粘土砂造型线型砂质量控制要求

水平分型脱箱射压造型线对型砂性能水平分型脱箱射压造型线对型砂性能的的
要求及与之配套的砂处理系统型砂质量控制方法
无锡市华佩机械制造有限公司 王孟苏
一、 前言
自改革开放以来，我国铸造企业先后从国外知名公司引进了数百条有箱和无箱自动造型线，但多年来使用效果不甚理想，很多进口自动线不能正常投入使用，即使投入生产的自动造型线，其实际生产率一般在设计能力的50-80%，（数据摘自中国铸造协会2000年10在上海召开的“自动造型线在中国应用现场经验交流会”论文集——国内外铸造生产线设计、生产中存在的问题及其解决办法的建议——机械工业部第四设计研究院）。

造成这一状况的因素是多方面的，首先首先
首先现代化的自动造型线是一个技术含量较高的系统工程，牵涉到机械、气动、液压、自动控制多学科综合技术，任何一个环节出了问题都会影响到自动造型线的正常运行，此外此外，这些湿砂自动造型线都需要配置一套庞大而完善的成套砂处理系统来提供符合性能要求、质量稳定的型砂，这点又往往是国内众多铸造企业常常忽视的地方，也是造成自动造型线运转率不高的一个重要制约因素，除此之外除此之外
除此之外，熔化、浇注等设备是否匹配、铸造工艺技术水平等因素，任何一个环节出现故障均会影响自动造型线正常运行，再有再有
再有，如何掌握现代化的管理方法和培训出一支能熟练掌握这些自动化设备的使用、维护、保养专业技能的员工队伍，也是一个极其重要的任务，因此无论是从国外引进的或是国产的自动造型线，其实际生产率都不可能达到设计生产率，以相对结构比较简单的水平分型脱箱造型线和垂直分型无箱挤压造型线的统计数据来看，其设备运转率相对较高，分别为≥85%和≥90%。

下面着重对如何使用管理好配套的砂处理系统，介绍一些具体的做法。

二、 水平分型脱箱射压造型线对型砂的性能要求
对型砂的性能要求 项目
推荐数值 备注 湿压强度（kpa ）
（kgf/cm 2）
120~140（kpa ） 1.2~1.4（kgf/cm 2） 湿拉强度（kpa ）
（kgf/cm 2）
~20（kpa ） ~0.2（kgf/cm 2） 参考值 透气性
≥120 紧实率%
38±2% 型砂水份含量%
须调到紧实率为38±2% 有效膨润土含量%
＞7.5% 含泥量%
11~14% 包括有效膨润土含量及灰份 砂温
≤室温+10℃ 砂子粒度
70/140
对表列各项指标作一些解释：
1、湿压强度：1.2~1.4（kgf/cm2）是保证砂型成型的要求，特别对于脱箱造型来说，必要的湿压强
度才能保证砂块的完整，湿压强度（正常生产时每小时测量一次）过低的型砂经不起浇注铁水的冲刷而损坏造成铸件废品。

2、湿拉强度：是保证良好的起模性能，特别对于吊砂和细狭的型腔更为重要，目前国内缺少此种
测检仪器，只做为参考数据。

3、透气性：水平分型脱箱射压造型线，压实比压在0.7~0 .9 kgf/cm2属于高压压实范围，砂型紧实
度高，如果型砂透气性低，容易造成铸件气孔的产生，而模板压实产生气孔的可能性要比压板压实情况有较大改善（正常生产时每天测2~3次）。

4、有效膨润土含量：膨润土在湿型砂中主要是起粘结作用，但在浇注过程中靠近铁水的那一部份
的型砂中的膨润土会因铁水的高温作用使膨润土的结晶体结构完全被破坏，变成没有湿粘结力的死粘土，因此在混砂过程中要补充加入一定数量的新膨润土，以保证型砂中有粘结力的膨润土含量，才能保证型砂的湿强度，在射压造型中应选用优质膨润土以减少加入量，使型砂中的总含泥量（灰份）降低，有利型砂性能的稳定及有较好的流动性（正常生产每天检测一次）。

5、含泥量：型砂中的含泥量包括有效膨润土、煤粉、失效死粘土、失效焦化煤粉细粒、破碎细砂
粒等，其总量应控制在11-14%，失效的死粘土和失效的焦化煤粉细粒及其他破碎细粒（统称灰份），其总含量控制在5%以下，如果是灰份含量过高，会使型砂的吸水量增加，透气性下降，而且表现在湿压强度不变的情况下，使型砂的韧性、热湿拉强度下降，铸件易产生气孔、夹砂、冲砂等缺陷（正常生产每周检测一次）。

6、砂温：是指混制后用于造型时的型砂温度，造成型砂温度过高有多方面的原因，首先是落砂后
的热旧砂没有经过很好的降温措施，或周转储备量过小，造成回用旧砂温度过高，其次混砂时间过长，特别是转子混砂机混制时间不宜超过120秒，否则混制的型砂温度会迅速升高，型砂温度太高会带来一系列问题，主要表现在以下几方面：
（1） 将热型砂送往造型机的过程中，由于沿途水份蒸发使型砂性能改变，造型时实际上所用的型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大（测定型砂紧实率可以反映出其变化）。

