不锈钢铸造工艺

主要的工艺环节简述如下:

1. 配砂型砂( 包括芯砂) 是多种造型材料的混合物。根据铸件对型砂的要求, 将造型材料按一定的比例均匀地混和, 这项工作叫做配砂。

型砂通常是由砂子和粘结剂所组成。砂子是耐高温的材料，是型砂中的主体。粘结剂的作用是把砂粒粘结在一起。粘结剂中应用最广泛的为粘土。有时为了满足某些性能要求，型砂中还加入其它造型材料，如煤粉、术屑等。型砂性能对铸件产量和质量的影响很大。例如型砂的可塑性不好，就不易得到清晰的型腔; 型砂的强度不高，则容易在起模和搬运过程中发生损坏，在浇注过程中发生冲砂等; 型砂的透气性差，就不能将浇注过程中产生的大量气体及时排出，而这些气体进入金属液, 就会使铸件产生气孔; 型砂的耐火性不好, 在浇入高温的金属液后，型砂就会因熔化而粘结在铸件的表面上, 形成粘砂; 型砂的退让性不好，会对凝固后的铸件收缩产生较大的阻力, 由此可能使铸件形成裂纹等

造型材料的质量, 配砂工作的好坏等，将影响型砂的性能, 进而影响铸件的质量。生产中对配制好的型砂，经常用仪器进行测定, 以保证型砂的各项附合要求。较为简便的检验方法, 用手抓起一把型砂，紧捏后放开，如砂团不松散而且不粘手，手印清楚，把它折断时，断面平整均匀, 则表示型砂的强度、可塑性等性能较好。

2. 造型利用铸模或其它方法制成所需的砂型, 这项工作叫做造型。实际生产中, 铸件的形状、大小和技术要求等，变化很大，因而造型方法也是多种多样的。现粗略分类简述如下:

(1) 按造型方法分，有手工造型和机器造型。虽然手工造型没有机器造型产量高、质量好, 但由于需要准备的工作量较少, 灵活性和适应性又较大，所以当铸件生产的批量不大时，目前还是采用手工造型。

(2) 按造型用的铸模分, 有实样模造型和刮板造型。对造型来说, 实样模造型比刮板造型容易，但做铸模的工时和所用去的材料较多。生产中一般是采用实样模造型, 特别是铸件的生产数量较多时。

(3) 按砂型所处的地点分, 有砂箱造型和地面造型。把砂型做在地坑内，可以节省砂箱，但不能搬移, 造型较不方便。一般情况下，宜采用砂箱造型。

(4) 按砂型是否烘干分，有湿型和干型。砂型在浇注前不进行烘干的叫湿型( 又叫潮模), 在浇注前要进行烘干的叫干型( 又叫烘模〉。两者相比较, 干型的强度等性能较好，但要多经一道烘干工序。重量较大，质量要求较高的铸件常用干型浇注。

造型工作中，不仅要用经济、简便的方法把砂型制造出来, 而且要根据具体的铸件, 采取有效的措施, 防止铸件产生缺陷。例如: 浇注的金属液在型腔内流动时, 温度要不断下降, 如果浇口大小开得不合适，就有可能在金属液还未充满型腔, 就停止流动, 使铸件某些部分，尤其是细薄或是棱角的部分浇不足。为了使金属液能很好地充满型腔，对于薄壁的铸件，造型时，浇口就要开得大些。还要指出的，各种金属液的流动性是不相同的，例如灰铸铁比铸钢的流动性要好得多，所以灰铸铁可以浇出壁厚更薄的铸件。金属液从高温冷却到凝固，再冷却到室温，在体积或尺寸方面都要缩小, 也就是说具有收缩性。收缩性大的铸件, 当表层凝固而内部金属液继续收缩时, 往往会在铸件厚大的部分形成孔洞, 即所谓缩孔，为防止铸件产生缩孔，造型时要考虑补缩的问题, 最常用的方法就是设置冒口。

