半型砂箱

高密度造型方法（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)的要求比較嚴(yán)格。本文用表格僅列舉出作者搜集的一些比較典型的國內(nèi)外鑄造工廠實(shí)際應(yīng)用的和部分設(shè)備公司推薦的高密度砂型的型砂性能，并在以下段落中加以評(píng)論。受紙張寬度限制，只在表格中列出幾種主要的和經(jīng)常測定的性能。數(shù)據(jù)搜集來源一部分為近年來中外公開發(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)。另一部分是由各公司或工廠的工程師最近提供的。在表中只標(biāo)明數(shù)據(jù)獲得日期而不具體注明工廠名稱。所列舉數(shù)據(jù)只是當(dāng)時(shí)情況，并不代表目前的實(shí)際狀況。表中工廠編號(hào)A、B、C分別代表國外工廠（或外資廠）、合資廠、本國廠。符號(hào)中“○”—造型機(jī)處取樣；“●”—混砂機(jī)處取樣；“□”—型砂含泥量；“*”—舊砂含泥量。

1、緊實(shí)率和含水量

濕型砂不可太干，否則膨潤土未被充分潤濕，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，過濕型砂易使鑄件產(chǎn)生針孔、氣孔、嗆火、水爆炸、夾砂、粘砂等缺陷，而且型砂太粘、型砂在砂斗中搭橋、造型流動(dòng)性降低，砂型的型腔表面松緊不均，還可能導(dǎo)致造型緊實(shí)距離過大和壓頭陷入砂箱邊緣以內(nèi)而損傷模具和砂型吃砂量過小。表明型砂干濕狀態(tài)的參數(shù)有兩種：緊實(shí)率和含水量。附表中國內(nèi)各廠的緊實(shí)率和含水量除特別注明外，取樣地點(diǎn)可能都在混砂機(jī)處。但是型砂緊實(shí)率和含水量的控制應(yīng)以造型處取樣測定為準(zhǔn)。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)輸距離、型砂溫度等因素而異。如果只根據(jù)混砂機(jī)處取樣檢測結(jié)果控制型砂的濕度，就要增多少許以補(bǔ)償緊實(shí)率和水分的損失。多年前的觀點(diǎn)認(rèn)為手工造型和震壓式機(jī)器造型造型機(jī)處最適宜干濕狀態(tài)的緊實(shí)率約在45～50%；高壓造型和氣沖造型為40～45%；擠壓造型要求流動(dòng)性好，緊實(shí)率為35～40%。由表中可以看出鑄件品質(zhì)較好的工廠的高密度造型的型砂緊實(shí)率通常在25～45%范圍內(nèi)，比起當(dāng)年有明顯降低。這是由于高密度造型設(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)性成為重要因素。工廠的控制原則大多是只要能夠保證起模，就盡量降低緊實(shí)率。比較理想的造型機(jī)處型砂緊實(shí)率集中于34～38%之間，不可高于40%，也避免低于32%。從減少鑄件氣孔缺陷的角度出發(fā)，要求最適宜干濕狀態(tài)下型砂的含水量盡可能低。高強(qiáng)度型砂的膨潤土加入量多，型砂中含有多量灰分，所購入煤粉和膨潤土的品質(zhì)低劣而需要增大加入量，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，都會(huì)提高型砂的含水量。根據(jù)資料，世界各國高密度造型工廠造型機(jī)處的型砂含水量基本上都是分布在2.5～4.2%之間，比較集中于2.8～3.5%。如果生產(chǎn)的鑄件具有大量樹脂砂芯（如發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件），型砂含水量大多偏于下限，這是由于大量樹脂砂芯潰散后混入型砂使含泥量下降和型砂吸水量降低。我國有些鑄造工廠的型砂含水量很高：如表中C-8廠實(shí)測高達(dá)5.0%，可能與舊砂含泥量高達(dá)16.7～18.0%有關(guān)。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)算比值大多在10～12.7范圍內(nèi)。曾測定三家鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠的比值只有5.0～8.5之間，說明型砂中吸水物質(zhì)過多。

2、透氣率

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。但是絕對(duì)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，金屬液易于滲入而造成鑄件表面粗糙，還可能產(chǎn)生機(jī)械粘砂。所以濕型用面砂和單一砂的透氣性能應(yīng)控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。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，要求型砂的透氣率通常稍高些。從附表可以看出較為適當(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。附表中A-2的透氣率實(shí)測結(jié)果竟達(dá)250，上、下型都需噴醇基涂料。另一外資工廠的透氣率不作為控制項(xiàng)目，偶爾測得透氣率大約為200～280。觀察其鑄件表面相當(dāng)粗糙，原因是型砂中混入大量20/40目粗粒潰碎砂芯。實(shí)際上，有很多生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄造廠都遇到潰碎砂芯混入舊砂而使型砂透氣率偏高的問題。C-13的鑄件表面并不粗糙，而測得的透氣率高達(dá)230～240，是儀器的通氣塞孔洞尺寸過大所致。

