型砂在自動化造型中的質量控制

紀昌勇、許愛國、張中凱、張明和、陳爾軍、許亞磊

型砂在自動化造型中的質量控制

紀昌勇、許愛國、張中凱、張明和、陳爾軍、許亞磊

1. 概述

近幾年來，隨著計算機自動化控制在鑄造中的廣泛應用，尤其是造型工序自動化水平更是發展迅速，這種快速發展的自動化造型對于型砂質量要求也越來越嚴格。因此，無論是樹脂砂還是粘土砂在自動化控制上也要求越來越高，通過微機自動化控制能夠滿足型砂的一致性、穩定性。目前，國內引進國外發達國家的自動化造型設備比較多，自動化控制的功能也比較齊全，但是在實際應用的過程中，只重視了設備的先進自動化，在砂處理工藝上還是固定在手工操作的范圍，從而雖然有高性能的自動化砂處理設備，但是并沒有得到高性能的型砂質量。如果忽略了配套砂處理工藝控制這一重要環節，不能夠為自動化造型提供符合要求、質量穩定的型砂，就不能使其自動化水平得以發揮，這點又往往是國內眾多鑄造企業常忽視的地方，也是造成自動造型線運轉率不高的一個重要制約因素。本文根據粘土砂水平分型無箱擠壓造型線對型砂性能的質量要求進行了剖析。

2. 自動化造型對型砂質量的性能要求

（1）型砂質量的性能要求 見表1。

（2）膨潤土補加量見表2。

具體膨潤土補加量可以根據砂鐵比計算，計算公式如下：

M= m1δ1+m2δ2

式中M——膨潤土補加量（kg）；

m1——舊砂重量（kg）；

δ1——與砂鐵比有關的系數；

m2——新砂補加量；

δ2——與新砂AFS有關的系數，一般取6%即可。

（3）煤粉補加量煤粉補加量一般根據鑄件復雜程度和大小來調整，基本上是在膨潤土補加量的50%～70%范圍內調整。

3. 生產現場如何來具體控制型砂混制質量

在粘土砂造型中，型砂混制質量控制最簡便易行、效果明顯、經濟實用的方法就是測定“緊實率”。我公司對緊實率的測定目前是通過型砂在線檢測儀，測定混制型砂的緊實率。有的公司沒有型砂在線檢測儀，是通過控制型砂中的含水量來控制型砂質量的，這種含水量的測定，往往受型砂溫度的影響較大，型砂溫度超過40℃時，型砂混制完成后，尤其是冬季，在型砂到達造型機上方水分流失嚴重，因此測定含水量誤差較大。

表1

下面是我公司的一個生產應用實例：

采用的混砂機是常州市法迪爾克粘土砂機械有限公司生產的MXC80變頻冷卻混砂機，型砂質量采用RTC106型砂在線檢測儀全自動控制，每混碾一次都要多次檢測緊實率，根據檢測到的待混砂子緊實率自動調整控制加水量，滿足型砂設定的質量參數時才能出砂。

混制工藝：加砂和輔料干混5～10s→加水濕混90～120s→卸砂。

（1）每次加砂量（例如：3.5t或4.0t）以及膨潤土24kg、煤粉15kg、舊砂水分穩定的情況下，初次加水也穩定，以后加水根據檢測到的緊實率進行自動調整。然后，根據要求應達到的緊實率預設加水量（在掌握回用舊砂含水量的前提下），沒有定量基準就得不到可靠的對比數值，不能“砂干了加水，水多了加砂”，這樣沒有定量基準，就永遠找不到規律。

（2）為了能掌握好混砂時的加水量，一定要注意回用舊砂和新砂中的 “預檢測”工作。表3是對舊砂和回到砂處理中的粉塵的一個檢測報告。

此次試驗數據表明：

①舊砂水分為0.7%，太低了，一般情況應保證舊砂水分足夠，以有利于舊砂中膨潤土塑性的恢復。因此應注意增濕補水，采用多點補水的方式比較好。

②型砂粒度分布不太合理，一般調整到3篩或4篩砂，并且主峰篩砂量不要超過40%，相鄰篩砂量相差10%～15%，否則型砂在緊實的時候摩擦力較大，且砂型的密度會較低，再者砂型的熱導率也會受影響。

