湿型砂的性能要求

湿型砂的性能要求于震宗2002年2月初稿（2004年12月修改）前言湿型砂铸件的表面品质直接受型砂各种性能的影响。

凡是生产重要和表面品质优良铸件的铸造工厂，其型砂实验室的仪器设备大多比较完善齐全，型砂检验项目较多，每日多次检验。

同时砂处理系统设备设计和选用合理，具有先进的控制设施，并且管理严格。

高密度造型（或称高紧实度造型，包括多触头高压、气冲、挤压、射压、静压、真空吸压等造型）方法的生产效率高、铸件品质较好，因而国内应用日益普遍。

高密度造型对型砂品质的要求比手工造型或震压造型更为严格，本文将以此做为讨论重点，也附带有个别应用震压或压实造型机的铸造工厂做为对照。

为了具体说明湿型砂的性能和控制范围，本文附带表格列举出一些公司推荐的和铸造工厂实测的或规定的性能。

其中所罗列工厂的型砂品质优劣不同，性能数值并非全部合理。

有的工厂型砂检测项目过少，难以分析型砂性能与铸件品质的关系。

作者将在以下段落中加以评论。

由于纸张宽度限制，只列举一部分主要的和经常测定的性能。

还有几种性能只能在后文中简略叙述。

数据搜集来源一小部分引自中外公开发行刊物，在表格最右侧注明刊物名称和出版年月或期号。

本文中还有大部分数据是由各公司或工厂的工程师提供的，所列举数据只是当时情况，并不代表目前实际状况。

本文专供湿型铸造工厂中主管型砂的技术员和工程师参考。

考虑到这些人员对于湿型砂已然比较熟悉，因而在文章中不再介绍各种仪器的结构和操作步骤。

1 紧实率和含水量湿型砂不可太干，因为干的型砂虽然流动性极好，但是型砂中膨润土未被充分润湿，性能较为干脆，起模困难，砂型易碎，表面的耐磨强度低，铸件容易生成砂孔和冲蚀缺陷。

型砂也不可太湿，否则型砂太粘，造型时型砂容易在砂斗中搭桥和降低造型流动性，还易使铸件产生针孔、气孔、呛火、水爆炸、夹砂、粘砂等缺陷。

根据造型方法、操作习惯不同，对型砂的干湿程度要求也不相同。

手工造型要求起模性好，希望型砂较湿一些。

高密度造型要求型砂具有较高流动性以便容易充满型框，式机器造型用型砂要求起模性好，最适宜干湿状态下的紧实率大约在45~50%；高压造型和气冲造型时为40~45%；射压和挤压造型要求较高的流动性好，紧实率为35～40%，认为在上述紧实率的含水量就是最适宜含水量。

虽然在造型机处的型砂紧实率不可过低（例如<30%），以免起模困难；但是紧实率也不可过高，以免型砂流动性降低，砂型的型腔表面松紧不均，而且可能导致造型紧实距离过大而损伤模具，或者压头陷入下砂箱底面边缘以内而引起浇注时跑火。

近年来各国铸造工厂的型砂紧实率和含水量都有降低趋势。

这是因为高密度造型设备的起模精度提高，而且砂型各部位硬度均匀分布的要求使型砂的流动性成为更重要的考虑因素。

工厂的控制原则大多是只要不影响起模，就尽量压低紧实率。

日本土芳公司1979~1985年调查125种湿型（包括中、高密度造型）铸铁生产线的紧实率平均值为38.0%，含水量平均值为3.7%；1998年再一次调查94种型砂紧实率平均值降为35.8%，含水量降为3.5%。

从减少铸件缺陷的角度出发，最基本的要求是当型砂处于最适宜的干湿状态下型砂的含水量尽可能低。

各铸造工厂型砂中附加物种类和数量、含泥量多少、混砂设备和混砂工艺不同，达到最适宜干湿状态的含水量也不同。

高强度型砂的膨润土加入量多就需要较多的润湿水分。

型砂中含有多量灰分也额外吸附水分才能使它润湿。

假如所购入煤粉和膨润土的品质低劣，需要增大加入量，更会使型砂的含水量居高不下。

如果由于所用混砂机的加料顺序不良、揉捻作用不强、刮砂板磨损、混砂时间太短，以致型砂中存在多量不起粘结作用的小粘土团块和砂豆，也会提高型砂的含水量。

目前铸件品质较好的高密度造型的工厂中，造型机处取样型砂紧实率通常都在34~38%之间，比起当年的35~45%有明显的降低趋势, 这是降低型砂灰分和含泥量后才能做到的。

