浅谈粘土湿型砂性能指标及科学管理

谭博文

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州 545005）

粘土湿型砂造型，作为一种传统的造型方法，在铸造中占着举足轻重的作用。对湿型砂性能的有效控制及对其性能指标的科学管理，是对铸件品质的有力保障。然而，粘土湿型砂的性能指标繁多，性能控制是一个系统的工作，如何清晰、直观地反映性能指标，是控制粘土湿型砂稳定的重要因素。本文将通过实例来加以阐述。

1 生产情况

本车间为生产微车发动机缸体的铸造车间，铸铁牌号HT250，年产量为35万件，车间砂处理工部配置迪砂高速转子混砂机一台，双盘冷却器一台，SC在线检测仪，BMD气冲造型。为保证型砂性能的稳定，对型砂的各项性能指标定期进行检测，其工艺要求及检测频率如表1所示。

表1 型砂工艺要求及检测频率表

由于型砂性能指标数据繁多，给控制型砂性能带来诸多不便，因此车间采取的办法，是将每天检测的数据（大概20组）求取平均值，绘制出各项指标的趋势图，这样就可以清晰地了解各项指标的变化情况，对型砂的性能有一个更直观的认识，对我们作出正确的控制措施，提供了更好指导思路。下面通过2010年9月的数据，来进一步说明（各项指标均是2010年9月的统计数据）。

2 紧实率和含水量

从图1、图2可以看出，含水量和紧实率的变化趋势是一样的，这和理论上是契合的，一般来讲，紧实率=（10～12）×含水量，紧实率反映了型砂最适宜水分含量，含水量并不能彻底地反映型砂的水分，因为在检测结果是在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，所以只有紧实率，能真实反映型砂的水分。另外，还要指出一点，图中的水分和紧实率，均处于工艺范围的下限，这是由于我车间生产的铸件为发动机缸体铸件，型砂里面混入了大量的芯砂，冲淡了灰份，至使含泥量处于下限，相应的型砂水分也就偏低了。

图1 紧实率

图2 含水量

3 含泥量、有效土和灼减量

含泥量的专业定义，是直径小于20μm的成分，均称之为泥分（如图3），含泥量包括：

（1）有效组分——有效膨润土、有效煤粉（本车间是通过灼减量来测量有效煤粉含量的，也有厂家通过测定发气量来反映）；

（2）无效组分——经浇注烧损的死膨润土和死煤粉，膨润土、煤粉、新砂里的灰分，以及细小的砂粒。

图3 含泥量

图4 有效土

图5 灼减量

也就是说，泥分里面既含有用于起粘结作用的膨润土和用于防粘砂的煤粉，也含有不起作用的无效成分。在生产中，这部分无效成分是必不可少的，其可降低型砂对水的敏感性，否则加入很少量的水，都将引起强度的剧烈变化；但无效成分也不可过多，过多将导致透气性下降，型砂变脆，起模性能下降，致使铸件气孔缺陷增多。生产中最有效的办法，就是作好抽风除尘的措施，同时加强对原材料品质的控制，选用优质的膨润土、煤粉，以及含泥量低的原砂。

膨润土和煤粉的补加量，与浇注温度、铸件结构复杂程度、膨润土煤粉的品质、砂铁比息息相关[1~2]，车间生产的铸件为微车发动机铸件，净质量相对较小，并且砂箱较大，砂铁比为7：1，经测量，膨润土烧损为0.5％，煤粉烧损为0.13％，补加量相当之少，这与我们的砂铁比大、选用优质的膨润土和煤粉有很大的关系。烧损少，就意味着型砂里面的无效灰分少，这对型砂性能和铸件品质将起到很好的帮助，所以选用优质的原材料将至关重要。

4 透气性

透气性的高低，主要取决于砂粒直径大小和含泥量的高低，其反映的是砂型的透气性能，如其值偏低，砂型的透气性将明显降低，但是透气性并不是越大越好，要兼顾铸件是否产生机械粘砂，在保证不产生机械粘砂的前提下，透气性越高越好。

图6所示为2010年9月型砂透气性的趋势图，图中反映型砂透气性整体低于150，而根据我们以前的经验，透气性都保持在150以上，从铸件废品率也能反映出一定的问题，气孔缺陷率有上升的苗头，所以我们决定先采取加大抽风除尘的措施，但砂型透气率依然上不来，所以我们怀疑是型砂的粒度变小了。由于我们的砂芯均是采用覆膜砂热芯盒制芯，覆膜砂均是外购，加之我们的生产的发动机铸件使用很多的覆膜砂砂芯，而且数量相当多，砂芯的粒度对型砂的粒度组成将产生很大的影响，所以必须保证覆膜砂的粒度和型砂的粒度要匹配。通过检测覆膜砂的粒度组成，证实了我们的猜测，覆膜砂的粒度有所变小，通过跟厂家的沟通，把覆膜砂粒度调整回来，透气性逐渐得到提升，气孔缺陷率有所遏止。

图6 透气性

5 湿压强度和湿劈强度

湿压强度，反映的是膨润土的粘结能力，其高低取决于膨润土的加入量以及膨润土自身蒙脱石的含量，其能粗略、大概地反映型砂的粘结性能，并不能全面的反映型砂的性能。如起模性，模具在起模时往往受到的是拉力，因此必须配合抗拉强度、抗剪强度，我们的做法是采用湿劈强度，其能综合反映砂型的抗压、抗拉性能[3]。同时，粘土湿型砂有一个特性必须注意，就是在型砂反复循环的过程中，砂粒表面的膨润土逐渐烧结成陶瓷玻璃态物质，循环次数越多，这层物质就越厚，我们称之为“鱼卵层”。当“鱼卵层”较厚时，湿压强度会呈现出高的假象，而湿劈强度对此则比较敏感（如图8），通过两项指标的高低和变化趋势，可以很好地反映型砂的综合性能。

图7 湿压强度

图8 湿劈强度

所以，每隔一段时间必须抛弃一部分旧砂，用型砂来代替，来保证“鱼卵层”不至于过厚，而影响性能，当然，混入的芯砂也能起到新砂冲淡灰分的作用。

6 平均细度（AFS）

平均细度，即砂粒的直径大小，其将直接影响型砂的透气性能，在型砂反复循环的过程中，浇注时砂粒在高温下裂解，混砂时受高速转子的搅拌、摩擦，均会造成平均细度略微变小[4]。图9中反映型砂的平均细度有粗化的倾向，可能与检测人员测量误差以及覆膜芯砂粒度变粗有一定的关系。

图9 平均细度

7 结束语

通过对粘土湿型砂性能指标进行科学的管理，采取绘制趋势图的方式，对型砂性能有了很好的掌控，以上仅仅是一个月的数据，如果数据更多、时间更长的话，效果将更加明显。

[1]李传拭.粘土湿型砂的控制要点[J].铸造纵横，2003，（24）：26-32.

[2]于震宗.湿型铸铁件生产中一些与型砂有关的问题解答（五）[J].现代铸铁，2005，（6）：50-52.

[3]于震宗：对湿型砂性能检测技术的几点评论[J].铸造工程·造型材料，2002，（2）：4-6；（3）：22-24.

[4]石德全，等.铸造手册造型材料分册[K]，北京：机械工业出版社，2002.