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1、湿型砂的性能 为了保证湿型铸件具有良好的表面质量，必须使用良好性能的型砂。本文将介绍高质量湿型砂的性能要求、工厂实际应用实例，并分析型砂性能与铸件品质之间的关系。一般认为使用造型紧实压力150400kPa的普通震压式造型机，砂型平面硬度才只有7080度，垂直面下端硬度可能只有5060度，铸件局部极易产生缩孔、缩松、胀砂和粘砂缺陷。由于砂型平均密度仅1.21.3 g/cm3，称为低密度造型或低压造型。为了克服上述缺点，出现了气动微震造型机，在压实的同时增添了震动作用，改善了砂型紧实时型砂的流动性能，使压实比压几乎相当于提高了一倍，达到400700kPa左右，砂型平面硬度大约为8090度，平均密度
2、可能在1.41.5g/cm3范围内。密度比较均匀，减少了局部缩松、胀砂和粘砂缺陷。近代化造型机的压实比压有可能提高到700kPa或稍高，所得到砂型表面硬度大约为9095度，平均密度可达1.51.6g/cm3，称为高密度造型方法。高密度造型的生产效率高、铸件尺寸精度高，机械加工余量少。应用多触头高压、气冲、挤压（即垂直分型无箱射压造型）、射压、静压等造型机制成砂型都可能达到上述的紧实密度，因而国内外应用日益普遍。为了具体说明湿型砂的性能和控制范围，本文数据搜集大部分取自上世纪90年代中外公开发行刊物。还有一部分数据是由国内各工厂的工程师提供的，凡属未正式发表过的都不注明工厂名称，所列举数据只是当
3、时情况，并不代表目前实际状况。本文中各种性能排列顺序基本上按照日常检验的顺序和常用性。有关型砂检测方法另有专门文章中介绍。1 紧实率和含水量 型砂的手感干湿程度是极为重要的性能，它反映型砂是否处于最适宜的造型状态。直到1969年才找到如何用数值衡量型砂干湿程度的方法，即测定型砂的紧实率。湿型砂不可太干，紧实率不可过低，因为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，紧实率不可过高，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
4、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，以便砂型各处紧实均匀，希望型砂稍干一些。型砂紧实率控制应以造型处取样测定为准。从混砂机运送到造型机时紧实率下降幅度因气候温度和湿度状况、运输距离、型砂温度等因素而异。工厂实测经验表明，一般情况下造型机处紧实率可能比混砂机中低2以上。南方潮湿阴冷季节，紧实率下降可能不足1%。以前的论点是手工造型和震压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50%；高压造型和气冲造型时为45%；射压和挤压造型要求较高的流动性好，紧实率为40%。近年来各国铸造工厂的型砂紧实率都有降低趋势
5、。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。DISA公司挤压造型和HWS公司静压造型都建议用402；AGM公司要求水平无箱吸压造型用405；GF、BMD和FA公司推荐气冲造型用型砂紧实率分别为3540、3842和3639。加拿大矿业能源技术中心1988年调查76家各种造型方法的铸铁工厂中铸件品质优良的高密度造型型砂紧实率为3545。日本土芳公司19791985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%；1998年再一次调查94种型砂紧实率平均值
6、降为35.8%。GF、BMD和FA公司推荐气冲造型用型砂紧实率分别为3540%、3842%和3639%。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3438%之间，比起当年有明显的降低趋势。震压造型和气动微震造型的的起模精度稍差，型砂紧实率可能在3645%。手工造型需要型砂更湿一些，紧实率约在4555%。 型砂含水量指含有水分的绝对量，它是紧实率的从变数。当型砂的干湿程度（紧实率）要求确定后，如果型砂含泥量高，就需提高含水量；含泥量低，就要降低含水量。不过，在正常生产条件下，型砂含水量与紧实率仍然具有一个比率关系。从混砂机运送到造型机时含水量也会下降，大约降低0.10.
