濕砂造型

濕砂造型是一種簡單和最重要的生產鑄件的方法。任何一種濕砂造型法的成功在很大程度上取決於型砂的不斷重用和能保持其性能。當然，型砂的冷卻也是很重要的。濕砂造型的特點是脫模性能優越，適用於因油污和粉塵等污染的部位，有利於模型的清潔及洗淨。

基本介紹

• 中文名：濕砂造型
• 外文名：Wet sand molding
• 特點：脫模性能優越
• 背景：在惡劣的造型環境下
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉

簡介

濕砂造型仍然是一種簡單和最重要的生產鑄件的方法。任何一種濕砂造型法的成功在很大程度上取決於型砂的不斷重用和能保持其性能。當然，型砂的冷卻也是很重要的。

一般性能

冷砂必須滿足許多要求：

1.必須是能流動的，足以在模型周圍緊實。

2.必須有足夠的塑性變形，以避免起模時開裂。

3.必須有足夠的強度，使起模後的鑄型能承受自身重量而不變形。

4.必須有足夠的濕強度，使鑄型在澆鑄時能承受熔觸金屬的壓力。

5.必須有足夠的乾強度，以防止澆鑄過程中受熔融金屬的侵蝕。

6.必須是耐熔的，足以能經受高溫而不熔化或熔入鑄件。

除耐熔性外，其它性能取決於型砂中矽性粘土的量和水份。

砂通常主要是由SiO₂組成的，SiO₂的熔點約為1700℃，但也可能存在相當數量的低熔點礦物質，這種低熔點物質引起砂粒燒結。

燒結溫度由於低熔點殘餘物的聚集而降低。鑄造人員應當了解澆包表面的熔渣（據英國鑄鐵研究協會稱，主要是富錳矽酸鹽）、海運煤煤灰一、芯砂中的氧化鐵、陽離子交換粘土中的過量碳酸納和CO₂/矽酸鹽型芯中的水玻璃殘渣等生成物。

膨潤土

鑄造用的粘土，不管其類型，均是含水的鋁—矽粘土。它們在濕態下具有內聚力和塑性，而當乾燥時，則有高的強度。膨潤土有兩種：一種是鈉基或西部膨潤土，另一種是鈣基或南部膨潤土。

鈉基膨潤上與水混合時體積可增加10-20倍。它們在濕砂中的主要特點是乾強度高，可減少浸蝕的危險;水份允許範圍比其它類型的粘土寬，以及能減少粘土消耗和高抗熔蝕性。

鈣基膨潤上與水混合時不膨脹或形成疑膠。用蘇打灰（碳酸鈉）進行化學處理，其性能實際上被改變成鈉基膨潤上。這種稱為“活化”的處理使不膨脹的膨潤土變為具有接近於天然鈉基膨潤土性能的膨脹膨潤土。

蘇打活化粘土被廣泛用於黑色和有色金屬鑄造中。它們具有高的濕強度、寬的造型性範圍、中等乾強度和良好的抗粘砂和抗脹砂能力。

摻和膨潤土是一種新進展，這包括將鈣基或鈉活化的膨潤土摻入鈉基膨潤土。據英國鑄鐵研究協會稱，象高壓造型系統那樣需要用高粘性粘土以生產低水份肥砂時，就要採用摻和膨潤土。

高溫耐久性好意味著回收砂中的補充添加劑量低和產生的枯粘土最少。然而，在採用高幹強度的摻和粘土之前，重要的是要考慮落砂設備能否處理高強度的鑄型。

型砂製備

金屬澆入鑄型時發生一些變化：

1.游離水被驅出，它不是冷凝在鑄型較冷的部位就是以蒸汽的形式排入大氣中。

2.揮發物從海運煤及其代用品之類的有機材料中排出。

3.當溫度超過600℃時，化合水就從粘土粘結劑中排出，當部分鑄型溫度達到800℃時，所有粘土失去其化合水。

這些變化迫使型砂再用於造型前要補充水、有機添加劑和粘土。型砂重用開始於落砂業要滿足一些條件：用捕塵器去除型砂中的細粒，破碎砂粒，去除雜質和金屬粒，初步冷卻和均勻化。

混砂的概念已有改變，特別是大多數鑄造廠均採用快速粘結粘土的複合（合成）砂以來更是如此。棍砂機的類型也已改進，許多金屬鑄造廠都使用高強度類型的混砂機，這類機器沒有輾輪，而是依靠單獨驅動的底盤、轉輪和刮板，據說操作簡便，停機時間少。

其它類型的棍砂機一般有立式輾輪和刮板式或臥式操作的輾輪。兩台普通的棍砂機組合就可進行連續混砂。由於刮板葉片和輾輪經常需要調整，所以混砂機和所有輔助設備應當進行定期的計畫維修。