当铸件凝固后继续收缩时, 如果受到砂型和泥芯的阻碍，就可能产生裂纹。为此，造型时常需要采用一定的防裂措施。各种金属的收缩性是不相同的, 例如: 灰铸铁的收缩性比铸钢小得多，是常用金属中最小的一种, 所以灰铸铁件比较不容易产生缩孔、裂纹缺陷。

3. 熔炼将固态的金属炉料熔成具有一定成分和温度的液态合金, 这项工作叫做熔炼。铸工车间中，熔炼金属的炉子的类型很多，如冲天炉、电炉、增锅炉等。熔炼铸铁的炉子, 最广泛应用的为冲天炉。

冲天炉的炉壁是用耐火材料制成，外面围以钢板炉壳。金属炉料和焦炭等按一定的比例分批从加料口加入炉中。从鼓风机来的空气, 经过炉身下部的风箱和进风口进入炉中。焦炭燃烧时放出的热量使金属炉料熔化。熔化了的铁水贮在炉底或前炉, 待积到一定数量时，凿去出铁口内的泥塞，铁水便流出, 通过出铁槽流入铁水包中。

熔炼工作中，要控制好金属浓的成分和温度, 否则会产生成批的废品。

4. 浇注以合适的温度和速度，将符合要求的金属液浇入砂型中, 这项工作叫做浇注。浇注是通过浇包进行的。浇注的时候, 浇包要靠近浇口，不要太高, 否则金属液会从浇口溅出来; 要使浇口保持注满状态，以免熔渣( 垃圾) 进久型中，使铸件产生夹渣缺陷。

浇注前，要穿戴好防护用具, 和金属液接触的工具要预热，以免引起金属液飞溅时伤人。

5. 清理清除铸件上的浇冒口和表面粘砂等, 这项工你叫做清理。铸铁件的浇冒口可用敲断方法去除，铸钢件等常用气割方法去除。铸件表面清理工作可用滚筒、抛丸等设备来完成。在缺乏设备或是铸件上难以清理的部位, 可用手锤、凿子和钢丝刷等来进行。锤击时应注意锤打的方向和力的大小, 以兔损坏铸件。

用粘土粘结砂作造型材料生产铸件，是历史悠久的工艺方法，也是应用范围最广的工艺方法。说起历史悠久，可追溯到几千年以前；论其应用范围，则可说世界各地无一处不用。

值得注意的是，在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天，粘土湿型砂仍是最重要的造型材料，其适用范围之广，耗用量之大，是任何其他造型材料都不能与之比拟的。据报道，美国钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占80%以上；日本钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占73%以上。

适应造型条件的能力极强，也是粘土湿型砂的一大特点。1890年震压式造型机问世，长期用于手工造型条件的粘土湿型砂，用于机器造型极为成功，并为此后造型作业的机械化、自动化奠定了基础。近代的高压造型、射压造型、气冲造型、静压造型及无震击真空加压造型等新工艺，也都是以使用粘土湿型砂为前提的。

各种新工艺的实施，使粘土湿型砂在铸造生产中的地位更加重要，也使粘土湿型砂面临许多新的问题，促使我们对粘土湿型砂的研究不断加强、认识不断深化。

现今，随着科学技术的速发展，各产业部门对铸件的需求不断增长，同时，对铸件品质的要求也越来越高。现代的铸造厂，造型设备的生产率已提高到前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分适应具体生产条件，或不能有效的控制其稳定、一致，则不用多久就可能将铸造厂埋葬于废品之中。

随着科学技术的发展，目前采用粘土湿型砂的铸造厂，一般都适合其具体条件的砂处理系统，其中包括：旧砂的处理、新砂及辅助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的监控。

粘土湿砂系统中，有许多不断改变的因素。如某一种或几种关键性能不能保持在控制范围之内，生产中就可能出现问题。一个有效的砂处理系统，应能监控型砂的性能，如有问题，应

能及时加以改正。

由于各铸造厂砂处理系统安排不同，选用的设备也不一样，要想拟定一套通用的控制办法是做不到的。这里，打算提出一些目前已被广泛认同的控制要点。各铸造厂认真地理解了这些要点之后，可根据自己的具体条件确定可行的控制办法。而且，还要随着技术的进步和工厂的实际能力（包括人员和资金）不断改进对型砂系统的控制。