（2） 造型时，热型砂的水份容易凝结在模型表面，造成模型粘砂。

（3） 合型后，热砂水份蒸发，砂型表面疏松，容易冲砂，使铸件表面粗糙，而且凝结在芯子上的水份会使芯子强度降低，铸件也易产生气孔。

因此在砂处理系统中对旧砂应有良好的冷却措施和足够的周转量储备
7、紧实率及型砂水份含量：
紧实率是一种试验湿态型砂性能的方法，在一定的混碾条件下，围绕造型目的，使混合料各组分（砂、膨润土、煤粉等）混合均匀所需的适当水分是由紧实率来决定的，加水量的差异主要由型砂成分决定，即由原砂粒度、粘土（膨润土）类型、煤粉等附加物各自的加入量及旧砂中的含泥量决定的，控制紧实率是控制型砂制备获得最佳综合性能的最简单、最直观、最经济的方法，紧实率也反映型砂在造型紧实过程中和紧实后的性能，因为紧实率就是在试样筒中测定松散型砂在一定压力作用下试样高度的压缩程度，它模拟砂箱中型砂在造型机上受压后的
紧实情况，因此只要保持型砂的紧实率一定（例如我们要求的38±2%，用户可在实际生产中根据实际情况作些微调，但其上、下偏差量值应控制在±2%范围内，以保证型砂紧实率的稳定性）就可以保证造型机上砂型紧实质量的一致性，在实际生产中结合模样形状、高度及在模板上的布置，吃砂量等工艺因素提出对型砂最合适的紧实率要求，然后按设定的紧实率值在制备型砂时调节试验，找出规律，确定合适的加水量，因此说测定紧实率是混砂通过调节加水量以获得型砂调匀性的最简便快捷的检测手段，尤其在自动化造型线上，由于生产的铸件相对固定，砂铁比波动不大，旧砂的性能相对比较稳定，要控制好紧实率稳定是不难做到的事情（正常生产时每半小时检测一次，调试阶段为了找规律应增加检测频率）。

三、生产现场如何来具体控制型砂混制质量
依前面所说型砂混制质量控制最简便易行、效果明显、经济实用的方法就是测定“紧实率”，在国内外一些企业采用“紧实率在线控制仪”对型砂在混制过程中自动检测以控制型砂质量，但只要保证按规定严格坚持“紧实率”的人工检测，找出其规律加以控制，就可以保证造型后的砂型紧实效果和一致性，所以控制好型砂的紧实率就能保证造型线顺利运行，减少铸件废品的产生。

在砂处理系统调试的初期阶段，要求每混碾一次都要检测紧实率，目的是通过对每一次混碾的型砂测得的紧实率对比，掌握加水量的规律，以达到稳定生产的目的。

但要做到这一点有几个前提：
（1） 每次加砂量（例如：1.0吨或1.2吨）以及膨润土、煤粉、加入量必须衡定，然后根据要求应达到的紧实率预设加水量（在掌握回用旧砂含水量的前提下），没有定量基准就得不到
可靠的对比数值，“不能用砂干了加水，水多了加砂”，这样没有定量基准，就永远找不
到规律。

（2） 为了能掌握好混砂时的加水量，一定要注意回用旧砂和新砂中的水份“预检测”工作，只要掌握好回用旧砂和新砂的实际含水量后，在混砂机中控制起来就容易多了，否则若回
用旧砂中的水份波动很大，在混砂机中调整加水量就会很困难，一是没准数；二是来不
及调整。

具体做法：可从储砂斗出料皮带输送机上出来的旧砂中取样检测水份含量，每
间隔10-15分钟取一次样并作批次、取样时间等记录，计算出每小时的算术平均值，并
画出每天旧砂水份变化曲线，便于找出规律及旧砂含水量变化范围，由于是采用造型线
生产，而且基本上是生产同样的铸件，其旧砂的含水量也会相对稳定，可以在多次检测
中找到实际含水量范围，作为混砂时加水量的依据。

（3） 在整个混砂过程中向混砂机中加水时，可分为两次，第一次为总加水量的80~90%左右，第二次为总加水量的20~10%左右，其具体混砂工艺流程见下图。

记录每次加砂量和加水
量，混制好的型砂在检测紧实率的同时，取一小部份同样的型砂用塑料袋装好封口（防
止中途蒸发一部分水，造成测得的结果与测紧实率那一部份型砂有误差），并做好标记（日
期、时间、批次等）送去测定水份含量，并把同一批次的型砂紧实率和含水量记录在预
先设计好的表格中（见附表），并根据记录的数据绘制其变化波动曲线，经过多次对比后，
就可逐步找出紧实率和最合适的加水量的关系，便于以后在生产中稳定控制。

（4） 夏季时间因气温高，型砂在输送过程中会蒸发一部份水份，因此对混好的型砂紧实率可控制在上限，根据现场实际情况调整，平时也要分别在混砂机处和造型机上方两个人取同一碾混制的型砂做紧实率变化对比，以便找出变化规律，在混砂机处根据变化差异适当提高其型砂紧实率。

混砂工艺流程图
附：1、每日旧砂水分及温度检测记录表
2、每日型砂混制性能检测记录、质量分析表。

3、型砂紧实率与含水量关系图。

4、型砂紧实率波动变化曲线图。