3、濕態(tài)強(qiáng)度

如果型砂濕態(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)砂型可能承受不住金屬液的沖刷和沖擊，而造成砂孔缺陷甚至跑火(漏鐵水)；澆注鐵水后石墨析出會(huì)造成型壁移動(dòng)而導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)疏松和脹砂缺陷。生產(chǎn)較大鑄件的高密度砂型所用砂箱沒有箱帶，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。擠壓造型時(shí)頂出的砂型要推動(dòng)其它造好砂型向前移動(dòng)，更對(duì)型砂的強(qiáng)度提出了較高要求。但是，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土，不但影響型砂的水分和透氣性能，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。以下文章中各種型砂強(qiáng)度的單位均為kPa，不再逐個(gè)標(biāo)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)度值范圍在130～250之間，集中于180～220。有些日本鑄造工廠對(duì)型砂濕壓強(qiáng)度的要求偏低。除表上所列的豐田上鄉(xiāng)和三菱川崎強(qiáng)度較高以外，很多工廠只有80～180。北美鑄造行業(yè)的型砂強(qiáng)度似乎介于歐洲于日本之間。例如福特汽車廠Cleveland鑄造廠排氣管高壓造型型砂為172，萬國收割機(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、日兩國工廠高的原因之一是由于歐洲鑄鐵用原砂含SiO2較高，型砂中必須加入大量膨潤土才能避免鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤缺陷。我國工廠高密度造型的型砂濕壓強(qiáng)度比較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，高密度造型的濕壓強(qiáng)度大多在120～200范圍內(nèi)，比較集中在140～180。濕壓強(qiáng)度控制值較低的優(yōu)點(diǎn)之一是即使所使用的振動(dòng)落砂機(jī)破碎效果不好，也不致有大砂塊隨鑄件跑掉。而且很多鑄造工廠所選用膨潤土的品質(zhì)較差，寧愿型砂的濕壓強(qiáng)度稍低些，就無需加入大量膨潤土，型砂含水量也可低些。高密度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)度大多在70～130之間，以降低對(duì)鑄件收縮阻力。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)度除代表型砂粘結(jié)強(qiáng)度以外，也還受砂粒之間摩擦阻力的影響，而抗拉強(qiáng)度無此缺點(diǎn)。通常要求濕拉強(qiáng)度>20kPa。但是測定型砂的濕態(tài)抗拉強(qiáng)度必須使用特制的試樣筒和試驗(yàn)機(jī)，所以很多中小鑄造工廠不測定型砂的抗拉強(qiáng)度。有人按照混凝土試驗(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)度的濕態(tài)劈裂強(qiáng)度值。我國幾家工廠的要求在30～50范圍內(nèi)。DISA公司推薦的濕劈強(qiáng)度是30～34，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。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)力而且容易測定。國外設(shè)備公司建議的高密度造型線型砂的濕剪強(qiáng)度值為30～50（剪切力作用在標(biāo)準(zhǔn)試樣的兩端平面上）。A-5實(shí)測為52，B-1實(shí)測為38～55。另一種較新的測試方法，剪切力作用在試樣圓周面上。這種儀器可以同時(shí)測出抗剪強(qiáng)度和剪切斷裂時(shí)的變形量。兩種濕剪強(qiáng)度數(shù)值是一致的。通常生產(chǎn)用型砂的變形量多在0.40～0.70mm范圍內(nèi)。例如A-6測得擠壓造型型砂的剪切強(qiáng)度約為60kPa，變形量約在0.50mm。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，可能造成鑄件的表面粗糙、砂孔、粘砂等缺陷。在有些鑄造工廠中，從起模到合箱之間砂型敞開放置較長時(shí)間，以致鑄型表面水分不斷蒸發(fā)，即“風(fēng)干現(xiàn)象”，可能會(huì)導(dǎo)致表面耐磨性急劇下降。間隔時(shí)間長，天氣干燥，型砂溫度較高時(shí)，風(fēng)干現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。美國Dietert公司推薦利用測定造型性的圓筒篩，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，在震擺式篩砂機(jī)上震動(dòng)60s，以震擺前、后試樣重量的比率稱為“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%。