文档介绍：粘土湿型砂及其控制要点

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,说其历史悠久,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,其使用范围之广,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,美国生产的钢铁铸件中,用粘土湿型砂制造的占80%以上;日本的钢铁铸件中,用粘土湿型砂制造的占73%以上。
适应各种造型条件的能力极强,也是粘土湿型砂的一大特点。从人类进入青铜时代起,长期用于手工造型,生产了无数精美绝伦的产品。1890年震压式造型机问世以后,用于机械造型也极为成功,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,也都是以粘土湿型砂为基础的。
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,也使粘土湿型砂不断面临许多新的问题,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,随着科学技术的迅速发展,各产业部门对铸件的需求不断增长,同时,对铸件质量的要求也越来越高。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,或不能有效地控制其稳定、一致,则不用多久就可将铸造厂埋葬于废品之中。
目前,采用粘土湿型砂的铸造厂一般都备有适合其具体条件的砂处理系统,其中包括:回收砂的处理、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。
由于各铸造厂砂处理系统的安排不同,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,将扼要谈到粘土湿型砂的特性及一些目前已被广泛认同的控制要点。在理解这些要点基础上,可根据企业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实际能力(包括人员和资金)的增强,不断改进型砂系统。
一、粘土湿型砂的特性
通常都说粘土湿型砂的粘结剂是粘土,实际上这种提法是不太确切的,单用粘土,不能粘结砂粒、使型砂具有强度,粘土湿型砂中的粘结剂是粘土和水按一定比例配合组成的,水是粘结剂中的重要组成部分,只不过水太平常了,所以往往未得到足够的重视。
1、土-水比
如果按活性粘土和水各自在型砂中所占的份额,将活性粘土和水按比例单独混合,得到的是粘稠的膏状体,类似于为制作饺子所和的面团。按土质学方面对粘土-水系统的稠度划分原则,粘土湿型砂中的土-水混合物属于“半固态”范围,实际上型砂中将砂粒粘结起来是这种膏状体,我们将其称之为“粘土膏”。
目前,粘土湿型砂中所用的粘土都是膨润土,水和膨润土混成的粘土膏,大体上是在土-水比为3:1左右时强度最高。采用高压造型工艺时,为得到高强度的铸型,型砂中所含的活性膨润土和水分的质量分数之比,大体都在3:1左右。在这种条件下,型砂的可紧实性也最适合高压造型的要求(约在35~45之间)。
粘土膏的水分增多,其粘度随之降低,强度也相应下降。采用震压式造型机造型时,使型砂流动并将其紧实所需的能量比高压造型小得多,型砂的强度就应该低一些。因为型砂的强度越高,其抵抗变形的能力越强,造型设备提供的能量不足,就难以使铸型具有必要的紧实程度。为适合这种条件,型砂中的土-水比就应该高一些,一般以控制在3:2左右为合适。
2、粘土湿型砂的砂粒结构
砂粒之间的粘结,是靠粘土膏实现的。理想的情况是:水和粘土混合得很好,成为均匀的粘土膏,粘土膏又均匀地涂布在每一砂粒的表面上,砂粒之间由其表面的粘土膏彼此相连而形成的粘结桥粘结起来,如图1所示,其间的空隙可使型砂具有必要的透气性。
图1 粘土湿型砂理想的砂粒结构
要将粘土和水混成均匀的膏体是很不容易的。泥塑艺术家和制陶器的技师混制膏体时,要先将其混匀,再放置一段时间使之熟化,然后还要揉搓、摔打。粘土湿型砂中的粘土膏,质量要求当然没有这样严格,但要使膨润土充分吸水、调混均匀并均匀涂布在每个砂粒表面上也是非常困难的。
在生产条件下,混砂的时间是非常有限的,不仅不可能使粘土和水调配均匀,其在砂粒表面的涂布状态也与图1所示的也相距甚远。完全用新砂配制粘土湿型砂,混成砂的实际砂粒结构示意图见图2。反复使用的系统砂,涂土膏在砂粒表面分布的情况要好一些。
图2 用新砂配制的粘土湿型砂砂粒结构示意图
3、粘土湿型砂的混砂效率
混砂效率= ×100(%)
有效膨润土量
活性膨润土含量
有鉴于在生产条件下粘土湿型砂中的粘土和水不可能充分混合,美国的C. E. Wenniger提出了“混砂效率”的概念。粘土湿型砂的混砂效率是指:型砂中实际上起粘结作