xù)混砂6mino又曾檢驗(yàn)山東某動(dòng)力機(jī)廠型砂使用S14系列轉(zhuǎn)子混砂機(jī)的混砂效果，發(fā)現(xiàn)達(dá)到峰值強(qiáng)度的混砂周期應(yīng)當(dāng)是4.5min,建議工廠達(dá)到最適宜使用強(qiáng)度的混砂時(shí)間定為4.0min,明顯高于設(shè)備制造公司推薦的混砂周期2.0min。為了簡(jiǎn)便，也可利用型砂實(shí)驗(yàn)室中小型混砂機(jī)做試驗(yàn)。取生產(chǎn)混制出的型砂在小混砂機(jī)中，保持緊實(shí)率基本不變的條件下不斷增多混砂時(shí)間。檢驗(yàn)方法和計(jì)算方法如同上面一樣。7型砂的有效煤粉量生產(chǎn)鑄鐵件的濕型砂大多加入煤粉附加物，每次混砂時(shí)需補(bǔ)加少量煤粉。但是煤粉的補(bǔ)加量不能靠簡(jiǎn)單的計(jì)算方法得出。國(guó)外至今仍靠測(cè)定型砂或舊砂的的灼減量（或灼燒減量，通常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)OI,美國(guó)又稱為可燃物總量）和揮發(fā)分、含碳量，固定碳量等參數(shù)做為推測(cè)有效煤粉量的參考。例如：DISA公司推薦型砂的灼減量為3.5?7.5%，揮發(fā)分為1.5?3.0%。。GF公司建議生產(chǎn)后橋球鐵件灼減量為4.7%。。Levelink認(rèn)為通常型砂的灼減量為4?6%。。Fahn調(diào)查歐洲一百余鑄鐵工廠的灼減量在1.6?11.6%。范圍內(nèi)，平均值為5.3%oBuhr調(diào)查了加拿大76家鑄造工廠，其中鑄件品質(zhì)較好的灼減量在2~5%之間。日本土芳公司調(diào)查8家靜壓和氣沖造型的灼減量在1.98?4.46%。范圍內(nèi)，平均3.29%。德國(guó)Luitpold生產(chǎn)大眾汽車汽缸體型砂為3.6?4.0%。；美國(guó)JohnDeere生產(chǎn)缸體和缸頭高壓造型為3.8?4.5%。；通用汽車公司Pontiac廠型砂則為4.0?4.5%。。我國(guó)煙臺(tái)大宇動(dòng)力沖擊造型要求灼減量3~5%;山西國(guó)際高壓造型要求4.0?5.5%。；昆山富士和FBM造型用型砂目標(biāo)值為2.5?4.5%。；常州小松常林?jǐn)D壓型砂實(shí)測(cè)為4.4?4.6%。；太原小笠原氣沖造型實(shí)測(cè)為2.8%o天津新偉祥FBM造型和勤美達(dá)擠壓造型的灼減量分別為3.7%和2.0?2.2%。，揮發(fā)分為3.06%和1.4%。昆山豐田規(guī)定面砂和背砂的灼減量分別為 4.100.30%和3.800.30%，總碳量分別為3.000.50%和2.800.50%。。但是各國(guó)規(guī)定的灼減量和揮發(fā)分測(cè)試規(guī)范有很大差別，各廠的數(shù)值不能相互比較。以上幾種測(cè)試方法的操作都比較麻煩。當(dāng)年作者等人分析了煤粉防鑄鐵件粘砂作用機(jī)理，認(rèn)為主要靠的是揮發(fā)分而不是固定碳或灼減量。因而改為測(cè)定反映型砂或舊砂中揮發(fā)分的發(fā)氣量。這種方法能夠計(jì)算出有效煤粉具體含量（%），而且測(cè)定過程只需幾分鐘即可，因此在國(guó)內(nèi)得到廣泛采用。簡(jiǎn)易式發(fā)氣量實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，但要求使用者操作熟練。儀器制造廠生產(chǎn)的發(fā)氣量測(cè)定儀器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有些鑄造工廠的儀器發(fā)生故障后長(zhǎng)時(shí)間得不到修理，只好改用灼減量和揮發(fā)分來估計(jì)煤份含量。