7、2%左右，控制型砂性能应以造型处为准。由资料上可以看到国外用高压造型、气冲造型方法生产汽车、拖拉机等铸件的灰铁和球铁铸造工厂高密度砂型的型砂含水量大多数在2.63.8之间(集中在3.2左右)。例如美国通用汽车公司Pontiac铸造厂生产缸体、缸盖的型砂3.03.3，Chevolet铸造厂2.83.4。福特汽车厂Cleveland铸造厂汽缸体高压造型线3.20.2，生产进排气管2.83.4。美国John Deere公司缸体型砂含水3.03.4，缸盖3.53.8，泵阀2.73.1。德国大众汽车公司生产缸体3.43.6。奔驰汽车厂生产刹车鼓3.2。意大利FA公司推荐气冲造型机用型砂3.03.4。瑞士
8、GF公司调查五家欧洲气冲造型铸造厂的型砂含水量分别为2.9、3.64、4.1、4.3和4.4。德国Berndt调查四家气冲和高压铸造厂平均为3.48、3.82、3.87和4.2。日本土芳公司调查八家静压和气冲造型铸造工厂的型砂含水量在2.54.0范围内，平均为3.1。欧美各国的铸钢型砂的含水量和挤压造型的铸铁型砂含水量也在上述范围内。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。国外工厂经验认为湿型砂的含水量也不可过低，假如含水量不足 2.5，只要有0.2%的波动就会对型砂的各
9、种性能造成巨大影响。使用震压和气动微震造型的型砂含水量比高密度造型的型砂高一些，可能在3.44.0%，手工造型含水量更高，通常在4.05.5%。型砂的（紧实率）/（含水量）比值是个重要的控制参数，可表示每1型砂含水量能够形成多少紧实率。高密度造型的型砂最好在1012。由国内几家外商独资或合资企业的检验结果计算比值都大致在此范围内。三家乡镇铸造厂的比值在5.08.5之间，说明型砂中吸水物质过多。2 透气性砂型的排气能力除了靠冒口和排气孔来提高以外，更要靠型砂的透气性。因此砂型的透气性不可过低，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”。因为透气性过高
10、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”，指的是透气性是否在一个适当的范围内。型砂工艺规程应当同时规定透气性的下限和上限。对湿型砂透气性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，要求型砂的透气性比起低、中密度机器造型(如震压造型、震击造型等)的型砂稍高些。BMD公司推荐
11、气冲造型用型砂的透气率为为120140；新东公司要求水平无箱射压造型为120。国际密烘铸铁公司认为高压造型最好用100200。B&P公司的水平无箱射压造型要求60120。AGM水平无箱吸压造型要求80120。国外一些铸造工厂实际应用的高密度砂型的型砂（单一砂、型腔表面无涂料、铸铁及铸钢件）透气率举例如下：德国生产大众汽车缸体的Luitpold铸造厂型砂为90110。Hofmann调查欧州五家铸造厂气冲型砂分别为67、78、89、110和164。Berndt调查两条气冲线透气率平均值分别为75和141.8。加拿大矿业能源技术中心调查76家各种造型方法的球铁和灰铁铸造工厂中，铸件品质优良的透气率在
12、120180范围内。德国Rexroth要求高压造型为110135。美国使用SPO高压造型线生产缸体和缸盖的John Deere铸造厂为7590，通用汽车厂Pontiac铸造厂为100130。福特汽车厂生产排气管用型砂为150。日本土芳公司1998年对5条高压线调查结果平均为148，26条挤压线平均为108。宫本润调查6条水平分型无箱射压线为60115。三菱自动车的2070挤压线作业标准为14020。以上数据可以看出有些透气率数值160，其原因可能是由于有大量粗粒溃碎芯砂混入回用的旧砂中使型砂粒度变粗，或者是由于除尘系统风力过强使旧砂中微细颗粒被吸掉。如果已经影响到铸件表面光洁程度，应当及时向型