該公司調(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%。我國A-1實(shí)測結(jié)果在70～89范圍內(nèi)；A-4實(shí)測結(jié)果是89.9～90.6%。在濕砂型噴涂表面穩(wěn)定劑或涂料和在型砂中加入淀粉材料都能提高表面耐磨性。為了避免表面安定度試驗(yàn)的試樣在篩上出現(xiàn)不規(guī)則的顛簸翻滾，而使掉落砂量波動(dòng)。清華大學(xué)研制出的耐磨性測定裝置使用鋼絲針布對(duì)試樣施加100g正壓力刷磨表面，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%，天然鈉基膨潤土或鈣基膨潤土8%，α淀粉量0～1%配制型砂，緊實(shí)率按45%控制。不加α淀粉的鈉基膨潤土空白試樣，即時(shí)磨損量約為8g，風(fēng)干2h后磨損量即已增加到40g以上。加入α淀粉1%的鈉基膨潤土試樣即時(shí)磨損量降為0.37g，風(fēng)干2h后磨損量僅約為2g左右。鈣基膨潤土試樣即時(shí)磨損量高達(dá)16g，加入α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有效的膨潤土、煤粉以及無效的灰分組成的。一般型砂比舊砂的泥分含量多出0.5～3.0%。型砂的含泥量直接地影響型砂的各種性能的因素，舊砂的含泥量只是供參考之用。所以應(yīng)當(dāng)以型砂含泥量的檢測和控制為主。附表中含泥量除專門注明外大概都是指舊砂而言。大多數(shù)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、膨潤土和煤粉品質(zhì)不良，舊砂缺乏有效地除塵處理造成的。還有些發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠的型砂出現(xiàn)含泥量過低的現(xiàn)象，是舊砂中混入大量潰碎樹脂砂芯造成的，以致型砂適宜含水量太低，透氣率太高，性能難以控制。一些國外生產(chǎn)鑄鐵件工廠型砂含泥量的情況舉例如下：美國的汽車制造廠型砂含泥量大多較低，例如InternationalHarvester生產(chǎn)拖拉機(jī)缸體的型砂含泥量為9～10%；GMC生產(chǎn)雪佛蘭缸體型砂為9～11%。德國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)車川崎工廠的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%。幾家國外鑄造設(shè)備公司推薦型砂含泥量在10～13.5%范圍內(nèi)。我國幾家外資和合資工廠的含泥量（估計(jì)均為舊砂）在9.5～13%。但有些本國工廠的舊砂含泥量偏高。例如C-8的B&P線––16.7%；北京和山東兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的氣沖線和擠壓線分別為25.8%和28%。山西某紡織機(jī)廠Hunter線達(dá)16～19%。歸納以上的數(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≤9%；理想的舊砂含泥量為8～11%，不應(yīng)≥12%和≤7%。關(guān)于型砂泥分中無效的灰分含量，德國Mettman鑄造廠要求灰分不超過3.0%，國外也有人主張應(yīng)當(dāng)不超過3.5～5.0%。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造過程中部分砂粒可能破碎成細(xì)粉，另一部分可能燒結(jié)成粗粒。粒度較粗的砂芯潰碎后也會(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。因此很多工廠將測定過含泥量的型砂用篩分法測定粒度。國外一般認(rèn)為型砂的粒度分布不可過分集中，最好是4篩分布（停留量超過10%即可算為一篩）。Buhr調(diào)查加拿大鑄造廠鑄件品質(zhì)較好的型砂AFS細(xì)度為50～65（大致相當(dāng)于50/140或140/50目），四篩分布。日本新東公司要求射壓型砂粒度目標(biāo)值為50～60（相當(dāng)于50/100～100/50目）；川崎三菱自動(dòng)車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)58±2（大致相當(dāng)于100/50目）。幾家國內(nèi)外資和合資工廠如A-1工廠洗后粒度48.5～51；A-4實(shí)測型砂去泥后粒度65.2；B-1實(shí)測52～54。經(jīng)驗(yàn)表明發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠型砂粒度接近50/100左右的原因是有大量潰散砂芯混入。造成后果是型砂透氣性可能高達(dá)180以上，砂型表面不噴涂料就會(huì)導(dǎo)致鑄件表面粗糙，甚至出現(xiàn)粘砂。如果粒度過粗，最好加入特定粒度（例如100和140目兩篩砂）的細(xì)粒原砂、或旋流除塵器的砂粒來調(diào)整。還有人提出停留在200目、270目和底盤的微粒含量應(yīng)當(dāng)為3～5%，以便降低型砂對(duì)水分的敏感性。