鑄鐵件型砂中應(yīng)有的有效煤粉量因鑄件大小和厚薄、澆注溫度、面砂或單一砂、造型方法、砂型緊實(shí)程度、拋丸清理效果等因素而異。更重要的是因煤粉品質(zhì)不同而異。例如，應(yīng)用普通煤粉的高密度造型的型砂中有效煤粉量多為5~7%，例如第二汽車廠鑄造一廠KW線6~8%，GF線為4~6%；上海匯眾為5~8%；萊陽(yáng)華源萊動(dòng)氣沖線5%；天津豐田靜壓線5.5%。應(yīng)用較高品質(zhì)煤粉的有效煤粉量可降低到4~5%，使用高效煤粉時(shí)只要3~4%即可。山西國(guó)際有效煤粉量為4~5%；上海汽車廠為4~5%。震壓造型用型砂使用優(yōu)質(zhì)煤粉時(shí)，有效煤粉量大約為5~6%。目前我國(guó)各地銷售供應(yīng)的煤粉品質(zhì)差異較大，有的煤粉中雜質(zhì)甚多，抗粘砂能力不足。也有個(gè)別煤粉中含有揮發(fā)分極高的氣煤或長(zhǎng)焰煤，配制出型砂的發(fā)氣量雖高但缺乏抗粘砂能力。因此，用發(fā)氣量方法控制型砂和舊砂中有效煤粉量的方法最適用于揮發(fā)分28~37%和灰分大致＜10%范圍內(nèi)的煤粉?？紤]到有些型砂中還含有重油、淀粉等材料或混有潰散芯砂，也都起抗粘砂作用和發(fā)生氣體?？蓛H用型砂和舊砂的發(fā)氣量代表型砂總的抗粘砂能力。震壓造型生產(chǎn)鑄鐵件用型砂每1g的發(fā)氣量大約在20?28mL，高密度造型用型砂大體在14?24mL。例如天津豐田靜壓線型砂實(shí)測(cè)為16mL，無箱射壓線＜15mL；北京內(nèi)燃機(jī)廠型砂為16?17mL,舊砂為13?14mL。8型砂韌性和起模性8.1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小如何；而韌性反映的是將物體破壞所需做的功大小如何，它包含了強(qiáng)度和變形量?jī)煞N參數(shù)。早年有人曾用下列公式計(jì)算使試樣破碎所做的功來近似地表示韌性：型砂韌性=濕壓強(qiáng)度X變形量X1000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。但當(dāng)年只靠眼睛觀看試驗(yàn)機(jī)上附帶千分表所顯示出的試樣尺寸變化，是不可能準(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)方法沒有得到推廣。60年代末期美國(guó)Dietert等人又研制出落球式破碎指數(shù)測(cè)定儀。我國(guó)仿制時(shí)將尺寸改為公制。但使用后發(fā)現(xiàn)此儀器還存在以下幾個(gè)缺點(diǎn):其中之一是10mm篩網(wǎng)似嫌稍密，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，如將網(wǎng)孔中心距增大到12.7mm（即改為2目篩網(wǎng)），則可使破碎指數(shù)的變化范圍擴(kuò)大一倍以上。此儀器的另一缺點(diǎn)是鋼球落下后并不停置在鐵砧上，它將繼續(xù)滾落到篩網(wǎng)上，使一部分本來停留在網(wǎng)上的砂塊受振擊和碾壓而通過篩網(wǎng)，從而影響測(cè)試結(jié)果。我國(guó)有的儀器工廠為防止鋼球滾落，將具有三根直立細(xì)鋼絲的鋼環(huán)套在鐵砧上，用來防止落在鐵砧上的鋼球滾動(dòng)。將砧座厚度減薄到不超過3mm,注意調(diào)整測(cè)定儀的垂直度，不加鋼絲也可以防止鋼球滾落到篩網(wǎng)上試驗(yàn)結(jié)果表明，型砂較濕、含膨潤(rùn)土量多、加入淀粉類附加物和提高試樣緊實(shí)度都能提高破碎指數(shù)。高密度造型的型砂破碎指數(shù)以80~85%范圍內(nèi)為好。如果模樣外形比較簡(jiǎn)單，破碎指數(shù)還可更低些以便提高型砂流動(dòng)性。