譚博文

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州 545005）

粘土濕型砂造型，作為一種傳統(tǒng)的造型方法，在鑄造中占著舉足輕重的作用。對(duì)濕型砂性能的有效控制及對(duì)其性能指標(biāo)的科學(xué)管理，是對(duì)鑄件品質(zhì)的有力保障。然而，粘土濕型砂的性能指標(biāo)繁多，性能控制是一個(gè)系統(tǒng)的工作，如何清晰、直觀地反映性能指標(biāo)，是控制粘土濕型砂穩(wěn)定的重要因素。本文將通過實(shí)例來加以闡述。

1 生產(chǎn)情況

本車間為生產(chǎn)微車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的鑄造車間，鑄鐵牌號(hào)HT250，年產(chǎn)量為35萬件，車間砂處理工部配置迪砂高速轉(zhuǎn)子混砂機(jī)一臺(tái)，雙盤冷卻器一臺(tái)，SC在線檢測(cè)儀，BMD氣沖造型。為保證型砂性能的穩(wěn)定，對(duì)型砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)定期進(jìn)行檢測(cè)，其工藝要求及檢測(cè)頻率如表1所示。

表1 型砂工藝要求及檢測(cè)頻率表

由于型砂性能指標(biāo)數(shù)據(jù)繁多，給控制型砂性能帶來諸多不便，因此車間采取的辦法，是將每天檢測(cè)的數(shù)據(jù)（大概20組）求取平均值，繪制出各項(xiàng)指標(biāo)的趨勢(shì)圖，這樣就可以清晰地了解各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況，對(duì)型砂的性能有一個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)我們作出正確的控制措施，提供了更好指導(dǎo)思路。下面通過2010年9月的數(shù)據(jù)，來進(jìn)一步說明（各項(xiàng)指標(biāo)均是2010年9月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。

2 緊實(shí)率和含水量

從圖1、圖2可以看出，含水量和緊實(shí)率的變化趨勢(shì)是一樣的，這和理論上是契合的，一般來講，緊實(shí)率=（10～12）×含水量，緊實(shí)率反映了型砂最適宜水分含量，含水量并不能徹底地反映型砂的水分，因?yàn)樵跈z測(cè)結(jié)果是在105℃下烘烤失重的方法得到的，并不能反映出型砂中的晶格水，所以只有緊實(shí)率，能真實(shí)反映型砂的水分。另外，還要指出一點(diǎn)，圖中的水分和緊實(shí)率，均處于工藝范圍的下限，這是由于我車間生產(chǎn)的鑄件為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件，型砂里面混入了大量的芯砂，沖淡了灰份，至使含泥量處于下限，相應(yīng)的型砂水分也就偏低了。

圖1 緊實(shí)率

圖2 含水量

3 含泥量、有效土和灼減量

含泥量的專業(yè)定義，是直徑小于20μm的成分，均稱之為泥分（如圖3），含泥量包括：

（1）有效組分——有效膨潤土、有效煤粉（本車間是通過灼減量來測(cè)量有效煤粉含量的，也有廠家通過測(cè)定發(fā)氣量來反映）；

（2）無效組分——經(jīng)澆注燒損的死膨潤土和死煤粉，膨潤土、煤粉、新砂里的灰分，以及細(xì)小的砂粒。

圖3 含泥量

圖4 有效土

圖5 灼減量

也就是說，泥分里面既含有用于起粘結(jié)作用的膨潤土和用于防粘砂的煤粉，也含有不起作用的無效成分。在生產(chǎn)中，這部分無效成分是必不可少的，其可降低型砂對(duì)水的敏感性，否則加入很少量的水，都將引起強(qiáng)度的劇烈變化；但無效成分也不可過多，過多將導(dǎo)致透氣性下降，型砂變脆，起模性能下降，致使鑄件氣孔缺陷增多。生產(chǎn)中最有效的辦法，就是作好抽風(fēng)除塵的措施，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)原材料品質(zhì)的控制，選用優(yōu)質(zhì)的膨潤土、煤粉，以及含泥量低的原砂。

膨潤土和煤粉的補(bǔ)加量，與澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、膨潤土煤粉的品質(zhì)、砂鐵比息息相關(guān)[1~2]，車間生產(chǎn)的鑄件為微車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件，凈質(zhì)量相對(duì)較小，并且砂箱較大，砂鐵比為7：1，經(jīng)測(cè)量，膨潤土燒損為0.5％，煤粉燒損為0.13％，補(bǔ)加量相當(dāng)之少，這與我們的砂鐵比大、選用優(yōu)質(zhì)的膨潤土和煤粉有很大的關(guān)系。燒損少，就意味著型砂里面的無效灰分少，這對(duì)型砂性能和鑄件品質(zhì)將起到很好的幫助，所以選用優(yōu)質(zhì)的原材料將至關(guān)重要。