6、有效膨潤土量

一般濕型鑄造生產(chǎn)中，都是根據(jù)型砂實(shí)測的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度高低補(bǔ)加膨潤土。如果型砂中灰分含量多而含有效膨潤土量不足，也仍會(huì)顯得濕壓強(qiáng)度較高。這種型砂的性能變脆，起模性變壞，透氣性下降，同樣緊實(shí)率下的含水量提高。鑄件容易產(chǎn)生夾砂、沖砂、砂孔、氣孔等缺陷。自五十年代末期起美國有些人陸續(xù)通過大量有關(guān)型砂的濕壓強(qiáng)度、含水量、緊實(shí)率和膨潤土加入量關(guān)系繪制成直線和折線形成的網(wǎng)格圖。后來又將“膨潤土”改稱為較為籠統(tǒng)的“粘結(jié)劑”。從網(wǎng)格圖可得出總的粘結(jié)劑含量稱為可用粘結(jié)劑量(AB)；還又得出型砂中真正起著粘結(jié)砂粒作用的粘結(jié)劑量稱為工作粘結(jié)劑量(WB)。又從網(wǎng)格圖推導(dǎo)出AB和WB的兩個(gè)計(jì)算式。我國有個(gè)別外資鑄造工廠也引用這些計(jì)算式，例如A-2高壓造型用型砂計(jì)算得出：AB=8.1～8.3%，WB=4.3～4.7%。到80年代末期起，美國有人考慮到濕型砂中大多數(shù)含有煤粉，膨潤土含量已超過繪圖時(shí)的5～7%，而且鈉基膨潤土和鈣基膨潤土是按不同比例摻合使用，混碾效率有所提高，所繪制出的網(wǎng)格圖是由極為復(fù)雜的曲線形成的，已不能用簡單的數(shù)學(xué)式計(jì)算出AB和WB。此外，各國的膨潤土和原砂資源各異，更難于簡單地利用前述的網(wǎng)格圖和計(jì)算公式。從上世紀(jì)六、七十年代起，國內(nèi)外大多數(shù)工廠已開始改用亞甲基藍(lán)吸附量檢驗(yàn)型砂的有效膨潤土含量。型砂中最適宜的有效膨潤土含量不僅取決于對(duì)型砂濕態(tài)強(qiáng)度的要求如何，所用膨潤土的品質(zhì)如何，也還受型砂中的膨潤土是否混合均勻的影響。因此各廠型砂的有效膨潤土含量都有相當(dāng)大的差異。例如國外造型機(jī)設(shè)備公司要求高密度造型的型砂有效膨潤土含量6～9%。我國使用一般品質(zhì)膨潤土的本國工廠大多為8～11%，而使用優(yōu)質(zhì)膨潤土的型砂有效膨潤土量可以降低到6～7%。我國膨潤土的品質(zhì)相差懸殊，測得有效膨潤土量（%）并不能直接說明型砂的粘結(jié)強(qiáng)度，不如用吸藍(lán)量表示。例如有的工廠要求高密度型砂的吸藍(lán)量為55～65mL。當(dāng)年作者將亞甲基藍(lán)溶液濃度定為0.2%時(shí)，通常的型砂吸藍(lán)量都不超過40mL。如今高密度造型型砂的亞甲基藍(lán)溶液的滴定量都超過了50mL滴定管的容積。因此，建議可將型砂試料量縮減成2.50g，將測得滴定量乘以2即可得出試料量5.00g時(shí)的滴定量。我國有些外資企業(yè)采用美國AFS標(biāo)準(zhǔn)的亞甲基藍(lán)溶液濃度0.374%，例如A-1靜壓型砂要求吸藍(lán)量為30±1mL，如亞甲基藍(lán)濃度按0.20%計(jì)算，測定出的吸藍(lán)量乘以0.374/0.200，即乘以1.87。要求應(yīng)為54.4～58.1mL。A-7工廠實(shí)測的高壓型砂滴定量為31～33.5mL，如亞甲基藍(lán)溶液濃度按照0.20%計(jì)算應(yīng)為58.1～62.8mL。型砂的有效膨潤土是指全部仍然具有粘結(jié)能力的膨潤土而言。生產(chǎn)用型砂中有一部分膨潤土自己積聚成粘土團(tuán)或砂豆，成為對(duì)型砂不起粘結(jié)作用的“潛在膨潤土”。主要形成原因是型砂制備時(shí)混合不均勻。美國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土利用率，即起粘結(jié)作用的膨潤土占膨潤土總量的比率有多少，認(rèn)為通常在55～65%。A-2計(jì)算得出的混砂機(jī)效率為52.6～56.6%。作者推薦的方法是取鑄造工廠現(xiàn)用的型砂，在實(shí)驗(yàn)室小混砂機(jī)中先將緊實(shí)率調(diào)整成45±2%，測定其濕態(tài)強(qiáng)度。然后每次繼續(xù)混碾1min，同時(shí)補(bǔ)充加水少許以保持型砂緊實(shí)率穩(wěn)定不變，直到濕態(tài)強(qiáng)度不再升高為止，即達(dá)到“峰值強(qiáng)度”為止?；焐皺C(jī)的混砂效率可以按下式計(jì)算：混砂機(jī)的混砂效率（%）=實(shí)際混砂強(qiáng)度/型砂峰值強(qiáng)度×100。

