型砂

型砂一般由鑄造用原砂、型砂黏結劑和輔加物等造型材料按一定的比例混合而成。型砂按所用黏結劑不同，可分為黏土砂、水玻璃砂、水泥砂、樹脂砂等。以黏土砂、水玻璃砂及樹脂砂用的最多。 ^[2] 

型砂在鑄造生產中的作用極為重要，因型砂的質量不好而造成的鑄件廢品約佔鑄件總廢品的30~50%。

通常對型砂的要求是：

①具有較高的強度和熱穩定性，以承受各種外力和高温的作用。

②良好的流動性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒間相互移動的能力。

③一定的可塑性，即型砂在外力作用下變形，當外力去除後能保持所給予的形狀的能力。

④較好的透氣性，即型砂孔隙透過氣體的能力。

⑤高的潰散性，又稱出砂性，即在鑄件凝固後型砂是否容易破壞，是否容易從鑄件上清除的性能。

由天然硅砂、黏土、輔加物和水混合而成。製造濕砂型的黏土砂所用黏土為膨潤土，濕抗壓強度一般為0.05～0.1MPa。含水量為3.5～5%，透氣性為80以上，常用於機器造型，也可用於手工造型。

製成的砂型不經烘乾可直接澆注金屬液，具有生產效率高、成本低和生產週期短等優點。濕型用黏土砂在鑄造生產所用的型砂中約佔60%。由於濕砂中水分較高，強度和透氣性較低，鑄件易於產生氣孔、夾砂、黏砂、脹砂等缺陷，手工造型，尺寸精度較低，一般只用於生產中小型鑄鐵件及鑄造有色合金鑄件；機械造型，尺寸精度高，適用於大批量鑄件的生產。

製造幹砂型的黏土砂所用黏土為高嶺土，其濕態水分較高。製成的砂型要在250～400℃左右温度下烘乾後再合型澆注，一般用於鑄鋼件。幹砂型由於能源消耗大，生產週期長，尺寸精度差，已逐漸被淘汰。

由硅砂、水玻璃和輔加物混合配製而成。製成的砂型可吹以

實現硬化，也可採用加熱硬化或在有機酯的作用下自行硬化等方法。

這種型砂可用於製造鑄鋼件和鑄鐵件的砂型。過去水玻璃砂有落砂困難和舊砂不易再生等缺點，應用受到一定的限制。

1999年，新型水玻璃酯硬化自硬砂問世，水玻璃加入量1.8-3.0%，可使用時間可調節，可實現機械化造型、制芯，舊砂可再生，80-90%可回用，現已在鐵路機械、冶金機械、重型機械、礦山機械、通用機械廠幾十家企業推廣使用，成功澆注從幾公斤到幾百噸重鑄件，經濟效益、社會效益顯著。新型水玻璃酯硬化自硬砂是公認的環境友好型造型材料。

由硅砂、樹脂和硬化劑等混合配製而成。

常用的樹脂有呋喃樹脂、甲階酚醛樹脂、鹼性酚醛樹脂及尿烷樹脂。用這種型砂製成的砂型強度高、尺寸偏差小、潰散性好、能源消耗少，可用於鑄鋼、鑄鐵及鑄造有色合金鑄件的生產，鑄件的表面質量和尺寸精度高。樹脂自硬砂是一種很有發展前途的造型砂。

型砂性能主要有兩方面因素決定，一是構成型砂的材料組成；二是型砂的混碾狀況 ^[3]  。

型砂的材料構成主要是由舊砂、原砂、膨潤土和添加劑（FS粉）等組成。由於型砂95%以上是舊砂，而舊砂由於澆注鑄件的砂鐵比不同、芯砂混入量不同等因素的影響，導致材料構成的波動非常大。

因而要控制型砂的構成，就必須對型砂中的有效膨潤土含量、有效添加劑含量及含泥量進行檢驗，以便確定混砂時膨潤土、添加劑（FS粉）和原砂的補加量。

型砂緊實率的控制範圍、型砂的混碾效率反映了型砂的混碾狀況。型砂緊實率的控制範圍是指緊實率的波動範圍，波動範圍越小，型砂緊實率的控制水平越高。型砂的混碾效率是指混製出的型砂性能與經過充分混碾後的型砂性能的百分比，混碾效率越高越好。

當前，鑄造業仍以普通濕砂型鑄造為主，型砂質量對鑄件有着直接和重要影響。實際生產統計表明，鑄件廢品中有60%以上源於型砂及鑄型質量問題。為了降低鑄件廢品率，提高經濟效益，幾十年來，鑄造工作者研製出多種型砂自動檢測裝置及型砂質量控制系統 ^[4]  。

但是到目前為止，還有很多的型砂性能和組分仍然侷限於間接和近似的檢測與控制，尚待鑄造工作者進一步開發。因此，型砂質量的自動檢測與控制一直是鑄造領域的重要前沿研究課題之一。

砂型鑄造生產的鑄件質量與黏土砂的質量關係重大。黏土砂質量不好，將會造成大量鑄造廢品，統計顯示，造型及制芯成本佔鑄件成本的一半，鑄件廢品中有60%是由造型及制芯因索引起的，鑄件焊補缺陷70%與造型、制芯材料有關，清鏟工作80%的工作量涉及造型材料。以缸體、缸蓋為代表，砂眼、氣孔、起皮、漏水等缺陷分別佔廢品率的55%和60% ，影響生產的型廢率約佔6% ~10% ，每噸鑄件的耗砂量需1.2~1.5t，這些數據遠遠高於工業發達國家的一般鑄造水平。

綜上所述，造型材料的改善，對提高鑄件質量和產量、降低成本、改善車問工作環境等有着極為重要的意義 ^[5]  。