一．旧砂的处理

用粘土湿型砂造型，浇注以后，除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外，大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。

配制粘土湿型砂时，旧砂用量一般都在90%以上，如果对旧砂的处理不当，无论怎样加强混砂，无论添加什麽辅助材料，都不可得到好的型砂。所以，对旧砂进行有效的处理，是保证型砂质量的前提。

1．旧砂温度的控制

热砂问题，已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高，铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。热砂对铸件质量的负面影响，主要由于以下几个方面：

·由于热砂使水分蒸发，混砂时无论怎样注意，也难以控制型砂的性能；

·将热型砂送往造型机的过程中，由于水份损失，型砂性能改变，造型时实际上用的型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大；

·造型时，热型砂的水分容易在模样表面上凝结，型砂粘模；

·合型后，热砂的水分蒸发，凝结在冷的芯子上，会使芯子的强度降低，铸件也易于产生气孔；

·如果旧砂要贮存在砂斗中备用，则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时，砂斗四周堵满了型砂，只剩中间一个孔洞，使系统中的型砂只有一部分周期使用，这部分型砂周转快、温度又会进一步提高，使热砂问题更加严重。

多高温度的砂算是热砂？判断热砂的温度界限，是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面出现问题。对此，许多研究者从个方面进行了研究；有人研究了型砂温度对其性能稳定性的影响；有人研究了温度对膨润土-水系统流变性的影响；有人研究了型砂温度与铸件质量的关系。各方面的研究，得到了一致的结论，即：为保证型砂的性能稳定，温度应保持在50℃以下。

使型砂冷却，最有效的办法是加水，但是，简单的加水，效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发，才能有效地冷却。

以下，给出一个简略的计算比较：

型砂的比热大致是：9.22×102J/kg·℃，

水的比热是：4.19×103J/kg·℃，

水的蒸发热是：2.26×106J/kg，

1吨砂中加20℃的水10kg（加水1%），使其温度升到50℃，所能带走的热量为4.19×103 ×10×30，即12.57×105J。

1吨砂温度降低1℃，需散热9.22×102×1000 J，即9.22×105 J。

所以，在旧砂中加水1%，只能使温度降低24.5℃。

使1吨砂中的水分蒸发1%（10kg），能带走的热量为2.26×107J，却可使砂温降低24.5℃。

以上的分析表明：简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水，冷却效果是很差的。即使加水后向砂表面吹风，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均匀，然后向松散的砂吹风，使水分迅速蒸发，同时将蒸汽排除。

目前，型砂冷却装置的品种、规格很多，主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等，都是利用水分蒸发冷却型沙。其中，冷却沸腾床效果较好。

2．旧砂的水分控制

几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分，但是，对于严格控制旧砂水分的重要性，很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。

进入混砂的旧砂水分太低，对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。

试验研究和经验都已证明，加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难得多。型砂中的膨润土和水，并非简单的混在一起就行，要对其加搓揉，使之成为可塑状态。这就像用陶土和水制陶器一样，将水和土和一和，是松散的，没有粘接能力；经过搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成为塑性状态，才可以成形，制成陶器毛坯。

铸型浇注以后，由于热金属的影响，很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了，加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低，在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的，旧砂的水分越低，混成砂的综合质量就越差。目前，各国铸造工作者已有了这样一种共识：进入混砂机的旧砂，水分只能比混成砂略低一点。

较好的做法是：在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样，从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间，水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。

更好的做法是：在系统中设混砂机对旧砂进行预混，冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混，以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国外，有的铸造厂预混时，将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。天津的新伟祥铸造公司，用德国制造的EiRich混砂机预混。经过预混的旧砂，进入混砂机后加水量很少，只是略微调整。型砂中的膨润土和水在混砂机进一步得到调制，型砂的性能就更为稳定一致。

3．旧砂的粒度

对于用粘土湿型砂制造的铸铁件，型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上，决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以，应该经常检测旧砂的粒度。

