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 混砂和型砂主要性能的控制

混砂的主要作用是：將型砂中各組分混合均勻，盡可能地使水分潤濕膨潤土，成為粘土膏，并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目標是使型砂具有與造型方法和所用設(shè)備相適應(yīng)的性能。目前，需要嚴加控制的性能主要是可緊實性和強度。

由于粘土膏是半固態(tài)粘性物料，達到上述目標所需的能量很大，如果混砂設(shè)備的功率不高，或混砂時間不夠，粘土就不能充分發(fā)揮其粘結(jié)作用，導致型砂的強度不高，其它性能也不好。

如果增加型砂中的水分，使粘土膏的水分增高、粘度下降，就可以減少涂布粘土膏所需的能量，即混砂時間可以縮短。但是，由于粘土膏的粘度下降，型砂的濕強度急劇下降，其他性能也隨之改變，這種作法實際上是不可取的。

 l、混砂時的加料順序

為了減少混砂所需的能量，采用合理的加料順序是很重要的。

很多工廠混砂時都習慣于先加干料（砂和膨潤土），干混一些時間，然后加水混勻。這種操作方法有三個缺點。

（1）混干料時粉塵飛揚，污染環(huán)境且有害于工人的健康；

（2）混砂機抽塵會損失大量有效粉料；

（3）需要較長的混砂時間。

在混勻了的干料中加水，即使水加得很分散，也是一滴一滴地落在干料中。因為膨潤土是親水的，加上水滴表面張力的作用，水滴附近的膨潤土很快聚集到水滴上，形成較大的粘土球，將這些粘土球壓碎并使它涂布在砂粒表面上是比較困難的，需要的能量也比較大。

如果先加砂和水混勻，后加膨潤土，因為水已分散，沒有較大的水滴，加入膨潤土后只能形成大量較小的粘土球。壓開這些小粘土球是比較容易的，需要的能量也較小。

也就是說，用同樣的混砂設(shè)備，得到品質(zhì)相同的型砂，所需的混碾時間可以較短。

圖8是就兩種加料方法進行試驗所得到的結(jié)果。曲線1和2的差別是明顯的。型砂配方是：木里圖砂100%；外加黑山膨潤土5%；水3%。

混砂設(shè)備是實驗室用的混砂機。

由圖8可以看出，為使型砂有合適的強度，用先加干料、后加水的工藝，需混17min；用先加砂和水、后加膨潤土的工藝，只需混13min。

使用大量返回的舊砂中，也應(yīng)先加舊砂和水，然后加膨潤土粉。

國外有的鑄造廠，在采用間歇式混砂機的條件下，混砂前先向混砂機中加水，運轉(zhuǎn)幾秒鐘，后再加砂和干料。當然，設(shè)備方面必須保證水不會泄漏。這樣，不僅有上述先加水的好處，而且可以在每次混砂前將碾輪和刮板洗凈，增進混砂效率。

回收砂冷卻后先經(jīng)一次預混，對提高型砂質(zhì)量作用很大，新建砂處理系統(tǒng)時，應(yīng)該對此加以認真的考慮。現(xiàn)在的砂處理系統(tǒng)中，因設(shè)備布置已定，很難增加預混設(shè)備，但如對此有充分的認識，也許有可能采取某些補救措施。

2、型砂可緊實性的控制

粘土濕型砂的可緊實性，是一種反映型砂調(diào)制程度的參數(shù)，可以認為是從手感推衍而來的。自1969年F. Hofmann、H. W.Dietert和A. L. Graham等人提出此項試驗方法以來，很快就得到了廣泛的重視，現(xiàn)在已經(jīng)是粘土濕型砂重要的性能之一。

干、凈的硅砂流動性好，在未經(jīng)緊實的狀態(tài)下的松密度高，大約可到1.5～1.7 g/cm3，而可緊實性則很低。硅砂加粘土和水調(diào)制后，砂粒表面的粘土膏阻礙砂粒的流動，其松密度隨之降低。砂粒表面上的粘土和水調(diào)和程度越好，則型砂的可緊實性越高，流動性越差，松密度也就越低。

采用手工造型工藝時，由人工舂實，只要型砂的強度不太高，流動性差一點影響不大，所以型砂的可緊實性可以高些。

采用震壓式造型機造型，型砂是靠震擊時的慣性和機器施壓而緊實的，如果型砂的流動性太差，就難以制得緊實度高而又比較均勻的砂型，所以可緊實性不宜太高。

采用高壓造型機造型時，雖然也有多種輔助的緊實措施，但主要是靠施壓時使型砂流動而得以緊實的。型砂不能保持足夠的流動性，就難以制得高質(zhì)量的砂型。因此，嚴格控制型砂的可緊實性在適當而較低的范圍內(nèi)是至關(guān)重要的。

型砂的可緊實性太高，砂型不容易充分緊實，各處的緊實度也不均勻，會使鑄件的表面質(zhì)量惡化。

型砂的可緊實性太低，即水分不夠，粘土未能形成足夠的粘土膏，會導致鑄件上沖砂、夾雜物等缺陷增多。

（1）混砂時控制可緊實性

控制型砂的可緊實性在一比較窄的范圍內(nèi)，當然主要是由混砂實現(xiàn)的。混砂時，控制可緊實性是控制型砂質(zhì)量的關(guān)鍵。目前，各工業(yè)國開發(fā)了多種通過在線檢測以自動控制混砂過程的設(shè)備，其中，可緊實性都是必測項目。

