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翻砂铸造工艺解析


  由于各铸造厂砂处理系统安排不同,选用的设备也不一样,要想拟定一套通用的控制办法是做不到的。这里,打算提出一些目前已被广泛认同的控制要点。各铸造厂认真地理解了这些要点之后,可根据自己的具体条件确定可行的控制办法。而且,还要随着技术的进步和工厂的实际能力(包括人员和资金)不断改进对型砂系统的控制。
    一.旧砂的处理

     用粘土湿型砂造型,浇注以后,除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外,大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。

   配制粘土湿型砂时,旧砂用量一般都在90%以上,如果对旧砂的处理不当,无论怎样加强混砂,无论添加什麽辅助材料,都不可得到好的型砂。所以,对旧砂进行有效的处理,是保证型翻砂铸造质量的前提。

  1.旧砂温度的控制

   热砂问题,已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高,铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。热砂对铸件质量的负面影响,主要由于以下几个方面:

  ·由于热砂使水分蒸发,混砂时无论怎样注意,也难以控制型砂的性能;
  ·将热型砂送往造型机的过程中,由于水份损失,型砂性能改变,造型时实际上用的型砂,其性能与混砂时控制的性能差别很大;
  ·造型时,热型砂的水分容易在模样表面上凝结,型砂粘模;
  ·合型后,热砂的水分蒸发,凝结在冷的芯子上,会使芯子的强度降低,铸件也易于产生气孔;
  ·如果旧砂要贮存在砂斗中备用,则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时,砂斗四周堵满了型砂,只剩中间一个孔洞,使系统中的型砂只有一部分周期使用,这部分型砂周转快、温度又会进一步提高,使热砂问题更加严重。

  多高温度的砂算是热砂?判断热砂的温度界限,是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面出现问题。对此,许多研究者从个方面进行了研究;有人研究了型砂温度对其性能稳定性的影响;有人研究了温度对膨润土-水系统流变性的影响;有人研究了型砂温度与铸件质量的关系。各方面的研究,得到了一致的结论,即:为保证型砂的性能稳定,温度应保持在50℃以下。

  使型砂冷却,最有效的办法是加水,但是,简单的加水,效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发,才能有效地冷却。

  以下,给出一个简略的计算比较:

  型砂的比热大致是:9.22×102J/kg·℃,
  水的比热是:4.19×103J/kg·℃,
  水的蒸发热是:2.26×106J/kg,
  1吨砂中加20℃的水10kg(加水1%),使其温度升到50℃,所能带走的热量为4.19×103
  ×10×30,即12.57×105J。
  1吨砂温度降低1℃,需散热9.22×102×1000 J,即9.22×105 J。

  所以,在旧砂中加水1%,只能使温度降低24.5℃。

  使1吨砂中的水分蒸发1%(10kg),能带走的热量为2.26×107J,却可使砂温降低24.5℃。

  以上的分析表明:简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水,冷却效果是很差的。即使加水后向砂表面吹风,也不能有多大的改善。加水后,要使水在型砂中分散均匀,然后向松散的砂吹风,使水分迅速蒸发,同时将蒸汽排除。

  目前,型砂冷却装置的品种、规格很多,主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等,都是利用水分蒸发冷却型沙。其中,冷却沸腾床效果较好。

  2.旧砂的水分控制

  几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分,但是,对于严格控制旧砂水分的重要性,很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。

  进入混砂的旧砂水分太低,对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。

  试验研究和经验都已证明,加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难得多。型砂中的膨润土和水,并非简单的混在一起就行,要对其加搓揉,使之成为可塑状态。这就像用陶土和水制陶器一样,将水和土和一和,是松散的,没有粘接能力;经过搓揉和摔打,使每粒土都充分吸收了水分,就成为塑性状态,才可以成形,制成陶器毛坯。

  铸型浇注以后,由于热金属的影响,很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了,加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低,在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的,旧砂的水分越低,混成砂的综合质量就越差。目前,各国铸造工作者已有了这样一种共识:进入混砂机的旧砂,水分只能比混成砂略低一点。

  较好的做法是:在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样,从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间,水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。

  更好的做法是:在系统中设混砂机对旧砂进行预混,冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混,以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国外,有的铸造厂预混时,将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。天津的新伟祥铸造公司,用德国制造的EiRich混砂机预混。经过预混的旧砂,进入混砂机后加水量很少,只是略微调整。型砂中的膨润土和水在混砂机进一步得到调制,型砂的性能就更为稳定一致。

  3.翻砂铸造中的旧砂的粒度
 
  对于用粘土湿型砂制造的铸铁件,型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上,决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少,不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以,应该经常检测旧砂的粒度。

  在翻砂铸造过程中检测粒度时,取样后先清洗除去泥分(可用测定含泥量时剩下的砂样),烘干后筛分。

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