检测粒度时，取样后先清洗除去泥分（可用测定含泥量时剩下的砂样），烘干后筛分。

对粒度有以下两点要求。

（1）140目筛上的砂粒应在10-15%之间。保持较多的细砂，可以减轻铸件表面粘砂。而且，会增加砂粒之间粘结桥的数量，从而降低型砂的脆性，避免冲砂缺陷。此外，这对提高型砂的温强度、干强度和水分迁移后增湿层强度都有好处。

（2）200目筛、270目筛和底盘上细砂的总和应尽量地少。这样的细砂对改善铸件表面质量的作用不大，却会使混成砂的水分较高，而且会使型砂的透气性降低。细砂的总和一般应少于4%。

4．吸水细粉的含量

吸水细粉中主要是死粘土，还包括焦化了的煤粉细粒和其他细粉。

吸水细粉的含量并非越低越好，最好将其控制在2-5%之间。

吸水细粉，混砂时会和膨润土争夺水分，使混成砂达到可紧实性目标值所需的水分增高。但是，据目前大家的认识，吸水细粉的吸水能力比膨润土强，而保持水分的能力却低于膨润土。因此，在型砂中加水量略有不当时，吸水细粉对型砂性能有一定的"微调和稳定"作用。水分高时，细粉首先吸水，膨润土所吸收水可较稳定一致；混成砂在输送过程中水分蒸发时，吸水细粉所吸的水先蒸发，粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定，型砂的性能也就较小波动。吸水细粉含量太高也不好，会使型砂的水分较高，易于导致铸件上产生针孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。

吸水细粉含量太低，则型砂的性能（尤其是可紧实性）不易稳定。

二．补加新砂及辅助材料

粘土湿型砂在系统中反复使用，由于铸件粘附的砂粒被带走，部分膨润土受热成为死粘土，煤粉受热失效以及抽尘系统吸走粉状材料等因素，补加新材料以保持系统砂的总量稳定、性能一致是绝对必要的。

这里，只简单谈谈各种材料补加量的确定，不想罗列各种材料的规格。

1、新砂

用新砂配成的型砂，是简单的混合物。在生产条件下，混砂时间不可能很长，膨润土和水形成的粘土膏不可能均匀涂布在砂粒表面上，反复使用的旧砂，砂粒表面上积了多层变质烧结层，粘土膏的涂布则相当均匀。

因此，混砂时补加的新砂不宜太多，以保持系统砂总量稳定为原则。新砂加入量太多，会对型砂质量有负面的影响。

国外一些运转良好的型砂系统，新砂补加量一般是每浇注1吨铁水120~150kg。如考虑砂-铁比平均为5，则混砂时新砂补加量为2.6~3%。当然，新砂补加量还要考虑很多因素，如设备条件，芯砂进入量。很多铸造厂要根据自己的条件确定，外厂的经验只能参考。

我国铸造厂一般散落砂都较多，很多厂新砂补加量为5-8%，这也是合适的。

也有少数铸造厂以为多家新砂可以提高型砂质量，这种想法可能来自旧砂完全没有处理、生产量又小的条件。

2、膨润土

和其他黏结剂相比，膨润土有一个重要的特点，就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高，脱除了自由水的膨润土只要加水，仍能恢复粘能力。

不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同。通过一系列加热试验和差热分析实验，得知天然钠膨润土的失效温度为638℃，钙膨润土为316℃。人工活化的钠膨润土，由于活化条件各异，准确的失效温度不详。据日本报道的实验结果，人工活化的钠膨润土，在最初使用时，失效温度略低于天然钠膨润土；几次反复加热后，就与钙膨润土相近，其"耐用性"不佳。