附表中各高密度造型工厂的型砂含水量大多在2.5~3.5%之间。

根据其它资料，世界各国高密度造型工厂的型砂含水量基本上都分布在2.5~4.2%之间。

目前铸件品质较好的高密度造型的工厂中，造型机处取样型砂含水量比较集中于2.8～3.5%。

凡是生产大量树脂砂芯铸件（如发动机铸件）的型砂含水量大多偏于下限。

生产少砂芯铸件的型砂可能接近上限。

这是因为大量树脂砂芯溃散后混入型砂使含泥量下降，型砂吸水量降低。

附表中国内各厂的紧实率和含水量除特别注明以外，取样地点大多为在混砂机处。

但是型砂紧实率和含水量的控制都应以造型处取样测定为准，工厂应经常核对造型机与混砂机处的数值差异。

从混砂机运送到造型机时紧实率和含水量下降幅度因气候温度和湿度状况、运距离、型砂温度等因素而异。

例如表中山西国际工厂6月中旬型砂在混砂机处含水量为2.6~2.83%，造型机处2.5~2.6%。

昆山丰田工厂8月份日平均混砂后2.4~2.78%，造型前2.4~2.69%。

如果只根据混砂机处取样检测结果控制型砂的含水量，就要增多少许以补偿水分蒸发损失。

例如昆山信嘉工厂射压造型要求混砂机处取样夏季的潮湿季节含水量2.9~3.5%，而冬季2.7~3.3%.我国有些铸造工厂的型砂含水量很高：例如大连机床厂实测高达5.0%，可能与旧砂含泥量16.7~18.0%有关，应及早设法降低。

怀柔水泵厂的高泥分和高含水量是由于选用抗粘砂材料不当造成的。

林县龙鼎和明神两铸造工厂型砂试验仪器不全，未测含泥量。

但由紧实率和含水量来估计，其泥分含量相当高。

型砂的（紧实率）/（含水量）比值可表示每1％型砂含水量能够形成多少紧实率，最好在10~12。

由几家外商独资或合资企业的检验结果计算比值得出：太原小笠原——12.6，秦皇岛LG—12.3~12.7，昆山丰田—10.0，镇江银峰—10.9，昆山信嘉—11.6~12.0，天津新伟祥—10.9，天津宝利福—12.3，天津勤美达—12.2，常州小松—10.9~11.9，烟台大宇—11.6，无锡柴油机厂改用优质膨润土后，比值由原来的7.5~7.8不久即上升为10。

三家乡镇铸造厂的比值在5.0~8.5之间，说明型砂中吸水物质过多。

2 透气率砂型的排气能力除了靠冒口和排气孔来提高以外，更要靠型砂的透气率。

因此砂型的透气率不可过低，以免浇注过程中发生呛火和铸件产生气孔缺陷。

但是绝不可理解为型砂的透气性能越“高”越“好”。

因为透气率过高表明砂粒间孔隙较大，金属液易于渗透入砂粒间孔隙中造成铸件表面粗糙，还可能发生机械粘砂。

所以湿型用面砂和单一砂的透气性能是否“好”，指的是透气率是否在一个适当的范围内。

型砂工艺规程应当规定透气率的下限和上限。

对湿型砂透气率的要求需根据浇注金属的种类和温度、铸件的大小和厚薄、造型方法、是否分面砂与背砂、型砂的发气量大小、有无排气孔和排气冒口、是否上涂料和是否表面烘干等等各种因素而异。