13、砂中掺入细粒原砂，或者调整除尘风力和将全部旋风分离器中细粒和布袋除尘器中部分的粉料返回旧砂回送系统中。较为适当的高密度造型型砂透气性大多在100140之间。如果型砂透气性在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。一般机器造型的紧实密度稍低，型砂透气性可以为70100。手工造型便于在砂型上扎排气孔，型砂透气性可以更低，例如5080。应当注意型砂标准试样测得的透气性与砂型的排气能力并非同一概念，因为砂型的排气除了靠型砂的透气性以外，取决于砂型的实际紧实程度：砂型的紧实程度与型砂标准试样有极大区别。同一砂箱中各个部位的差别也会很大。例如气冲造型砂型的工作表面
14、密度较高，而砂型背面就较松软，有利于排气。由于型砂的流动性和可紧实性有限，型腔的棱角、凸缘、深坑等处不易紧实到要求的密度。手工造型和普通机器造型时操作工人可以用手指或用尖头砂冲专门塞紧，而高密度造型机不允许人工操作，这些部位砂型松散最容易造成严重粘砂。生产厚大铸件、金属液压头较高、金属保持液态时间较长、表面被热透的深度较大，机械粘砂更为严重。必要时砂型局部或下砂型需喷涂醇基涂料。对于有砂芯铸件，必须保证砂芯所发气体能通畅地从芯头排出。也还需要各种类型的排气渠道将散发入型腔和侵入金属液的气体排出。生产汽缸体铸件的模样上密布短通气针以及溢流槽、溢流冒口，其目的除了可将混杂气体、渣、砂的脏铁水排出铸
15、件以外，更重要的是保证排气通畅。通气针形成的盲孔即使只扎穿砂型厚度的一半，也会使局部的透气能力提高一倍。有些生产中小铸件的高密度造型方法，如挤压、射压造型等，砂型上不能扎出气孔，可以靠溢流冒口和薄片状排气槽排出气体。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)；浇注铁液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
16、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。型砂的强度用标准试样在受外力作用破坏时的应力值来表示。我国法定计量单位为兆帕(MPa)和千帕(kPa)。以前常用的kgf / cm2 或kg / cm2（千
17、克力/平方厘米，或千克/平方厘米）可按以下等式折算成法定单位：1 kgf / cm2 = 98.1 kPa 100 kPa 0.1 MPa。欧洲铸造行业常用力的单位为N（牛），应力计量单位为N / cm2。1 N / cm2 = 10 kPa = 0.01 MPa。本文所列举各种型砂强度的计量单位均为kPa，以下列举的强度数值姑且忽略单位符号以节省占用篇幅面积。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180220；AGM公司推荐130180；意大利F
18、A公司气冲型砂170200；丹麦DISA公司挤压型砂180250；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110140。丰和公司推荐Hunter造型机无箱水平分型的型砂用140160。土芳公司调查八家气冲型砂都在113180范围内，平均为138。三菱重工的高压型砂为105120。五十铃高压线80100。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180220。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
19、压强度在124207。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134156。有人解释欧洲铸造工厂的型砂湿压强度比美、日两国工厂高的原因是欧洲铸铁用原砂含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，形成了型砂强度偏高的习惯。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120200范围内，比较集中在140180。我国有些工厂湿压强度控制值较低的原因之一是所使用的国产振动落砂机破碎效果不好，大砂块会随铸件跑掉。