7、型砂的有效煤粉量和灼減量

生產(chǎn)鑄鐵件的濕型砂大多加入煤粉，但是每次混砂時(shí)煤粉的補(bǔ)加量需要靠型砂和舊砂的有效煤粉量差值來確定。因此必須采取既方便、又準(zhǔn)確的檢測方法測定出型砂有效煤粉量。國外靠測定型砂或舊砂的的灼減量(通常簡寫為LOI，美國又稱為可燃物總量)、揮發(fā)分、含碳量，固定碳量等參數(shù)推測有效煤粉量。我國幾家外資和合資企業(yè)的型砂灼減量如下：B-1高壓造型要求4.0～5.5%；A-3的FBM造型用型砂目標(biāo)值為2.5～4.5%；A-7擠壓型砂實(shí)測為4.4～4.6%。A-5的FBM造型和A-4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%。A-1規(guī)定面砂和背砂的灼減量分別為4.10±0.30%和3.80±0.30%，總碳量分別為3.00±0.50%和2.80±0.50%。但是各國規(guī)定的灼減量和揮發(fā)分測試規(guī)范有很大差別，而且都不能明確說明型砂中有效煤粉到底有多少百分?jǐn)?shù)。當(dāng)年作者認(rèn)為煤粉起抗粘砂作用主要靠揮發(fā)分而不是固定碳或灼減量。因而采用反映型砂中揮發(fā)分的發(fā)氣量來測定有效煤粉量。目前有的國內(nèi)工廠沒有發(fā)氣量測定儀器，也使用灼減量估計(jì)型砂中煤粉量。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%，應(yīng)用較高品質(zhì)煤粉的有效煤粉量可降低到4～5%。如果使用高效煤粉只要3～4%即可。目前我國各地銷售供應(yīng)的煤粉品質(zhì)差異較大，有的煤粉中雜質(zhì)甚多，發(fā)氣量較低。高密度造型用型砂發(fā)氣量大體應(yīng)在14～24mL。例如天津某合資廠靜壓線型砂實(shí)測為16mL。有些型砂中還含有淀粉類材料或混有潰散芯砂，也都起抗粘砂作用和發(fā)生氣體，可以和煤粉一并考慮。還應(yīng)注意個(gè)別煤粉是用揮發(fā)分相當(dāng)高的氣煤或長焰煤制成的。配制出型砂的發(fā)氣量雖高但其抗粘砂能力較差，而且鑄件易出氣孔缺陷。因此，用發(fā)氣量控制型砂和舊砂中有效煤粉量的方法適合用于揮發(fā)分28～37%和灰分≤10%范圍內(nèi)的煤粉。國外靠測定型砂或舊砂的的灼減量(簡寫為LOI，美國又稱為可燃物總量)、揮發(fā)分、含碳量，固定碳量等參數(shù)做為推測有效煤粉量的參考。美國鑄造學(xué)會(huì)編著的“型砂試驗(yàn)手冊(cè)”書中規(guī)定將烘干的型砂10g盛入試料瓷皿中，放入馬福爐逐漸升溫至1800F（982℃）保持2h后，稱量并計(jì)算出燒掉或揮發(fā)掉材料占原重量的百分比即為灼減量。揮發(fā)分的測定方法為將50g干燥型砂盛入坩堝中，加蓋后置入溫度已達(dá)900F（482℃）或1200F（649℃）爐中加熱1h后，稱量并計(jì)算出揮發(fā)分的百分比。通常認(rèn)為鑄鐵件濕型砂在649℃時(shí)的揮發(fā)分為1.5～2.5%，982℃灼減量為3.0～4.5%，其有效煤粉量就是在適宜范圍內(nèi)。德國鑄造學(xué)會(huì)規(guī)定的灼減量測定方法是稱取預(yù)先在105℃烘干的試料約5g（精度0.01g），放入經(jīng)過焙燒和稱重的瓷坩鍋中，在850℃的氧化氣氛中灼燒至恒重（至少需3h）。冷卻后稱量和計(jì)算出試料重量減少量占原來重量的百分率。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%。Buhr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。Berndt記述四鑄造廠的灼減量在3.3～4.47%范圍內(nèi)。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%，三菱自動(dòng)車為5.0±0.5%。德國Luitpold生產(chǎn)大眾汽車汽缸體型砂為3.6～4.0%；美國JohnDeere生產(chǎn)缸體和缸頭高壓造型為3.8～4.5%，泵閥用砂為3.0～3.5%；通用汽車公司Pontiac廠型砂則為4.0～4.5%。我國幾家三資企業(yè)的型砂灼減量如下：煙臺(tái)大宇動(dòng)力沖擊造型要求3～5%；山西國際高壓造型要求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)測為4.4～4.6%。天津新偉祥FBM造型和勤美達(dá)擠壓造型的實(shí)測灼減量分別為3.7%和2.0～2.2%，揮發(fā)分為3.06%和0.8%。日本豐田汽車廠要求測定型砂灼減量（1000℃空氣中燃燒1h的減少重量）和固定碳量（灼減量減去1000℃密閉容器加熱3min測得的揮發(fā)分量）。江蘇某日資汽車件鑄造廠規(guī)定面砂和背砂的灼減量分別為4.10±0.30%和3.80±0.30%，總碳量分別為3.00±0.50%和2.80±0.50%。雖然測得結(jié)果很難與有效煤粉含量建立明確關(guān)系，而且測定需時(shí)較長，大約需3h左右，但所需儀器和工具在化學(xué)分析室中都有，仍不失為有效控制方法。