用单一砂生产中小铸件时，型砂透气性能的选择必须兼顾防止气孔与防止表面粗糙或机械粘砂两个方面。

高密度造型的砂型排气较为困难，要求型砂的透气率比起低、中密度机器造型(如震压造型、震击造型等)的型砂稍高些。

一般而言，造型处取样测得透气性可能比从混砂机取样稍高一些。

较为适当的高密度造型型砂透气率大多在100~140之间。

如果型砂透气率在160以上或更高，除非在砂型表面喷涂料，否则铸件表面会出现粗糙甚至有局部机械粘砂。

有些工厂型砂透气性偏高的原因大多由于粗粒溃碎砂芯混入造成的。

附表中镇江银峰的工艺规程规定透气率为80~150是合理的。

但是2001年2月22日实测结果完全超出规定，竟然高达250，不得不在上型和下型的型腔表面都喷醇基涂料。

昆山富士和的规定是120~180，其上限似乎太高。

昆山信嘉测得透气率高达200~280，其铸件表面相当粗糙。

原因是所用树脂砂芯粒度为20/40目，混入型砂而使透气率居高不下。

北京华德实测为192~238，由于砂型未喷涂料，国外客户对铸件表面不满意。

但是天津宝溢的铸件表面并不粗糙，而透气率高达230~240，是仪器的通气塞孔洞尺寸过大所致，并非砂型实际透气率。

3 常温湿态强度湿型砂必须具备一定强度以承受各种外力的作用。

如果常温湿态强度不足，在起模、搬运砂型、下芯、合型等过程中，砂型有可能破损和塌落；浇注时可能承受不住金属液的冲刷和冲击，冲坏砂型而造成砂孔缺陷甚至跑火(漏铁水)；由于砂型缺乏足够强度以保证其硬度，浇注铁水后石墨析出会造成型壁移动而导致铸件疏松和胀砂缺陷。

大铸件的金属液压头高，浇注冲刷力强和时间长，更是要求砂型强度高。

高密度砂型所用大型砂箱没有箱带，高强度型砂可以避免塌箱、胀箱和漏箱。

无箱造型的砂型在造型后缺少砂箱支撑也需要具有一定的强度克服金属液压力，更对型砂的强度提出较高要求。

但是，型砂强度也不宜过高，因为高强度的型砂需要加入更多的膨润土，不但影响型砂的水分和透气性，还会使铸件生产成本增加，而且给混砂、紧实和落砂等工序带来困难。

对于容易产生热裂缺陷的铸件也要求强度低些。

此外，工厂的操作习惯和经验也对型砂强度高低的要求起极为重要的作用。

湿型砂经常检测的常温湿态强度有多种，以下将分别进行讨论。

所列举各种型砂强度的单位均为kPa，不再一一注明。

3.1湿压强度一般而言，欧洲铸造行业对铸铁用高密度造型型砂的的湿压强度值要求较高。

欧洲造型机供应商推荐的湿压强度值如下：德国BMD公司和瑞士GF公司气冲型砂以及德国HWS公司静压型砂要求180~220；AGM公司推荐130~180；意大利FA公司气冲型砂—170~200；丹麦DISA公司挤压型砂—180~250；IKO公司调查德国射压造型的型砂—>200。

有些日本铸造工厂对型砂湿压强度的要求偏低。

东久公司推荐无箱射压型砂的湿压强度只是110~140。

丰和公司推荐Hunter造型机无箱水平分型的型砂用140~160。

土芳公司调查八家气冲型砂都在113~180范围内，平均为138。

三菱重工的高压型砂为105~120。

五十铃高压线80~100。

也有个别日本工厂的型砂湿压强度较高。

例如三菱自动车川崎工厂2070挤压线20010，丰田上乡工厂静压线180~220。

北美铸造行业的型砂强度似乎介于欧洲于日本之间。

加拿大矿业于能源中心调查76家铸铁工厂中品质较好的湿压强度在124~207。

福特汽车厂Cleveland铸造厂排气管高压型砂为172，万国收割机公司Loisville铸造厂生产拖拉机缸体高压型砂为134~156。

有人认为欧洲铸造工厂的型砂湿压强度比美、日两国工厂高的原因之一是由于欧洲铸铁用原砂含SiO2高达99%左右，型砂中必须加入大量膨润土才能避免铸件产生夹砂结疤缺陷，以致型砂强度偏高。

我国工厂的高密度造型的型砂湿压强度大多接近美洲和日本工厂。

对于铸铁件而言，除个别铸造厂以外，高密度造型的型砂湿压强度大多在120~200范围内，比较集中在140~180。