20、而且很多铸造工厂所选用膨润土的品质较差，也宁愿型砂的湿压强度稍低些，就无需加入大量膨润土，型砂含水量也可低些。我国工厂震压造型的型砂湿压强度大多在80120上下，手工造型多在6080。湿型铸钢需要防止铸件生成热裂缺陷，因而所用型砂的湿压强度通常比铸铁用砂低些。德国KnorrBremse公司用气冲造型，每箱铸钢件重250kg，湿压强度为180kPa。美国CICERO车辆厂生产摇枕和侧架型砂为90105。日本小松公司的多触头型砂为100120；福岛制钢高压型砂为100130；秋木制钢为3550。我国齐齐哈尔机车车辆厂气冲型砂的工艺规定为70；韶关铸锻厂静压造型为7080。3.2湿拉强度和湿劈强度从
21、材料力学角度来看，抗压强度只是在一定程度上代表型砂中膨润土膏的粘结力，同时又反映受压应力时砂粒之间的摩擦阻力，因而不能用湿压强度值直接说明型砂的粘结强度的好坏，而抗拉强度就无此缺点。BMD公司建议上海机床铸造三厂气冲型砂湿拉强度为2636；DISA公司要求挤压型砂为2025；AGM公司要求真空吸压造型为20。但是测定型砂的湿态抗拉强度必须使用特制的试样筒制作试样，需用专门的试验机来测定常温湿拉强度。所以很多中小铸造工厂都不测型砂的抗拉强度。有人建议按照混凝土试验中曾使用过的办法将圆柱形标准试样横放，使它在直径方向受压应力，就可以得出近似抗拉强度的劈裂强度值。但是，劈裂强度读数误差稍大，测试塑性
22、较高的型砂时读数不够准确。DISA公司推荐的湿劈强度是3034。DISA公司还给出了用劈裂强度估算抗拉强度的近似公式：湿拉强度 湿劈强度0.65。镇江银峰规定湿劈强度3050；天津两家台资铸造厂实测为40和3840；江苏某柴油机厂实测3150。3.3湿剪强度湿剪强度比湿压强度较能表明型砂的粘结力而且容易测定，将普通的标准试样放置在强度试验机的两块具有半面凸台的压头之间，沿中心轴方向施加剪切力，即可测定出剪切强度。GF公司建议我国第二汽车厂的高压造型线采用湿剪强度值为455；BMD公司推荐上海机床铸造三厂的气冲型砂为3236，FA公司提出气冲型砂应为3050。美国Grede调查19891996挤
23、压造型型砂平均为3649。天津某台资厂实测为52，山西一家美资厂实测为3855。另一种较新的湿态抗剪强度测试方法是沿直径方向剪切方法，使用特制的试样筒，在专门试验机上进行测试，剪切断裂平面与试样轴线垂直。这种仪器可以同时测出抗剪强度和剪切断裂时的变形量。所得出的径向湿剪强度数值与轴向剪切强度是一致的。通常生产用湿型砂所测得的径向剪切强度大约有3060kPa，变形量多在0.40mm0.70mm范围内。例如天津某台资厂测得挤压造型型砂径向剪切强度约为60kPa，变形量约在0.50mm。试验工作表明，在型砂中加入糊精、重油等附加物或提高紧实率都可以使剪切变形量大为提高。3.4表面强度（表面耐磨性）湿
24、砂型应当具有足够高的表面强度，能够经受起模、清吹、下芯、浇注金属液等过程的擦磨作用。否则型腔表面砂粒受外力作用下容易脱落，不仅直接影响铸件的表面粗糙度，而且还会造成许多铸造缺陷，例如砂孔、粘砂等。特别是在有些铸造工厂中，从造型起模到合箱浇注之间砂型敞开放置一段时间。在这期间中铸型表面水分不断蒸发，即“风干现象”，可能导致表面耐磨性和表面强度急剧下降。合箱以前的间隔时间长，天气干燥，型砂温度较高时，风干现象尤其严重。因此，应当有型砂试样的表面耐磨性的定量检测方法。美国有人推荐利用测定型砂造型性的圆筒筛，将两只圆柱标准试样并列放置其中，转动1min后称量掉落的砂量，用来代表型砂表面耐磨性。日本较多