8、熱濕拉強(qiáng)度

國內(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。影響型砂熱濕拉強(qiáng)度的最主要因素是膨潤土所吸附陽離子的種類，其次是膨潤土純度和型砂中有效膨潤土含量。天然鈉土和活化土的熱濕拉強(qiáng)度比鈣基膨潤土高幾倍。然而用碳酸鈉活化鈣土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)形成熱粘砂。我國常用鈣土的極限活化量是碳酸鈉加入量4～5%。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。美國汽車鑄鐵件工廠考慮到混砂、造型和落砂的需要將懷俄明天然鈉土和美國南部鈣土比例按2:1摻合應(yīng)用；生產(chǎn)小鑄鐵件所用膨潤土按1:1比例摻和。相當(dāng)于在我國將鈣土的碳酸鈉加入量分別為極限活化量的67%和50%左右。在歐洲，普通鑄鐵件高密度造型用型砂的熱濕拉強(qiáng)度大約為1.5～2.5kPa，對(duì)于較敏感的鑄件可能要求>2.5kPa。例如，德國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2.8kPa。Hofmann實(shí)測五家使用氣沖造型機(jī)鑄造廠的型砂為1.35～3.7kPa。DISA公司推薦擠壓造型用型砂的熱濕拉強(qiáng)度應(yīng)>2.0kPa。我國鑄鐵生產(chǎn)所用原砂的SiO2不高，型砂中還加入了煤粉，生成的熱壓應(yīng)力較低，可放寬對(duì)熱濕拉強(qiáng)度的要求。幾家生產(chǎn)汽車和柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠的型砂熱濕拉強(qiáng)度大多在1.6～3.0kPa之間。也有些生產(chǎn)形狀簡單小件、薄壁件的工廠只從是否生成夾砂缺陷考慮，型砂熱濕拉強(qiáng)度極低，例如山西某紡織機(jī)械廠的Hunter造型機(jī)用型砂的熱濕拉強(qiáng)度只要求>0.9kPa，僅只使用鈣土似乎已然足夠。但是高密度造型還考慮到鈉土和活化土的熱穩(wěn)定性高和不易燒損，應(yīng)當(dāng)使用適當(dāng)活化的膨潤土。

9、型砂韌性和起模性

9.1型砂韌性型砂應(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)均勻程度。強(qiáng)度代表將物體破壞所需施加的力大小如何；而韌性代表的是將物體破壞所需做的功大小如何，它包含了強(qiáng)度和變形量兩種參數(shù)。早年美國有人曾用下列公式似地計(jì)算使試樣破碎所做的功來表示韌性：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。但靠眼睛觀看試驗(yàn)機(jī)上附帶千分表是不可能準(zhǔn)確讀出達(dá)到強(qiáng)度最大值時(shí)的變形量。60年代末期美國Dietert等人研制出落球式破碎指數(shù)測定儀，用來檢測型砂韌性。我國仿制的儀器存在網(wǎng)孔寬度稍窄和鋼球滾落篩網(wǎng)上等問題。儀器工廠為防止鋼球滾落而震碎砂塊，將具有三根直立細(xì)鋼絲的鋼環(huán)套在鐵砧上來防止落下的鋼球滾動(dòng)。雖然尚無有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但不失為良好的解決方案。清華大學(xué)的研究表明，將網(wǎng)孔中心尺寸由10mm增大到12.7～14mm，則可使常用型砂破碎指數(shù)的變化范圍擴(kuò)大一倍以上。將砧座厚度減薄到不超過3mm，注意調(diào)整測定儀的垂直度，不加鋼絲也可以防止鋼球滾落到篩網(wǎng)上。幾家國內(nèi)鑄造廠高密度造型的型砂破碎指數(shù)大多集中在75～85%范圍內(nèi)。9.2起模性型砂的起模性指的是起模時(shí)砂型的棱角、邊緣和砂臺(tái)不破碎的性能。當(dāng)型砂的膨潤土量、緊實(shí)率、糊精加入量等有利于起模的參數(shù)提高時(shí)，試樣的破碎指數(shù)也隨之提高。但是砂型的緊實(shí)程度越高就越難起模，而型砂的破碎指數(shù)仍隨緊實(shí)程度提高。因此破碎指數(shù)不能完全代表砂型的起模性。型砂的起模性是一個(gè)綜合復(fù)雜的特性，假定模樣的材質(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、是否形成真空等因素都不變，則砂型的起模難易除了取決于型砂抗拉、抗剪強(qiáng)度和韌性以外，也還取決于型砂的變形量和砂型與模樣間的摩擦阻力和粘附力。9.2.1變形量手工造型起模前在圍繞模樣的砂型棱角上刷水，雖然使局部的砂型各種強(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。因而型砂破碎前的變形量也是表達(dá)型砂起模性能的重要參數(shù)。清華大學(xué)新研制的剪切強(qiáng)度與變形測定儀和氣動(dòng)濕壓強(qiáng)度儀是由壓力傳感器、位移傳感器、微型計(jì)算機(jī)和打印機(jī)組成的。不僅能夠用液晶顯示試樣的強(qiáng)度，而且能夠精確記錄下型砂試樣破壞時(shí)的變形量。也還可以推算出型砂的韌性。9.2.2試樣頂出阻力在液壓式強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上安裝一個(gè)附加裝置，測定使型砂試樣在試樣筒中受頂推作用而開始移動(dòng)的力稱為頂出阻力，它是起模時(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)研究表明型砂的膨潤土含量對(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。研究結(jié)果還表明，型砂中加入糊精或α－淀粉可使型砂對(duì)模樣的摩擦阻力極為減小到原來的1/3～1/2，對(duì)起模尤其有利。