③灼燒減量太高了，覆膜砂砂芯混到型砂中的量過大，因此應盡力去除芯砂并加大新砂補加量進行沖淡，將灼燒減量控制在5.0%以內。

④型砂的熱濕拉強度是偏低的，對較大鑄件的品質有很大的影響。當然影響型砂熱濕拉強度的因素較多，比如：膨潤土的類型和加入量的多少、砂粒的細度和粒度分布、緊實率、以及混砂機的好壞等，應根據具體情況采取相應措施，提高型砂熱濕拉強度。

⑤型砂經磁選后殘留鐵含量1.5%偏高，宜控制在1.0%以下。

⑥粉塵數據反映該處除塵是有點過度的，可以適當地調小該處除塵口。

針對這一情況，為了滿足型砂質量要求進行調整，見表4。

其一，目前型砂的粒度分布不太好，70目與100目的落差過大，140目的含量偏少，會影響型砂的合理鑲嵌，降低型砂的密度，降低型砂的韌性，易導致機械性粘砂。

表2

表3

通常型砂的粒度分布要求主峰篩70目含量不要超過40%，

與其相鄰的篩號要有10%～15%的落差分布，140目6%～12%，200/270/底盤3篩含量之和為3% ～5%，底盤含量小于1%。

其二，灼燒減量5.4%，還是偏高的，應注意增補新砂進行沖淡，控制在5.0%以下為宜。

通過對舊砂和粉塵的檢測，不難看出：在舊砂中由于復用次數較多以后，舊砂在除塵過程中帶走大量的微小砂粒，造成粒度分布不合理。覆膜砂砂芯混到舊砂中直接造成灼減量高，要想獲得高性能質量穩定的型砂，必須補加足量的新砂。

表5是使用的膨潤土檢測數據，表6是鑄造測試結果，表7是煤粉檢測結果。

4. 膨潤土加入量對型砂的質量影響

試驗前后平均每碾膨潤土補加量的變化曲線如附圖所示。

由附圖可知：

（1）試驗前隨氣溫和砂溫的上升，膨潤土的消耗量呈明顯的上升趨勢。由此我們選氣溫較為接近的一周的數據進行對比分析，即取4月18～24日共一周的數據代表膨潤土消耗量。

（2）4月25日開始使用唯科膨潤土后，膨潤土補加量逐步減少。因試驗開始一周為膨潤土替換過程，數據不具代表性，并且替代過程中補加量一直呈下降趨勢（這點從圖中的折線可以明顯看出），這樣我們取試驗結束前最后一周的數據作為代表，即取5月11～17日的數據代表唯科膨潤土的消耗量。

（3）5月17日試驗結束后，膨潤土逐步替代唯科膨潤土，加入量逐步上升，因此截取最近的一周數據作為膨潤土的代表數據，即截取6月5～11日共一周的數據。

因每日的平均每次混制砂量并不相同，使用補加比例進行比較將最有代表性。根據以上分析，計算兩種膨潤土平均補加量見表8、表9、表10。

表4

表5　膨潤土的檢測報告

表6　鑄造測試

5. 結語

總之，如果要想得到性能優良穩定的型砂來保障自動化造型，必須首先保證砂處理系統的先進穩定，其次保證舊砂質量穩定，滿足要求；再次是優質造型輔料，如膨潤土、煤粉等。一套好的砂處理系統，不僅要有高效穩定的混砂機，保障型砂質量穩定的在線檢測裝置，而且還要選擇質量好且穩定的膨潤土、煤粉等各組分輔料。只要控制好型砂質量，自動化造型線就能夠高效穩定地發揮作用。

表7　煤粉檢測結果

表8　試驗前原膨潤土補加比例

表9　試驗階段唯科膨潤土補加比例

表10　試驗后唯科膨潤土補加比例

膨潤土補加比例變化曲線

20150118

作者簡介：紀昌勇、許愛國、張中凱、張明和，山東時風（集團）有限責任公司。陳爾軍，唯科中國。許亞磊，常州法迪爾克粘土砂鑄造機械有限公司。