25、使用的方法是将标准试样放置在6目筛上，在Rotap震摆式筛砂机上震摆60s，以震摆前、后试样重量的比率称做为“表面安定度(SSI)”。例如东久公司推荐水平分型无箱射压线的型砂试样湿态即时表面安定度为88，所调查6家铸造厂的表面安定度都在88.991.0范围内。土芳公司调查8家静压和气冲线在77.686.6范围内，平均82.5%。三菱重工公司三原铸造厂的高压造型线的表面安定度要求88%。福岛制钢公司的铸钢面砂中加有淀粉0.81.3，要求表面安定度93%；秋木制钢公司生产大型阀门铸钢件，要求9698%。我国江苏某日资厂实测结果在7089范围内；天津一家台资厂实测结果是89.990.6%。在型砂中加
26、入淀粉材料或在砂型表面喷防粘砂涂料都起提高耐冲蚀性作用。有些工厂在天气干燥季节中发现砂型表面有风干现象时，用喷雾器向砂型的型腔少量喷水能使砂型表面的强度得到恢复。天津某日资厂原来在湿砂型表面喷涂表面稳定剂商品提高砂型表面的耐冲蚀性，据了解现也改为喷水。图1 表面耐磨性测定仪实际试验中观察到表面安定度（SSI）试验的试样在筛上出现不规则的颠簸翻滚，使掉落砂量波动。清华大学研制出一种使用钢丝针布对试样表面刷磨表面的耐磨性测定装置（图1），称量1min的磨下量即可代表湿型砂试样的表面耐磨性。用内蒙精选砂100，天然钠基膨润土或钙基膨润土8，a淀粉量01配制型砂，可明显看出加a淀粉的即时磨损量和风干2
27、h后磨损量都大为降低。钙基膨润土试样即时磨损量也同样降低。即时磨下量（g）2 h放置后磨下量（g）紧实率（%）35404545钠土8%空白840-淀粉1%0.372糊精1%120.10.1钙土8%空白16-淀粉1%1.84湿型砂韧性型砂不可太脆，应当具有一定的韧性。否则在起模、下芯、合型和运搬时砂型的棱角和吊砂受到冲击和震动容易碰碎或掉落。但型砂韧性也不应太高，以免其流动性下降而影响砂型的紧实程度。型砂的韧性与湿强度是两种不同的特性。材料力学认为强度代表将物体破坏所需施加的力大小；而韧性反映的是将物体破坏所需做的功大小，它包含了强度和变形量两种参数。测定强度时，在强度和变形量的应力-应变曲线所
28、覆盖的面积表明使试样破坏做功的的大小。图2中型砂A的强度比型砂B高，但是曲线覆盖面积较小，说明使型砂试样A破碎所做功比B小，即型砂A比B的韧性小。图2 型砂强度-变形量曲线4.1 变形量金属材料通常使用摆锤式试验机测得冲击值代表韧性，也从抗拉强度的试棒受拉力前与拉断后的尺寸变化测得变形量（延伸率）。然而为了测定出使型砂破坏所需做的功，不能用冲击值试验。因为型砂试样受冲击时，斩断型砂试样需做的功相对有限，而使碎断试样高速度飞逸需做的功极大，测试结果的灵敏性很低。另一个可能的方案是测定出型砂试样破坏时的变形量。早年有人曾经试图用型砂强度试验机和附带的千分表同时测得湿压强度值和达到最高湿压强度值时的
29、变形量，近似计算出使试样破碎所需做的功当做韧性。计算式如下： 型砂韧性 湿压强度变形量1000式中的湿压强度单位为磅/平方英寸，变形量单位为英寸。型砂的抗压强度值容易用强度试验机测出。但是进行试验时，千分表的指针开始缓慢转动，到试件破坏时指针猛然旋转到底，是不可能靠眼睛准确读出达到强度最大值时的变形量。因此，这种试验方法没有得到推广。图3 SJB型型剪切强度及变形量仪器工作原理图1固定支架 2试样筒 3测试环4压力传感器 5锁紧螺钉6位移传感器 7螺旋测微计 8摇柄 9微型计算机系统变形量是一项重要的型砂性能，其含义可以理解为：型砂试样受到外力作用直到破裂以前，各砂粒之间的相对位置有一定程度的
30、错动，但仍然被粘土膜彼此粘连而未脱离的性能。所谓型砂的“可塑性”就是变形量的表现。手捏型砂感觉是否“柔软”和“扎手”也是变形量大与小的不同。清华大学研制出的剪切强度及变形量仪器（图3）能够方便地从螺旋测微计的标尺刻度上读出型砂试样断落时的变形量。除此以外，气动型砂多功能试验机内置有位移传感器（图4），微机处理系统可以同时测定并显示出试样强度值以及开始出现断裂时的变形量。如果将测定得出的应力应变曲线所覆盖的面积进行积分，就可以计算得出型砂试样的韧性。同时测得的变形量也使型砂的“可塑性”、“柔软与否”等性能数值化。4.2 破碎指数图4 SMT型气动型砂多功能试验机结构简图 1-立柱式框架结构 2-