雖然通過測定室溫、大氣中的濕度、回收砂的溫度和水分，可以自動控制混砂時的加水量，但由于影響回收砂性能的變數(shù)太多，很難全面顧及，要將可緊實性控制在很窄的范圍內(nèi)仍然是非常困難的。

用同一條造型生產(chǎn)線，回收砂的性能可能因多種因素而改變，例如：

改變鑄件的品種時，砂型中的砂-鐵比改變，進入回收砂中的芯砂量也不相同。砂-鐵比降低，則回收砂中的干砂和死粘土增多，混砂時就需補加較多的粘土和水；進入的芯砂量多，則回收砂中的有效粘土量和水分都相對降低，也需要補加較多的粘土和水。

生產(chǎn)過程中造型線因故停止運行一段時間，已澆注的砂型中鑄件停留時間延長，型砂吸熱量增多，會導致回收砂中死粘土增多。

不澆注的砂型增多、回收的散落砂增多，也都會導致回收砂性能改變。

從這方面看來，要保持型砂的質(zhì)量穩(wěn)定、一致，加強對回收砂的處理和管理是十分重要的。

（2）型砂送往造型機過程中可緊實性的變化

可緊實性的控制值是為適于造型而擬定的，當然希望型砂進入造型機時可緊實性的數(shù)值符合這樣的要求。實際上，盡管混砂時保證了可緊實性符合要求，在型砂自混砂機送往造型機的過程中，可緊實性的數(shù)值仍然會有可觀的變化。通常，在運送過程中，可緊實性的數(shù)值可能降低3～6個單位，在回收砂質(zhì)量控制不好的情況下可能還會更大的差異。

實際生產(chǎn)中，在混砂機內(nèi)混砂的時間很短，混砂時所加入的水不可能均勻地分布在所有的粘土中，只能潤濕粘土顆粒的表面，或砂粒上粘土膜的表層，混砂終了時測定的可緊實性數(shù)值是這種較濕的粘土膏所賦予的。

型砂運送過程中，這些較濕的粘土膏中的水既向大氣中揮發(fā)，又會向深層的粘土中擴散，自身所含的水分有所降低，結(jié)果表現(xiàn)為型砂的可緊實性數(shù)值的降低。

要想型砂運送過程中可緊實性數(shù)值不改變是不可能的，我們所應(yīng)該努力的是：通過對砂處理系統(tǒng)的優(yōu)化，和嚴格的過程控制，盡可能地使這種變化穩(wěn)定，以便于控制。

回收砂在進入混砂機時的性狀，對型砂在運送過程中可緊實性的變化有非常重要的影響。根據(jù)美國鑄造師學會造型工藝及材料分會就可緊實性的控制問題所作的一項調(diào)查研究，回收砂性狀的影響主要有以下三點。

砂型澆注時砂-鐵比（型砂質(zhì)量與澆注鐵液的質(zhì)量之比）低，則型砂在運送過程中可緊實性降低的數(shù)值增大。

進入混砂機的回收砂的水分低，則可緊實性降低的數(shù)值增大。這再一次說明，：落砂后盡早向回收砂中加入足夠的水，在砂處理系統(tǒng)中增設(shè)預混工序，都可使回收砂中保持較高的水分，混砂時只需加很少量的水進行調(diào)整，對提高型砂的質(zhì)量大有裨益。

整個砂處理系統(tǒng)中型砂的周轉(zhuǎn)太快，回收砂從落砂機卸出到進入混砂機經(jīng)歷的時間太短，也會使型砂在運送過程中可緊實性降低的數(shù)值增大。

除此以外，型砂的溫度、室溫、大氣中的濕度等，都會影響型砂在運送過程中可緊實性數(shù)值的變化。

3、型砂強度的控制

這里，要特別說一說對型砂的濕抗壓強度的控制。濕抗壓強度的控制目標，一定要按照造型方法選定，絕不是強度高就好。強度愈高的型砂，造型時使型砂緊實所需的能量愈大。現(xiàn)在，不少鑄造廠型砂的強度都太高。一些手工造型或震壓機造型用的型砂，濕抗壓強度高到130-170 kPa。用這樣的型砂，震壓機造型或手工造型，很難得到緊實度高而各處緊實度又比較均勻的砂型。結(jié)果，鑄件的表面質(zhì)量不好，內(nèi)部也容易產(chǎn)生縮松缺陷。特別是制造球墨鑄鐵件時，因縮孔、縮松而報廢的鑄件會明顯增多。

4、型砂性能的參考數(shù)值

粘土濕型砂對各種造型工藝的適應(yīng)性都很好，可以用于手工造型、震壓造型機造型、高壓造型、射壓造型、氣沖造型和靜壓造型等工藝條件。但是，在不同的工藝條件下，對型砂性能的要求有所不同。確保型砂的各項性能符合鑄造企業(yè)具體條件的要求，是保證鑄件質(zhì)量并使工藝裝備在良好狀態(tài)下運行所必需的。

不同工藝條件下對型砂性能的要求見表4。

在各種性能檢測的頻次方面，建議如下：

每次混砂都應(yīng)檢測可緊實性和濕抗壓強度。

每小時檢測一次水分。

每一工作日檢測一次的項目： 

·活性膨潤土含量：

·濕抗拉或抗劈強度；

·透氣性(結(jié)果供參考)。

每一周檢測一次的項目：

·含泥量：

·系統(tǒng)砂的粒度分布：

·灼燒減量：

·有效煤粉含量。