4 透氣性

透氣性的高低，主要取決于砂粒直徑大小和含泥量的高低，其反映的是砂型的透氣性能，如其值偏低，砂型的透氣性將明顯降低，但是透氣性并不是越大越好，要兼顧鑄件是否產(chǎn)生機(jī)械粘砂，在保證不產(chǎn)生機(jī)械粘砂的前提下，透氣性越高越好。

圖6所示為2010年9月型砂透氣性的趨勢(shì)圖，圖中反映型砂透氣性整體低于150，而根據(jù)我們以前的經(jīng)驗(yàn)，透氣性都保持在150以上，從鑄件廢品率也能反映出一定的問題，氣孔缺陷率有上升的苗頭，所以我們決定先采取加大抽風(fēng)除塵的措施，但砂型透氣率依然上不來，所以我們懷疑是型砂的粒度變小了。由于我們的砂芯均是采用覆膜砂熱芯盒制芯，覆膜砂均是外購，加之我們的生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件使用很多的覆膜砂砂芯，而且數(shù)量相當(dāng)多，砂芯的粒度對(duì)型砂的粒度組成將產(chǎn)生很大的影響，所以必須保證覆膜砂的粒度和型砂的粒度要匹配。通過檢測(cè)覆膜砂的粒度組成，證實(shí)了我們的猜測(cè)，覆膜砂的粒度有所變小，通過跟廠家的溝通，把覆膜砂粒度調(diào)整回來，透氣性逐漸得到提升，氣孔缺陷率有所遏止。

圖6 透氣性

5 濕壓強(qiáng)度和濕劈強(qiáng)度

濕壓強(qiáng)度，反映的是膨潤土的粘結(jié)能力，其高低取決于膨潤土的加入量以及膨潤土自身蒙脫石的含量，其能粗略、大概地反映型砂的粘結(jié)性能，并不能全面的反映型砂的性能。如起模性，模具在起模時(shí)往往受到的是拉力，因此必須配合抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度，我們的做法是采用濕劈強(qiáng)度，其能綜合反映砂型的抗壓、抗拉性能[3]。同時(shí)，粘土濕型砂有一個(gè)特性必須注意，就是在型砂反復(fù)循環(huán)的過程中，砂粒表面的膨潤土逐漸燒結(jié)成陶瓷玻璃態(tài)物質(zhì)，循環(huán)次數(shù)越多，這層物質(zhì)就越厚，我們稱之為“魚卵層”。當(dāng)“魚卵層”較厚時(shí)，濕壓強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)出高的假象，而濕劈強(qiáng)度對(duì)此則比較敏感（如圖8），通過兩項(xiàng)指標(biāo)的高低和變化趨勢(shì)，可以很好地反映型砂的綜合性能。

圖7 濕壓強(qiáng)度

圖8 濕劈強(qiáng)度

所以，每隔一段時(shí)間必須拋棄一部分舊砂，用型砂來代替，來保證“魚卵層”不至于過厚，而影響性能，當(dāng)然，混入的芯砂也能起到新砂沖淡灰分的作用。

6 平均細(xì)度（AFS）

平均細(xì)度，即砂粒的直徑大小，其將直接影響型砂的透氣性能，在型砂反復(fù)循環(huán)的過程中，澆注時(shí)砂粒在高溫下裂解，混砂時(shí)受高速轉(zhuǎn)子的攪拌、摩擦，均會(huì)造成平均細(xì)度略微變小[4]。圖9中反映型砂的平均細(xì)度有粗化的傾向，可能與檢測(cè)人員測(cè)量誤差以及覆膜芯砂粒度變粗有一定的關(guān)系。

圖9 平均細(xì)度

7 結(jié)束語

通過對(duì)粘土濕型砂性能指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的管理，采取繪制趨勢(shì)圖的方式，對(duì)型砂性能有了很好的掌控，以上僅僅是一個(gè)月的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)更多、時(shí)間更長(zhǎng)的話，效果將更加明顯。

[1]李傳拭.粘土濕型砂的控制要點(diǎn)[J].鑄造縱橫，2003，（24）：26-32.

[2]于震宗.濕型鑄鐵件生產(chǎn)中一些與型砂有關(guān)的問題解答（五）[J].現(xiàn)代鑄鐵，2005，（6）：50-52.

[3]于震宗：對(duì)濕型砂性能檢測(cè)技術(shù)的幾點(diǎn)評(píng)論[J].鑄造工程·造型材料，2002，（2）：4-6；（3）：22-24.

[4]石德全，等.鑄造手冊(cè)造型材料分冊(cè)[K]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.