31、加载气缸 3-试样加载夹具 4-测力传感器 5-位移传感器 6-控制及数据处理系统破碎指数是一种简便的韧性测定方法。英国铸铁研究所采取的办法是将圆柱形标准试样自6英尺(1828.8mm)高处自由落下到f50mm的铁砧上，然后溅落到铁砧周围的f300mm每英寸2目的筛网上。小砂块通过筛网漏到网下的底盘中，大砂块则停留在筛网上面。大砂块越多表明韧性越高。这种试验方法在欧洲应用较多。破碎指数的计算如下式： 图5落球破碎指数测定原理 英国Schofield建议根据砂型的造型紧实压力不同，型砂采用不同的破碎指数。低压、中压和高压造型适用的型砂破碎指数分别为7075、7580和8085。国际密烘公司则推荐
32、生产汽车件的高压型砂破碎指数应控制在7580。这种试验仪器的缺点是结构比较高大，操作不方便；而且测试高韧性型砂时，试样掉落后大部分呈圆锥形堆积在铁砧上，而不是停留在筛网上。上世纪60年代末期美国Dietert等人又改为将圆柱形标准型砂试样放置在铁砧上，用一个钢球（重510g）从1 m高度砸下，砸在试样上使它碎开，并向直径为f200mm的筛圈碰撞而破碎。大块停留在筛网上面，小块通过10mm筛网漏到底盘中（图5）。按照上式计算出型砂的破碎指数，型砂的破碎指数越大，表示它的韧性越高。从而将仪器外形尺寸缩小和容易操作，也消除了铁砧上的锥形残余堆积型砂。我国仿制的SRQ型落球式破碎指数测定仪存在问题是钢
33、球落下后并不停置在铁砧上，它将继续从铁砧台上滚落到筛网上，使一部分本来停留在网上的砂块受振击和碾压而通过筛网，从而影响测试结果。后来仪器工厂为了防止钢球滚落，将具有三根直立细钢丝的钢环套在铁砧上，用来防止落在铁砧上的钢球滚动。我国有几家高密度造型铸造工厂测得破碎指数7580%，此仪器的另一缺点是筛网嫌稍密，常用型砂的试样破碎后留在筛上的砂块较多。在合理范围内变动膨润土量、紧实率等参数时，破碎指数的数值展开不够宽，表明其测试灵敏度差。清华大学的研究工作表明，如将仪器采用网孔中心距3/8英寸（9.53mm）的筛网改换为中心距12.7mm（1/2英寸），则可使破碎指数的变化范围扩大。从下表可以看出用
34、标准砂及国产天然钠土混砂，固定紧实率改变膨润土量，固定膨润土量改变紧实率，用中心距1/2英寸筛网测定破碎指数都比用3/8英寸筛网测得结果范围加宽。膨润土量和紧实率不变，加糊精02%，测得紧实率的数值范围展开更加明显。钠基膨润土（%）581085紧实率（%）403040506050糊精（%）00.512破碎指数（%）3/8英寸筛网77818578818892808589921/2英寸筛网65748370748591687880905 起模性 型砂的起模性是一个极其复杂的综合特性，它指的是起模时砂型的棱角、边缘和砂台不破碎的性能。模样的材质、起模斜度、表面粗糙度、清洁度、与型砂的温度差异、脱模剂有
35、无和种类、是否形成真空、砂型紧实松紧程度等因素都直接影响起模难易。有几种型砂性能也是影响起模难易的关键。起模时模样侧面对所接触的砂型形成剪切作用力，砂型的吊砂和凸台受到拉拔作用力，所以型砂的抗剪和抗拉强度对起模性能有密切关系。但是紧实程度越高，型砂的破碎指数随之提高，而砂型就越难起模，所以不能以破碎指数代表起模性。值得注意的是型砂变形量和顶出阻力两种参数。 变形量：型砂较干，强度虽然提高，但变形量小，起模时就最易破碎。手工造型的起模前在围绕模样的砂型棱角上刷水，虽然使局部的砂型强度剧烈下降，但刷水提高了局部砂型的变形能力，起模时受模样水平方向振击和碰撞能够退让变形，就能避免砂型棱角剪切破损。振
36、动起模机器造型也是形成适量的变形量以保证起模顺利。除了使型砂干湿程度合适以外，加入a-淀粉、糊精、重油等附加物都会使变形量显著提高。通常生产用湿型砂所测得的变形量多在0.40mm0.70mm范围内。图6 起模阻力测定装置(2) 试样顶出阻力：瑞士Hofmann在液压式强度仪上安装一个附加装置，对试样筒中型砂试样的一端施加压力，测定出使试样在筒中开始移动所需的力，称为顶出阻力（图6）。顶出阻力可以认为是起模时砂型与模样之间的摩擦阻力和粘附力的综合表现。清华大学对型砂成分与试样顶出阻力关系的研究所用型砂配方为大林标准砂100%和天然钠基膨润土315%，紧实率3060%，试样冲击次数112。糊精、a