（1）膨润土中水的形态

活性膨润土的粘结能力，只有在加水以后才能表现出来。膨润土失去粘结能力，也与它的脱水有关。

到目前为止，认为膨润土中的水分有三种形态。

一种是自由水，即膨润土颗粒吸附的水。加热到100℃以上，就可脱除自由水。脱除了自由水的膨润土，粘结能力不受影响。

第二种是牢固结合水。将膨润土置110℃下长时间加热，可完全脱除自由水，但但不会脱除牢固结合水。已完全脱除自由水的膨润土，再在较高的温度（如200℃，300℃）下加热仍会继续减重，说明仍有水分损失。膨润土经这样加热脱水后，只要加水，能完全恢复粘结能力。

第三种是晶格水，也有人称之为结构水。晶格水只有在相当高的温度下才能部分或全部脱除。膨润水的晶格水脱除以后，即丧失粘结能力，成为死粘土。

（2）膨润土的耐用性

F.Hofmann曾就天然钠膨润土和钙膨润的耐用性作了测定。试验所用的膨润土，是美国威欧明的钠膨润土和美国南部的钙膨润土。

试验方法是：取硅砂和膨润土配成含膨润土5%的型砂，将型砂加热到不同温度，待其冷却

后，将团块碾碎，再加水混制。将混成砂制成试样，测定湿抗压强度。

钠膨润土在600℃以下加热，它的粘结能力基本上不受影响。加热温度超过600℃，就急剧地丧失粘接能力。加热到700℃以上，差不多完全丧失了粘结能力。

钙膨润土在100℃以上，就开始缓慢地失去粘结能力。加热温度再提高，粘结能力的丧失就越来越明显。

当熔融金属注入铸型以后，贴近铸件表面的型砂就被加热到800℃以上（有一些非铁合金达不到此温度）。不管你用什么样的膨润土，这部分型砂中的膨润土都会变成死粘土。这些死粘土，大部分随同型砂一道附在铸件表面上，被铸件带走，一小部分留在回收的旧砂中。

除了制造大型铸件以外，在铸造过程中，大部分型砂达不到这样的温度。这些型砂中膨润土的情况又怎样呢？

不同的膨润土，脱除晶格水的温度是不同的，脱除晶格水的速率也不一样。如采用容易脱除晶格水的膨润土，即使在并不直接接近铸件的型砂中，也会有较多的膨润土失效而变成死粘土。如采用不易脱除晶格水的粘土，产生的死粘土就会少一些。

因此，有人用"耐用性"来描述膨润土是否容易失效。所谓"耐用性"，是一个相对的概念，没有绝对的判据。在相同的情况下，每经一次浇注，用甲膨润土时型砂中产生的死粘土比用乙膨润土时少，也就是甲粘土的"耐用性"比乙粘土好。

既然不同品种的膨润土的耐用性不同，在相同的生产条件下，浇注金属液以后，用不同膨润土的型砂，因受热而失效的膨润土量也就不同。此外，型砂活性膨润土（吸蓝膨润土）的含量越高，受热而失效的膨润土也就越多。

根据铸件的壁厚和形状以及浇注以后金属传递给砂型的热量，可以得到砂型内的温度场。再根据型砂中的活性膨润土含量和所用膨润土的品种，就可计算出失效的膨润土量。

许多研究试验工作表明：对于壁厚75mm以下的铸铁件，每浇注1吨铁水大约能使147kg 型砂温度升到638℃（钠膨润土失效温度）以上，温度升至316℃（钙膨润土失效温度）以上的型砂则为250kg左右，可以忽略铸件形状和铸型中砂铁比的影响。根据每吨铁水用砂量，就很容易算出混砂时需要补加膨润的百分数。

例如，某厂型砂中使用钙膨润土，系统砂中保持活性膨润土量8%，每浇注1吨铁水约用砂5吨。每浇注1吨铁水失效的膨润土量为20kg，每吨砂中失效膨润土为4kg。所以，混砂时需补加的膨润土为0.4%。

此外，如补加的新砂量较多时，还要加新砂所需的膨润土。

由于用粘土湿型砂制造的铸铁件壁厚超过75mm者很少，实际上可用于大多数有较完备砂处理系统的型砂。

3、煤粉

铸铁用粘土湿型砂中的煤粉含量，要根据铸件的特点，煤粉的质量具体确定。煤粉含量大致

上宜控制在3.5-5.5%之间。

混砂时补加的数量，须根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。旧砂中有效煤粉量的测定方法，这里就不说了。

