濕砂鑄造

以型砂和芯砂為造型材料製成鑄型，液態金屬在重力下充填鑄型來生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由於砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型製造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，長期以來，一直是鑄造生產中的基本工藝。

基本介紹

• 中文名：濕砂鑄造
• 外文名：Wet sand casting

相關資料

砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質量，常在砂型和型芯表面刷一層塗料。塗料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩定性好的粉狀材料和粘結劑，另外還加有便於施塗的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。

原材料

砂型製造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結劑。最常用的鑄造砂是矽質砂。矽砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使製成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結劑，將鬆散的砂粒粘結起來成為型砂。套用最廣的型砂粘結劑是粘土，也可採用各種幹性油或半幹性油、水溶性矽酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土乾砂型和化學硬化砂型3種。

粘土濕

粘土濕砂型以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑，製成砂型後直接在濕態下合型和澆注。濕型鑄造歷史悠久，套用較廣。濕型砂的強度取決於粘土和水按一定比例混合而成的粘土漿。型砂一經混好即具有一定的強度，經舂實製成砂型後，即可滿足合型和澆注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工藝因素。
粘土濕砂型鑄造的優點是：①粘土的資源豐富、價格便宜。②使用過的粘土濕砂經適當的砂處理後，絕大部分均可回收再用。③製造鑄型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的時間長。⑤砂型舂實以後仍可容受少量變形而不致破壞，對拔模和下芯都非常有利。缺點是：①混砂時要將粘稠的粘土漿塗布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂設備，否則不可能得到質量良好的型砂。②由於型砂混好後即具有相當高的強度,造型時型砂不易流動，難以舂實,手工造型時既費力又需一定的技巧，用機器造型時則設備複雜而龐大。③鑄型的剛度不高，鑄件的尺寸精度較差。④鑄件易於產生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。
20世紀初鑄造業開始採用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質量要求的提高，又出現了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機製造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序實現高速化和自動化。氣體衝擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現代工業要求的重要條件。因而這種傳統的工藝方法一直被用來生產大量優質鑄件。

粘土乾砂

粘土乾砂型製造這種砂型用的型砂濕態水分略高於濕型用的型砂。砂型制好以後，型腔表面要塗以耐火塗料，再置於烘爐中烘乾，待其冷卻後即可合型和澆注。烘乾粘土砂型需很長時間，要耗用大量燃料，而且砂型在烘乾過程中易產生變形，使鑄件精度受到影響。粘土乾砂型一般用於製造鑄鋼件和較大的鑄鐵件。自化學硬化砂得到廣泛採用後，乾砂型已趨於淘汰。

化學硬化

化學硬化砂型這種砂型所用的型砂稱為化學硬化砂。其粘結劑一般都是在硬化劑作用下能發生分子聚合進而成為立體結構的物質，常用的有各種合成樹脂和水玻璃。化學硬化基本上有3種方式。
①自硬:粘結劑和硬化劑都在混砂時加入。製成砂型或型芯後，粘結劑在硬化劑的作用下發生反應而導致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用於造型，但也用於製造較大的型芯或生產批量不大的型芯。
②氣霧硬化:混砂時加入粘結劑和其他輔加物，先不加硬化劑。造型或制芯後，吹入氣態硬化劑或吹入在氣態載體中霧化了的液態硬化劑，使其彌散於砂型或型芯中，導致砂型硬化。氣霧硬化法主要用於制芯，有時也用於製造小型砂型。
③加熱硬化:混砂時加入粘結劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。製成砂型或型芯後，將其加熱，這時潛硬化劑和粘結劑中的某些成分發生反應，生成能使粘結劑硬化的有效硬化劑，從而使砂型或型芯硬化。加熱硬化法除用於製造小型薄殼砂型外，主要用於制芯。

廢砂再生

由於濕型砂具有成本低、效率高、無污染等許多優點，至今仍是砂型鑄造的主要造型工藝，其生產的鑄件約占鑄件總量的70%以上。但是，濕型砂澆注後失效(死)黏土在高溫下燒結並包裹在砂粒表面，形成一層牢固的“魚卵石化”陶瓷層。直接使用廢(舊)砂會大大降低型砂的耐火度，導致鑄件表面嚴重粘砂，因此廢(舊)砂必須通過再生技術處理後才能回用。特別是近年來樹脂芯砂混入濕型砂，其混合廢(舊)砂採用一般的機械擦磨方法進行再生理，再生砂的質量難以達到新砂的水平，因此，尋求新的再生工藝迫在眉睫。為了解決濕型黏土砂型和有機樹脂砂芯混合廢砂的再生問題，開發了一種低溫熱法+機械法再生+化學再生的工藝。鑄造廢(舊)砂採用低溫焙燒再生工藝能夠達到優質低能耗的原因，主要是利用了二次焙燒的原理。利用熱交換器提高進入爐內空氣的溫度，使廢砂中的殘炭物質在高溫加熱的空氣中更有效地燃燒，所產生的燃燒熱亦可作為焙燒熱源。熱砂在熱交換器內持續長時間流動，廢砂中未焙燒的殘炭物質繼續燃燒，燃燒熱被熱交換器吸收，從而再次節省了能源。廢砂中的殘炭物質在二次焙燒中燃燒殆盡，實現完全再生。