37、-淀粉、重油液加入量01%。结果如下表，表中的型砂试样摩擦阻力单位为“牛(N)”，与千克力(kgf)的换算式为：1kgf = 9.81N。结果表明型砂的膨润土含量对试样顶出阻力仅有不大的影响。而提高紧实率和减少试样冲击次数都能降低试样的顶出阻力。值得注意的是提高紧实率不仅如上段所述的增大型砂变形能力，而且还能降低型砂与模样间的摩擦力，二者都有利于起模。研究结果还表明，型砂中加入糊精或a-淀粉1%可使型砂对模样的摩擦阻力约减为1/31/2，对起模尤其有利。膨润土%831588紧实率%306045453548试样冲击次数331121123附加物1%0糊精a-淀粉重油液试样顶出力N375125135
38、1547920117563518758771656 型砂流动性和可紧实性图7 阶梯试样硬度差法测流动性 1金属块2试样筒3冲头型砂的颗粒在外力作用下可以紧密靠近的性能称为可紧实性。具有良好可紧实性的型砂能够保证砂型表面密实。型砂在外力作用下质点可以自由地竖向和横向移动，越过模样的边角，通过狭窄缝隙和孔洞的性能称为流动性。具有良好可紧实性和流动性的型砂能保证砂型的硬度分布均匀，棱角、凸台清晰无疏松，铸件表面光洁和无局部机械粘砂缺陷。可紧实性和流动性两者之间的关系极为密切，而且难以严格区分。通常流动性好的型砂可紧实性也好。手工造型时依靠工人的操作技术，型砂可紧实性和流动性的好坏似乎并不重要。但是对
39、于机器造型生产的铸件表面品质而言，型砂具有良好的可紧实性和流动性是极其关键的。然而型砂的充填紧实方法种类繁多，射砂压实、吸砂压实、震击压实、微震压实、气流冲击、动力冲击和单纯压实等造型方法所要求的可紧实性和流动性都可能有一些区别。因而至今没有适用于上述造型方法的统一测试方法。本文仅介绍几种使用稍多的测试方法如下：(1) 试样硬度差法: Kyle提出将型砂过筛使它均匀分散，称取170g置入圆柱形标准试样筒中。用锤击式制样机冲击一次后，顶出试样，用湿型硬度计测量试样两端的硬度。硬度差别越小，说明其可紧实性越好。(2) 将冲击f5050mm标准试样所需型砂量置入试样筒中，放到制样机下先用重锤冲击两次
40、，记下试样高度，再用重锤冲击第三次和记下的最后高度。用第三次冲击前后的试样高度的改变（mm）表示冲击阻力。这就是日本系统的铸造工厂所测定的型砂“抗缩值”。江苏一家日资铸造厂要求面砂抗缩值为1.300.15mm；另一家外资铸造厂实测为1.11.2mm。图8 漏孔法测流动性 1标准试样筒 2型砂3制样机冲头 4漏孔柱(3) 阶梯试样硬度差法: Orlov提出的试验方法为在圆柱形标准试样筒中放置一块高度为25mm 的半圆形金属块（图7）。将110 120g型砂放入试样筒中，用制样机冲击三次，或用压力为1 Mpa的液压制样机压实。将试样筒翻转后先测定试样筒底盖端面的硬度，将试样顶出一半距离后再测定金属
41、块端面的试样硬度。二者的硬度值差别越小，说明型砂向空隙中移动的流动性越好。 漏孔法：称取170g型砂放入标准试样筒中，先在制样机上冲1次，而后将试样筒放在一个有f25mm漏孔的圆柱上再冲2次。将从漏孔中落下的型砂进行称量（图8），通过漏孔落下的型砂越多，说明型砂通过孔洞的流动性越好。图9 环形孔腔法测流动性1 试样筒 2环形空腔 3型砂 4制样机冲头(5) 环形空腔法：为GF公司型砂仪器中一种测定型砂流动性的附件（图9）。先将型砂冲制成圆柱形标准试样，并称量其重量。再按此重量称取型砂，置入专门的环形空腔试样筒中，在制样机上冲击3次。测量试样的高度，高度越小，表示型砂向侧面空腔的流动性越好。此法
42、反映型砂受力后向各个方向的移动能力，比较接近在冲击紧实时型砂的实际运动情况。(6) 试样重量法:更为简单的实验方法是称量试样重量方法来对比不同型砂的流动性和可紧实性。称量测定型砂紧实率后的试样重量，可反映不同型砂在松散状态下流动的性能，可称为松散流动性。将型砂标准试样重除以容积235.62cm3可得型砂的堆密度，德国Rexroth要求堆密度为0.860.94g/cm3。称量f5050mm 标准圆柱试样的重量，可反映不同型砂在紧实过程中的可紧实性。德国IKO公司调查工厂的平均值为145155g。Rexroth公司规定为148150g。江苏一家日资企业实测为144145g；山西山西美资铸造厂实测1