三、混砂

混砂的主要作用是：将型砂中各组分混合均匀，使水分充分润湿粘土，并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目标是使型砂具有适应造型设备的性能，由于粘土膏是半固态粘性物料，达到上述目标所需的能量很大。

如果混砂设备的功率不高，或混砂时间不够，粘土就不能充分发挥其粘结作用，型砂的强度不高，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，就可以减少涂布粘土膏所需的能量，即混砂时间可以缩短。但是，由于粘土膏的粘度下降，型砂的湿强度也急剧下降，这种办法实际上是不可取的。

1、混砂时的加料顺序

为了减少混砂所需的能量，采用合理的加料顺序是很重要的。

很多工厂，混砂时习惯于先加干料（砂和粘土），干混一段时间，然后加水混匀。这种操作方法有三个缺点：

（1）混干料时粉尘飞扬，污染环境且有害于工人的健康；

（2）混砂机内抽尘会损失大量有效粉料；

（3）需要较长的混砂时间。在混匀了的干料中加水，即使水加得很分散，也是一滴一滴地落在干料中。因为粘土是亲水的，加上水滴表面张力的作用，水滴附近的粘土很快就聚集到水滴上，形成较大的粘土球。将这些粘土球压碎并使它涂布在砂粒表面上是比较困难的，需要的能量也比较大。

如果先加砂和水混匀，后加粉状粘土，因为水已分散，没有较大的水滴，加入粘土后只能形成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的，需要的能量也较小。

也就是说，用同样的混砂设备，得到品质相同的型砂，所需的混碾时间较短。

型砂配方是：木里图砂100%；外加黑山膨润土5%；水3%。

混砂设备是实验室用混砂机。

为使型砂有合理的强度，用先加干料后加水的工艺，需混17min；用先加砂和水后加干料的工艺，只需混13min。

使用大量返回的旧砂时，也应先加旧砂和水，最后加粘土粉。

国外有的铸造厂，在采用间歇式混砂机的条件下，混砂前先向混砂机中加水，运转几秒钟（当然设备方面保证水不泄漏）。这样，不仅有上述先加水的好处，而且可以在每次混砂前将碾

轮和刮板洗净，增进混砂效率。

2．型砂中有效膨润土量和混砂效率

粘土湿型砂混砂时，必须加入一定量的膨润土，使型砂中保有必要的膨润土量。膨润土含量通常用亚甲基蓝法予以测定。用亚甲基蓝法测得的膨润土量，以前统称之为有效膨润，现在看来，称之为活性膨润土更为适当。活性膨润土是能与水结合而起作用的，但是，在实际应用的型砂中，并非所有的活性膨润土都起作用，也就是说，并非都是有效的。

有效膨润土是型砂中实际起作用的膨润土，只是活性膨润土的一部分。

C.E.Wenniger提出，用混砂效率来衡量粘土湿砂的调制程度。

混砂效率=有效膨润土含量/活性膨润土含量x100%

良好的粘土湿型砂，混砂效率应在60%以上。

在生产条件下，根据型砂的湿抗压强度，水分和可紧实性，可由图5求得型砂中的活性膨润土含量和有效膨润土含量，从而可以算出混砂效率。

例如，某铸造厂粘土湿型砂的抗压强度为178kPa，可紧实性为42%，水分为3.5%。从纵坐标上湿抗压强度为178kPa一点画水平直线，按此直线上水分为3.5%的点，得知砂型的活性膨润土含量为7.5%。

在上述直线上，找出可紧实性为42%的一点，从而得知型砂中有效膨润土量为4.5%。

混砂效率= 4.5/7.5 =60%

四、型砂性能的控制

粘土湿型砂对各种造型方式的适应性很好，可用于手工造型、震压造型机造型、高压造型、射压造型、气冲造型和静压造型等工艺条件。但是，在不同的工艺条件下，对砂型性能的要求有所不同。确保型砂各项性能符合铸造厂具体条件的要求，是保证铸件质量并使工艺设备在良好状态下运行所必需的。

