淺談粘土濕型砂性能指標及科學管理

譚博文

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州 545005）

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

1 生產情況

本車間為生產微車發動機缸體的鑄造車間，鑄鐵牌號HT250，年產量為35萬件，車間砂處理工部配置迪砂高速轉子混砂機一臺，雙盤冷卻器一臺，SC在線檢測儀，BMD氣沖造型。為保證型砂性能的穩定，對型砂的各項性能指標定期進行檢測，其工藝要求及檢測頻率如表1所示。

表1 型砂工藝要求及檢測頻率表

由于型砂性能指標數據繁多，給控制型砂性能帶來諸多不便，因此車間采取的辦法，是將每天檢測的數據（大概20組）求取平均值，繪制出各項指標的趨勢圖，這樣就可以清晰地了解各項指標的變化情況，對型砂的性能有一個更直觀的認識，對我們作出正確的控制措施，提供了更好指導思路。下面通過2010年9月的數據，來進一步說明（各項指標均是2010年9月的統計數據）。

2 緊實率和含水量

從圖1、圖2可以看出，含水量和緊實率的變化趨勢是一樣的，這和理論上是契合的，一般來講，緊實率=（10～12）×含水量，緊實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，因為在檢測結果是在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，所以只有緊實率，能真實反映型砂的水分。另外，還要指出一點，圖中的水分和緊實率，均處于工藝范圍的下限，這是由于我車間生產的鑄件為發動機缸體鑄件，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，相應的型砂水分也就偏低了。

圖1 緊實率

圖2 含水量

3 含泥量、有效土和灼減量

含泥量的專業定義，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量有效煤粉含量的，也有廠家通過測定發氣量來反映）；

（2）無效組分——經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。在生產中，這部分無效成分是必不可少的，其可降低型砂對水的敏感性，否則加入很少量的水，都將引起強度的劇烈變化；但無效成分也不可過多，過多將導致透氣性下降，型砂變脆，起模性能下降，致使鑄件氣孔缺陷增多。生產中最有效的辦法，就是作好抽風除塵的措施，同時加強對原材料品質的控制，選用優質的膨潤土、煤粉，以及含泥量低的原砂。

膨潤土和煤粉的補加量，與澆注溫度、鑄件結構復雜程度、膨潤土煤粉的品質、砂鐵比息息相關[1~2]，車間生產的鑄件為微車發動機鑄件，凈質量相對較小，并且砂箱較大，砂鐵比為7：1，經測量，膨潤土燒損為0.5％，煤粉燒損為0.13％，補加量相當之少，這與我們的砂鐵比大、選用優質的膨潤土和煤粉有很大的關系。燒損少，就意味著型砂里面的無效灰分少，這對型砂性能和鑄件品質將起到很好的幫助，所以選用優質的原材料將至關重要。

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，要兼顧鑄件是否產生機械粘砂，在保證不產生機械粘砂的前提下，透氣性越高越好。

圖6所示為2010年9月型砂透氣性的趨勢圖，圖中反映型砂透氣性整體低于150，而根據我們以前的經驗，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，加之我們的生產的發動機鑄件使用很多的覆膜砂砂芯，而且數量相當多，砂芯的粒度對型砂的粒度組成將產生很大的影響，所以必須保證覆膜砂的粒度和型砂的粒度要匹配。通過檢測覆膜砂的粒度組成，證實了我們的猜測，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 濕壓強度和濕劈強度

濕壓強度，反映的是膨潤土的粘結能力，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，模具在起模時往往受到的是拉力，因此必須配合抗拉強度、抗剪強度，我們的做法是采用濕劈強度，其能綜合反映砂型的抗壓、抗拉性能[3]。同時，粘土濕型砂有一個特性必須注意，就是在型砂反復循環的過程中，砂粒表面的膨潤土逐漸燒結成陶瓷玻璃態物質，循環次數越多，這層物質就越厚，我們稱之為“魚卵層”。當“魚卵層”較厚時，濕壓強度會呈現出高的假象，而濕劈強度對此則比較敏感（如圖8），通過兩項指標的高低和變化趨勢，可以很好地反映型砂的綜合性能。

圖7 濕壓強度

圖8 濕劈強度

所以，每隔一段時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，當然，混入的芯砂也能起到新砂沖淡灰分的作用。

6 平均細度（AFS）

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

圖9 平均細度

7 結束語

通過對粘土濕型砂性能指標進行科學的管理，采取繪制趨勢圖的方式，對型砂性能有了很好的掌控，以上僅僅是一個月的數據，如果數據更多、時間更長的話，效果將更加明顯。

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

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

[3]于震宗：對濕型砂性能檢測技術的幾點評論[J].鑄造工程·造型材料，2002，（2）：4-6；（3）：22-24.

[4]石德全，等.鑄造手冊造型材料分冊[K]，北京：機械工業出版社，2002.