43、47148g；天津台资厂规定为145155。如果标准试样重量较低，估计其原因是型砂中灰分过多。 湿型砂中原砂的颗粒形状对型砂流动性和可紧实性有明显影响，尖角形原砂的型砂可紧实性和流动性比圆形砂低。如果湿型砂的膨润土含量和紧实率不变，用椭圆形內蒙砂混制型砂的圆柱形标准试样重量比用方角形新会砂大约重10g以上。江苏某外资铸造厂用内蒙圆形砂替代福建砂后发现不但型砂流动性提高，而且型砂含水量也有下降。型砂经过松砂处理可以减少团块和提高可紧实性。一般情况下，型砂的韧性较高，则其流动性和可紧实性就可能降低。提高型砂的膨润土量或加入糊精能够提高型砂韧性，但都会使流动性和可紧实性下降。型砂的紧实率较高时，钠基
44、膨润土型砂流动性和可紧实性明显低于钙基膨润土型砂。在铸造工厂的日常生产中，只是当型砂的组分的比例有较大变化或者添加某些新的附加物时，才有可能显著影响可紧实性和流动性。7 型砂含泥量型砂和旧砂的泥分是由两部分组成。第一部分为活性组分，包括有效的膨润土和有效的煤粉。其数量主要取决于材料的品质、铸件的厚薄和大小、如果使用的膨润土属于优质产品，高密度造型用型砂中有效膨润土量67%已然足够使湿压强度达到160200kPa。如果使用的是高效煤粉，有抛丸机清理铸件，有效煤粉量大约只需34%即可。因此高密度造型的型砂中活性组分总量约为911%。第二部分为惰性组分，即灰分，包括失效的膨润土和煤粉、被混砂加入的膨
45、润土和煤粉带入的杂质、以及所加入新砂的泥分组成的。德国Mettman铸造厂要求型砂泥分中灰分不超过3.0%，国外也有人主张应当不超过3.25%。在保证型砂的紧实率、强度等性能处于适宜状况条件下，型砂的含泥量不可过高。个别铸造厂的型砂含泥量过高的原因可能是所使用的原砂、膨润土和煤粉品质不良，旧砂缺乏有效地除尘处理造成的。含泥量过高会导致型砂透气率下降，含水量上升，铸件气孔缺陷增多。如果是由于灰分增多而形成的含泥量过高，除了强烈影响透气率低和含水量高以外，还会引起型砂韧性变差，造型时起模困难，砂型棱角易碎，吊砂易断，铸件砂孔废品率提高。含泥量也不可过低。有些多砂芯发动机铸造工厂的型砂出现含泥量过低
46、现象，这是旧砂中混入大量溃碎树脂砂芯造成的，不仅型砂透气率过高，而且导致处于最适宜干湿状态的型砂含水量太低，型砂性能对水的影响更加敏感。型砂含水量变化0.2%，强度等性能就会显著波动，使得混砂难以控制。 在使用单一砂的砂系统中，型砂与旧砂的含泥量是不同的。一般单一型砂比旧砂的泥分含量多0.51.5左右，个别工厂中可能相差1.53.0。只有根据型砂的含泥量才能较准确地说明对型砂性能的影响。我国很多工厂只控制旧砂含泥量的原因是旧砂含泥量比型砂少，测试比较方便。但是旧砂和型砂含泥量的测定都大约需要一天，并未节省时间。一些国外生产铸铁件工厂型砂含泥量的情况举例如下：美国的汽车制造厂型砂含泥量大多较低，
47、例如John Deere生产球墨铸铁的高压造型型砂含泥量为7.58.8%。International Harvester生产拖拉机缸体的型砂含泥量为910%。GMC生产雪佛兰缸体型砂为911%；德国Meinheim的John Deere 工厂的三种型砂含泥量的控制指标分别为10.012.5、11.013.0和11.013.5%；Luitpold铸造厂生产大众汽缸体用型砂为1213.5%。日本三菱自动车的SPO线型砂管理标准规定含泥量为1214%，五十铃汽车厂型砂含泥量为9.6%。DISA公司推荐一般挤压造型机用型砂含泥量为1113%，而较大的2070型造型机用型砂的含泥量为1214%。BMD公司要求上海机床铸造三厂气冲线1013%。大发汽车厂要求天津内燃机总厂的汽车铸铁件静压造型的型砂含泥量为1011%。B&P公司对大连机床厂的射压造型线要求型砂含泥量10.513.5%。GF公司对常州柴油机厂气冲线提出的型砂