我國(guó)幾家鑄造工廠的型砂破碎指數(shù)舉例如下：常州柴油機(jī)廠—65~75%；上海汽車廠—60~70%，上海匯眾汽車公司—65~75%；第二汽車廠鑄造一廠—80~90%；第一汽車廠鑄造二廠—60~80%；天津內(nèi)燃機(jī)廠—76~78%；廊坊美聯(lián)—70~80%；萊陽(yáng)華源—67~80%；哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)廠—70~85%。清華大學(xué)新研制的直徑方向剪切強(qiáng)度與變形儀和氣動(dòng)濕壓強(qiáng)度測(cè)定儀是由壓力傳感器、位移傳感器、微型計(jì)算機(jī)和打印機(jī)組成的。當(dāng)型砂試樣在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力、變形直至斷裂時(shí)，微型計(jì)算機(jī)即可輸出試樣的剪切強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度(kPa)和變形量(mm)。也還可以推算出型砂的韌性。8.2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、脫模劑有無和種類、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，其中包括型砂抗拉、抗剪強(qiáng)度、韌性、變形量和試樣頂出阻力。起模時(shí)砂型受到剪應(yīng)力和拉應(yīng)力的作用，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。值得注意的是型砂變形量和頂出阻力。⑴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，但能夠大大改善起模性能。刷水的作用主要是提高了砂型棱角和吊砂型砂的變形能力，起模時(shí)受模樣水平方向振擊和碰撞能夠退讓變形，就能避免砂型棱角破損。振動(dòng)起模機(jī)器造型用型砂也是利用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-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0.40mm?0.70mm范圍內(nèi)。⑵試樣頂出阻力：Hofmann在液壓式強(qiáng)度儀上安裝一個(gè)附加裝置，對(duì)試驗(yàn)筒中圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣的一端施加壓力，測(cè)定出使試樣在筒中開始移動(dòng)所需的力，稱為頂出阻力。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)。試驗(yàn)結(jié)果表明，型砂的濕壓強(qiáng)度越高，頂出阻力也高。型砂中加有煤粉、淀粉，試樣筒表面涂有硅油，都能降低頂出阻力。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3?15%。，緊實(shí)率30?60%。，試樣沖擊次數(shù)1?12。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-淀粉1%可使型砂對(duì)模樣的摩擦阻力約減為1/3?1/2,對(duì)起模尤其有利。因此，在考慮型砂起模性時(shí)不可低估摩擦阻力的作用。9抗夾砂性（熱濕拉強(qiáng)度）用濕型砂澆注較厚大的平板類鑄件時(shí)，最容易產(chǎn)生夾砂類缺陷（包括起皮、溝痕、結(jié)疤、鼠尾）。國(guó)內(nèi)外很多鑄造工廠都用熱濕拉強(qiáng)度來檢驗(yàn)型砂的抗夾砂性能。研究工作表明，影響型砂熱濕拉強(qiáng)度的最主要因素是膨潤(rùn)土所吸附陽(yáng)離子的種類，其次是型砂中膨潤(rùn)土含量以及膨潤(rùn)土的純度（蒙脫石含量）。