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。型砂在外力作用下質(zhì)點(diǎn)可以自由地越過模樣的邊角，通過狹窄縫隙和孔洞的性能稱為流動(dòng)性。具有良好可緊實(shí)性和流動(dòng)性的型砂能保證高密度砂型的硬度分布均勻，棱角、凸臺(tái)清晰無疏松，鑄件表面光潔和無局部機(jī)械粘砂。然而各種不同緊實(shí)方法所要求的可緊實(shí)性和流動(dòng)性都有不同，至今沒有標(biāo)準(zhǔn)測試方法。本文僅介紹幾種使用稍多的試驗(yàn)方法如下：10.1試樣硬度差法Kyle提出將型砂過篩使它均勻分散，稱取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)測量試樣兩端的硬度。硬度差別越小，說明其可緊實(shí)性越好。10.2試樣沖擊阻力法將沖擊Φ50×50mm標(biāo)準(zhǔn)試樣所需型砂量置入試樣筒中，放到制樣機(jī)下用重錘沖擊。第三次沖擊前后的試樣高度差（mm）越小，表示沖擊阻力低。這就是日資鑄造工廠所測定的型砂“抗縮值”。A-1要求面砂抗縮值為1.30±0.15mm；A-3實(shí)測為1.1～1.2mm。10.3階梯試樣硬度差法在圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣筒中放置高度為25mm的半圓形金屬塊。將110～120g型砂放入試樣筒中，用制樣機(jī)沖擊三次。測定試樣筒底蓋端面和金屬塊端面的試樣硬度。二者的硬度值差別越小，說明型砂向空隙中移動(dòng)的流動(dòng)性越好。10.4環(huán)形空腔法為GF公司型砂儀器中一種測定型砂流動(dòng)性的附件。先將型砂沖制成圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣，并稱量其重量。再按此重量稱取型砂，置入專門的環(huán)形空腔試樣筒中，在制樣機(jī)上沖擊3次。測量試樣的高度，高度越小，表示型砂向側(cè)面空腔的流動(dòng)性越好10.5試樣重量法①稱量測定型砂緊實(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，可稱為松散流動(dòng)性。將緊實(shí)率試樣重除以試樣筒容積235.62cm3可得型砂的堆密度，德國Rexroth要求堆密度為0.86～0.94g/cm3。②稱量Φ50×50mm標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣的重量，可反映不同型砂在緊實(shí)過程中的可緊實(shí)性。德國Rexroth公司規(guī)定為148～150g。我國A-5規(guī)定為145～155g；A-7實(shí)測為144～145g；B-1實(shí)測147～148g。如果標(biāo)準(zhǔn)試樣重量較低（例如C-8只有135g），估計(jì)其原因是型砂中灰分過多。濕型砂的流動(dòng)性和可緊實(shí)性除了受緊實(shí)率影響外，原砂的顆粒形狀對(duì)型砂也有明顯影響。如果濕型砂的膨潤土含量和緊實(shí)率不變，用橢圓形內(nèi)蒙砂混制型砂的標(biāo)準(zhǔn)試樣重量比用方角形新會(huì)砂大約重10g左右。A-3用內(nèi)蒙砂替代福建砂后發(fā)現(xiàn)不但型砂流動(dòng)性提高，而且含水量也有下降。型砂經(jīng)過松砂處理可以減少團(tuán)塊和提高可緊實(shí)性。提高型砂的膨潤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。