不同条件下对型砂性能的要求见表1。

表1各种工艺条件对粘土湿型砂性能的要求

这里，要特别说一说对湿抗压强度的控制。湿抗压强度的控制目标，一定要按照造型方法选定，绝不是强度高就好。强度愈高的型砂，造型时舂实所需的能量愈大。现在，不少铸造厂型砂的强度都太高。一些手工造型或震机造型用的型砂，湿抗压强度高到130-170kPa。用这样的型砂，震压机造型或手工造型，难以将铸型舂得很紧实，结果，铸件的表面质量不好，也容易产生缩松缺陷。特别是制造球墨铸铁件时，因缩孔、缩松而报废的铸件会明显增多。

在各种性能检测的频次方面，建议如下：每小时检测一次的项目：

·可紧实性

·湿抗压强度

·水分

每一工作日检测一次的项目：

·活性膨润土含量；

·湿抗拉或抗劈强度；

·透气性（结果供参考）

每一周检测一次的项目：

·含泥量；

·系统砂的粒度分布；

·灼烧减量；

·有效煤粉含量。

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铸铝灯具

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翻砂灯罩

以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。

砂型制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的砂型和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂，将松散的砂粒粘结起来成为型砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。

粘土湿砂型以粘土和适量的水为型砂的主要粘结剂，制成砂型后直接在湿态下合型和浇注。湿型铸造历史悠久，应用较广。湿型砂的强度取决于粘土和水按一定比例混合而成的粘土浆。型砂一经混好即具有一定的强度，经舂实制成砂型后，即可满足合型和浇注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工艺因素。

粘土湿砂型铸造的优点是：①粘土的资源丰富、价格便宜。②使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用。③制造铸型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的时间长。⑤砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。缺点是：①混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备，否则不可能得到质量良好的型砂。②由于型砂混好后即具有相当高的强度,造型时型砂不易

流动，难以舂实,手工造型时既费力又需一定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。③铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。④铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。

20世纪初铸造业开始采用辗轮式混砂机混砂，使粘土湿型砂的质量大为改善。新型大功率混砂机可使混砂工作达到高效率、高质量。以震实为主的震击压实式造型机的出现，又显著提高了铸型的紧实度和均匀性。随着对铸件尺寸精度和表面质量要求的提高，又出现了以压实为主的高压造型机。用高压造型机制造粘土湿砂型，不但可使铸件尺寸精度提高，表面质量改善，而且使紧实铸型的动作简化、周期缩短，使造型、合型全工序实现高速化和自动化。气体冲击加压的新型造型机，利用粘土浆的触变性,可由瞬时施以0.5兆帕的压力而得到非常紧密的铸型。这些进展是粘土湿砂型铸造能适应现代工业要求的重要条件。因而这种传统的工艺方法一直被用来生产大量优质铸件。

粘土干砂型制造这种砂型用的型砂湿态水分略高于湿型用的型砂。砂型制好以后，型腔表面要涂以耐火涂料，再置于烘炉中烘干，待其冷却后即可合型和浇注。烘干粘土砂型需很长时间，要耗用大量燃料，而且砂型在烘干过程中易产生变形，使铸件精度受到影响。粘土干砂型一般用于制造铸钢件和较大的铸铁件。自化学硬化砂得到广泛采用后，干砂型已趋于淘汰。

化学硬化砂型这种砂型所用的型砂称为化学硬化砂。其粘结剂一般都是在硬化剂作用下能发生分子聚合进而成为立体结构的物质，常用的有各种合成树脂和水玻璃。化学硬化基本上有3种方式。

①自硬:粘结剂和硬化剂都在混砂时加入。制成砂型或型芯后，粘结剂在硬化剂的作用下发生反应而导致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用于造型，但也用于制造较大的型芯或生产批量不大的型芯。