鈉基膨潤(rùn)土或活化膨潤(rùn)土的熱濕拉強(qiáng)度比鈣基膨潤(rùn)土高幾倍。然而用碳酸鈉活化鈣基膨潤(rùn)土不可過量，超過極限活化量后熱濕拉強(qiáng)度反而下降，而且還可能會(huì)產(chǎn)生抗熱粘砂缺陷。我國(guó)通常鈣基膨潤(rùn)土的極限活化量是4~5%。有的國(guó)產(chǎn)天然鈉基膨潤(rùn)土需要加入碳酸鈉1~2%才達(dá)到極限熱濕拉強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)型砂熱濕拉強(qiáng)度值的要求需根據(jù)生產(chǎn)條件而定。國(guó)外濕型大型鑄鋼件型砂大多用單純的天然鈉土或充分活化的優(yōu)質(zhì)鈣土。然而鑄鐵型砂對(duì)膨潤(rùn)土的活化程度比鑄鋼型砂低，因?yàn)樾蜕爸屑尤朊悍垡财鸱乐箠A砂缺陷作用。例如美國(guó)汽車鑄鐵件工廠所采用的是將懷俄明天然鈉基和美國(guó)南部鈣基膨潤(rùn)土摻合應(yīng)用，比例按2:1；生產(chǎn)小鑄鐵件所用膨潤(rùn)土按1:1比例摻和。相當(dāng)于將鈣基膨潤(rùn)土的碳酸鈉加入量分別為極限活化量的67％和50％左右。認(rèn)為型砂的抗夾砂能力已夠，而且不用純粹鈉基膨潤(rùn)土有利于混砂、造型和落砂。在歐洲，普通鑄鐵件高密度造型用型砂的熱濕拉強(qiáng)度大約要求為1.5?2.5kPa,對(duì)于較敏感的鑄件可能要求>2.5kPa。例如，德國(guó)Luitpold鑄造廠生產(chǎn)大眾汽缸體型砂的熱濕拉強(qiáng)度為2.7~3.0kPa；Benz公司的Esslingen鑄造廠用BMD無箱射壓造型機(jī)生產(chǎn)制動(dòng)鼓的型砂熱濕拉強(qiáng)度為2.8kPaoFahn調(diào)查歐洲107家灰鑄鐵鑄造廠型砂的熱濕拉強(qiáng)度最低為0.9，最高為3.2，平均為1.95kPa。Bruemmer調(diào)查105個(gè)鑄鐵廠結(jié)果是最低1.0，最高3.2，平均1.6kPaoHofmann實(shí)測(cè)五家使用氣沖造型機(jī)鑄造廠的型砂分別為2.6，3.0，3.7，2.8和1.35kPaoDISA公司推薦擠壓造型用型砂的熱濕拉強(qiáng)度應(yīng)>2.0kPa。美國(guó)和日本的鑄造工廠似乎對(duì)測(cè)定型砂的熱濕拉強(qiáng)度不太重視。在我國(guó)，雖然鑄鐵生產(chǎn)所用原砂的SiO2不高，型砂中還加入了煤粉、淀粉類材料，生成的熱壓應(yīng)力較低，對(duì)于形狀簡(jiǎn)單或沒有水平放置平面的小件、薄壁件，可放寬對(duì)熱濕拉強(qiáng)度的要求。例如第二汽車制造廠氣沖造型線生產(chǎn)東風(fēng)載重汽車后橋型砂的熱濕拉強(qiáng)度為1.6?1.8kPa；長(zhǎng)春一汽第二鑄造廠氣沖線為2.0?3.0kPa；山西國(guó)際高壓造型生產(chǎn)汽缸體要求》2.5kPa；上海汽車廠擠壓線要求〉2.0kPa；上海液壓件鑄造廠擠壓造型為1.8?2.2kPa；鎮(zhèn)江銀峰高壓線為2.5?2.9kPa。也有些工廠只從是否生成夾砂缺陷考慮，熱濕拉強(qiáng)度要求極低，例如山西經(jīng)緯紡織機(jī)械廠的Hunter造型機(jī)用型砂的熱濕拉強(qiáng)度只要求〉0.9kPa,實(shí)測(cè)值為1.1?1.2kPa。但是還應(yīng)考慮到鈉基膨潤(rùn)土和活化膨潤(rùn)土的熱穩(wěn)定性高和不易燒損，所以除生產(chǎn)輕、薄小件以外，都應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)活化的膨潤(rùn)土和對(duì)型砂熱濕拉強(qiáng)度適度要求。10型砂流動(dòng)性和可緊實(shí)性型砂的顆粒在外力作用下可以緊密靠近的性能稱為可緊實(shí)性。具有良好可緊實(shí)性的型砂