結(jié)束語

以上各段所述的高密度砂型的型砂性能是生產(chǎn)高品質(zhì)鑄件需要控制的項(xiàng)目。具體的檢測技術(shù)可按照專門的標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等資料。為了準(zhǔn)確反映型砂的真實(shí)性能和及時(shí)得到控制，鑄造工廠的型砂實(shí)驗(yàn)員應(yīng)當(dāng)親自按規(guī)定頻率取樣，然后進(jìn)行檢驗(yàn)，隨時(shí)記錄測定結(jié)果。用圖表繪制出每日各種性能的變化趨勢(shì)圖。如有特殊情況就可立即采取相應(yīng)措施。高密度砂型的型砂檢測頻率可以分為以下三類：①隨時(shí)性檢驗(yàn)：為一日之內(nèi)多次檢驗(yàn)的項(xiàng)目，包括緊實(shí)率、含水量、透氣性、濕壓強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)試樣重量。一個(gè)具有良好舊砂冷卻和混砂濕度自動(dòng)控制設(shè)備的工廠，鑄件厚薄和砂芯數(shù)量相近或者能夠合理搭配的條件下，型砂隨時(shí)性檢測頻率每班兩次可能已夠。否則可能需要每班檢測4次以上。②逐日性檢驗(yàn)：為一天或兩三天檢驗(yàn)一次的項(xiàng)目，包括有效膨潤土量、有效煤粉量、熱濕拉強(qiáng)度、韌性。③周期性檢驗(yàn)：為一兩周檢驗(yàn)一次的項(xiàng)目，包括含泥量、型砂粒度、團(tuán)塊量。2100433B

高密度造型方法對(duì)濕型砂性能的要求較普通的機(jī)器造型更高。作者在文章中分別說明了高密度型砂的緊實(shí)率、含水量、透氣率、濕態(tài)強(qiáng)度、含泥量、粒度、有效膨潤土量、有效煤粉量、韌性、起模性、流動(dòng)性、可緊實(shí)性等性能對(duì)鑄件品質(zhì)的影響和控制范圍。為此，作者還用附表中的工廠實(shí)際情況作為例證。在本文的最后還提出獲得品質(zhì)優(yōu)良型砂的條件。

中文名稱

砂箱墩

英文名稱

block with sand box;sand block

定　　義

由墩木和帶有活門的砂箱組成，船舶下水時(shí)開啟砂箱活門可使砂迅速流泄，墩面下降的墩。

應(yīng)用學(xué)科

船舶工程（一級(jí)學(xué)科），船舶工藝（二級(jí)學(xué)科）

砂箱里裝有精選的工程砂，砂箱底部設(shè)計(jì)有漏砂孔，當(dāng)需要拆除支架時(shí)，只要把砂箱中的砂子放出，貝雷梁就被緩慢的下落。事先設(shè)計(jì)好需要下落的高度，比如是30cm，就需要在砂箱中預(yù)存30cm的壓實(shí)砂子。這樣說不知道你是否明白？其實(shí)砂箱的制作很簡單。就是一個(gè)鋼管套箱，底部裝有卸砂孔，鋼管箱中裝著砂子，上部壓重頂著來自梁體混凝土荷載。

消失模鑄造用砂箱是在消失模鑄造過程起著非常重要的一環(huán)。箱體采用鋼板、槽鋼、不銹鋼網(wǎng)及柵條等組合成形，外觀大方，經(jīng)久耐用。

砂箱是消失模鑄造生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)不同用途分為復(fù)雜砂箱和簡易砂箱等。復(fù)雜砂箱能使鑄件在砂箱內(nèi)抽真空時(shí)達(dá)成最合理的負(fù)壓場，使?jié)沧⒌臐M箱鑄件成型良好，沒有缺陷。對(duì)于一些形狀簡單，澆注時(shí)負(fù)壓場的均勻度要求不高的鑄件，可以采用簡易砂箱；主要根據(jù)客戶實(shí)際情況設(shè)計(jì)。

消失模鑄造用砂箱里層要求透氣要好，外層要求密封要好，特殊的要求使得它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，制作麻煩，只要有地方稍微馬虎，生產(chǎn)的砂箱投入生產(chǎn)后，生產(chǎn)的鑄件會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題，比如塌箱，氣孔，縮松等等，所以，砂箱也是消失模鑄造設(shè)備中關(guān)鍵的設(shè)備之一。

砂箱根據(jù)大、中、小型鑄件的生產(chǎn)有所不同，適合多模型組合，一個(gè)優(yōu)秀的砂箱可以提高鑄件成品率，提高了生產(chǎn)效率，降低鑄件制造成本。2100433B