②气雾硬化:混砂时加入粘结剂和其他辅加物，先不加硬化剂。造型或制芯后，吹入气态硬化剂或吹入在气态载体中雾化了的液态硬化剂，使其弥散于砂型或型芯中，导致砂型硬化。气雾硬化法主要用于制芯，有时也用于制造小型砂型。

③加热硬化:混砂时加入粘结剂和常温下不起作用的潜硬化剂。制成砂型或型芯后，将其加热，这时潜硬化剂和粘结剂中的某些成分发生反应，生成能使粘结剂硬化的有效硬化剂，从而使砂型或型芯硬化。加热硬化法除用于制造小型薄壳砂型外，主要用于制芯。

化学硬化砂型铸造工艺的特点是：①化学硬化砂型的强度比粘土砂型高得多，而且制成砂型后在硬化到具有相当高的强度后脱膜，不需要修型。因而，铸型能较准确地反映模样的尺寸和轮廓形状，在以后的工艺过程中也不易变形。制得的铸件尺寸精度较高。②由于所用粘结剂和硬化剂的粘度都不高，很易与砂粒混匀，混砂设备结构轻巧、功率小而生产率高，砂处理工作部分可简化。③混好的型砂在硬化之前有很好的流动性，造型时型砂很易舂实，因而不需要庞大而复杂的造型机。④用化学硬化砂造型时,可根据生产要求选用模样材料,如木、塑料和金属。⑤化学硬化砂中粘结剂的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末状辅料,如采用粒度相同的原砂，砂粒之间的间隙要比粘土砂大得多。为避免铸造时金属渗入砂粒之间，砂型或型芯表面应涂以质量优良的涂料。⑥用水玻璃作粘结剂的化学硬化砂成本低、使用中工作环境无气味。但这种铸型浇注金属以后型砂不易溃散；用过的旧砂不能直接回收使用，须经再生处理，而水玻璃砂的再生又比较困难。⑦用树脂作粘结剂的化学硬化砂成本较高,但浇注以后铸件易于和型砂分离,铸件清理的工作量减少，而且用过的大部分砂子可再生回收使用。

型芯为了保证铸件的质量，砂型铸造中所用的型芯一般为干态型芯。根据型芯所用的粘结剂不同，型芯分为粘土砂芯、油砂芯和树脂砂芯几种。

粘土砂芯用粘土砂制造的简单的型芯。

油砂芯用干性油或半干性油作粘结剂的芯砂所制作的型芯，应用较广。油类的粘度低，

混好的芯砂流动性好，制芯时很易紧实。但刚制成的型芯强度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然后在200～300℃的烘炉内烘数小时，借空气将油氧化而使其硬化。这种造芯方法的缺点是：型芯在脱模、搬运及烘烤过程中容易变形，导致铸件尺寸精度降低；烘烤时间长，耗能多。

树脂砂芯用树脂砂制造的各种型芯。型芯在芯盒内硬化后再将其取出，能保证型芯的形状和尺寸的正确。根据硬化方法不同，树脂砂芯的制造一般分为热芯盒制芯和冷芯盒制芯两种方法。①热芯盒法制芯：50年代末期出现。通常以呋喃树脂为芯砂粘结剂，其中还加入潜硬化剂(如氯化铵)。制芯时，使芯盒保持在200～300℃，芯砂射入芯盒中后，氯化铵在较高的温度下与树脂中的游离甲醛反应生成酸，从而使型芯很快硬化。建立脱模强度约需10～100秒钟。用热芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比较高，但工艺装置复杂而昂贵，能耗多，排出有刺激性的气体，工人的劳动条件也很差。②冷芯盒法制芯：60年代末出现。用尿烷树脂作为芯砂粘结剂。用此法制芯时,芯盒不加热,向其中吹入胺蒸汽几秒钟就可使型芯硬化。这种方法在能源、环境、生产效率等方面均优于热芯盒法。70年代中期又出现吹二氧化硫硬化的呋喃树脂冷芯盒法。其硬化机理完全不同于尿烷冷芯盒法，但工艺方面的特点，如硬化快、型芯强度高等，则与尿烷冷芯盒法大致相同。