乾透的材料應在一台鑄造混砂機中混合，要避免偏拆以及重粘土粘結砂的過混。型砂水份是最重要的變數，因為所有性能都取決於它。

造型原則

一台造型機必須依次完成兩種操作，首先是搗實，繼之是使模型與搗實（緊實）的型砂分離。機器造型比手工造型有某些優點：

1.鑄型密度更均勻；

2.生產率提高；

3.再生產性更一致；

4.能制出各種澆冒口和內澆道；

5.鑄件形狀尺寸更精確。

壓實造型機利用壓力緊實型砂。施加的壓力通過壓頭或壓板把型砂壓向模型。造型壓力受造型機活塞直徑和許用空氣壓力所限制。

壓頭的造型力分布於砂箱上部整個壓實區。雖然造型力對一定的造型機和空氣壓力幾乎是固定的，但砂箱尺寸則可改變。

隨著半型深度的增加，單靠給定的壓力進行壓實造型幾乎是無效的，因為型砂相當於固體顆粒的一種塑性聚集體，施加於砂箱上的型砂的大部分能量由於摩擦而被吸收，僅有部分被傳遞。

震實造型機帶有模型、砂箱和型砂的工作檯，由氣動活塞升起，並可在重力作用下降落。這種方法制出的鑄型通常型砂與模型的界面處比較緊實、

震實的效率隨降落高度和砂箱中型砂的深度而不同。震實造型機的極限能力就是震擊缸能夠升起和下降的總重量。型砂重量約為90-100磅/英尺。

震壓造型機是利用震實和壓實以緊實型砂的，研究了採用各種緊實動作對機器造型中型砂移動和緊實的影響的狀況。

當模型的探度較深時，普通的壓實是很難達到高而均勻的緊實密度的，因為摩擦力阻止了型砂的自由流動。更高壓買力、能對型砂施加不同壓力的特殊壓頭以及研製的更高壓力的造型機，增加了它們在工業和經濟上的活力。

濕砂造型特點

1.在惡劣的造型環境下，脫模性能優越；
2.在一般條件下，一次塗抹後，連續數次造型有效；
3.具有防鏽功能，可延長模型使用壽命；
4.顯著降低脫膜阻力，有利改善鑄件外觀質量；
5.對鑄鐵模型有短期的防鏽作用；
6.適用於因油污和粉塵等污染的部位，有利於模型的清潔及洗淨。

拋砂緊實

拋砂緊實的實踐表明，鑄型有可能達到高而均勻的密度。由帶式供砂拋頭高速拋出的砂流，可按要求的途徑拋入砂箱，使砂箱逐漸為高能量的型砂所充填。

通過快速移動砂流和降低供砂率而可最有效地達到高而均勻的密度。固定或者緩慢移動的砂流產生低而不均勻的緊密。拋頭直徑對硬度的影響很大。只有採用大功多或多拋頭方能提高供砂率。

拋砂對型砂的主要要求是抗粘附性，以便迅速流過傳送帶和拋頭。然而，要使緊實能量為砂團所集中吸收，流動性應低於普通機器造型用砂的流動性。因此，應採用濕強度和水份較低的型砂。

任何一種造型機的生產率不僅取決於鑄型類別，而且取決於砂箱、型砂和緊實鑄型的適當供給與處理設施。造型機僅僅是具有高效率的整個製造系統中的一種設備。

更多的是在大砂箱中採用多個模型。業已認識到型腔的緊密緊實是降低單位成本的最有效的方法之一。

型砂冷卻

熔融金屬澆入砂型提高型砂的溫度，溫度隨型砂和金屬比、金屬的溫度以及澆鑄與落砂的間隔時間而變化。這樣，回收時，型砂溫度就提高了。

專家們指出，控制混砂機和造型機中型砂的溫度特別重要，當溫度大約超過160°F（70℃）時，造型就可能發生困難，但有些特殊的鑄造廠還在用。型砂溫度最好保持在100°F（38℃）以下。

潮濕的氣候和低的砂一金屬比能加劇熱砂的問題。工業上用冷表面、冷風和水蒸發來實現型砂的冷卻。冷卻板對濕砂造型作業是實用的。

砂的比熱和空氣的比熱差不多，每小時把一百噸的型砂冷卻50°F（10℃），將需要把同樣多的空氣升高50°F。由於所需的冷卻器尺寸大，因而這種冷卻方法也可能行不通。不過蒸發可提供一種可行的冷卻型砂方法。

一旦型砂的溫度降封212°F（100℃）以下時就套用非飽和空氣流過型砂的表面或最好通過型砂以加速蒸發。通常迴轉篩砂機是型砂冷卻最相宜的設備。

專家們建議水應當以大霧狀的形式加入型砂。按砂溫、砂量和型砂中的水份加水是合理的。英國鑄鐵研究協會已研製成功一種“分段”加水設備，它採用三種溫度帶和四種砂位帶以選擇妞三種電磁閥的組合。也可用噴液氮的專利設備冷卻型砂，這種冷卻方法比較昂貴但是效率高。工作原理與水蒸發基本相同。

觀察家業已看到一種繼續減少型砂用量、降低砂一金屬比和減少砂循環時何的趨勢。這種趨勢不可避免地導致更高的砂溫和由此產生的問題。因此，鑄造廠家將不得不增加冷卻型砂的費用與時間。