【热坛讲堂】铸造自动生产线型砂质量控制核心指标解析
随着我国铸铁业的发展，对铸件品质的要求日益提高，并且由于其他诸多因素的影响，越来越多的生产厂家安装使用了高密度造型生产线，而高密度潮模生产线对型砂的质量有着严格的要求。
对一些中小企业，在使用高密度造型线时普遍存在着两个极端的认识误区：一是认为自动线与手工造型、一般机器造型没什么特别区别；二是认为自动线比较高档，型砂材料要用最好、全新的。这两种想法都会给企业生产造成一定的麻烦。根据多年在企业的实践，认为开式线型砂与手工造型的型砂相比是一种量的变化， 而自动线型砂相对前者而言是质的变化。前者可凭生产经验、手抓、眼观来判断型砂是否适于生产，而自动线型砂是否合格则需各种指标数据来支持， 一般国外自动造型机对型砂的这些指标数据都会做规定， 有些厂家还会规定的非常详细，国内的一部分自动造型机就无任何这方面的资料，让一些最初接触自动造型机的铸造厂家无据可依。1、紧实率 33～42%：是一个表示型砂相对干湿程度的指标，不管型砂中膨润土、煤粉和灰分的含量有多少，只要将紧实率控制在要求的范围内，手感干湿程度就处于最合适状态， 它会影响到砂型的厚度，这在垂直线生产上就比较明显。确认最终的紧实率应该在造型机的上方，一般都是在混砂机附近取样，最好做几次混砂机处和造型机上方取样对比，找出两处紧实率的系统差别，最后确定在混砂机处取样的数据，以方便操作。2、湿压强度0.12～0.2MPa：湿压强度是保证造型及浇注过程正常进行的一个重要指标，高强度型砂可避免塌箱、胀箱、漏箱，特别是垂直生产线砂型要推动造好的砂型向前移动， 浇注时又无砂箱协助承受金属液的压力，会对型砂强度要求更高。如某厂一垂直生产线，自动造型机要求型砂湿压强度 0.2～0.25MPa，一阶段其湿压强度在0.17～0.18MPa之间，砂眼缺陷占废品的 70～80%。后经调整，湿压强度连续几天在0.25～0.27MPa，砂眼减少，还出现连续 4天无砂眼的情况，但气孔成倍增长。由此可见，型砂的湿压强度不是越高越好，因湿压强度过高会使型砂透气性下降， 会使气孔缺陷上升，使成本增加、带来落砂困难等。试验仪器的安放，会对型砂湿压强度的数据产生较大影响。有的生产厂因为各种条件限制，把仪器放置在桌子上、钢板上，特别是制样机，在锤击三下试样时，受到所放置平台的弹力影响，制出的试样会比型砂的实际湿压强度降低约 0.05MPa。所以试验仪器要置于与地面有刚性连结的平台上，且制样机应与其他试验仪器的放置平面断开。3、透气性：水平线90～130，垂直线70～120在生产中，追求型砂的高透气性，是很多对型砂认识不全面者的目标。固然低透性加大铸件气孔缺陷， 但过高的透气性也会使铸件成为废品。① 一水平生产线一段出现较多气孔， 而型砂透气性一直稳定在110～130，但管理者认为透气性不足高，弃用粒度 70/140原砂而改为50/100的原砂，一周后，型砂透气性逐渐升至 150～170，铸件表面逐渐出毛糙，到一丛一丛的毛刺，个别的铸件已无法完全清除毛刺，恢复铸件原型了，只得判废。② 一生产厂垂直生产线，型砂透气性～130，铸件位于型砂最下端的部分毛刺丛生，当问及为什么不降低透气性时，该产品主管认为，还不及其他生产线的透气性高。他没有认识到垂直与水平生产线由于浇注系统在型腔的位置形式不同， 对型砂透气性的要求不同。4、水份：水平线2.8～3.4%，垂直线3.3～3.7%在生产中，水份的测定普遍存在两个问题：① 使用托盘天平测定出的型砂水份的秤量误差会高达± 0.5%，最好使用感量±0.01g的电子天平，且最大称量为 200g。② 烘干时，试样要完全冷却至室温时，再称量。旧砂水份问题，自动线普遍使用活化钠基膨润土， 这种膨润土与水混合后，达到具最好的强度值需一定时间， 而型砂中有效膨润土的80%多都存在于旧砂中，使旧砂的水份保持在型砂水份的 60%左右，会使型砂的混碾效果更好。5、型砂的含坭量：水平线 10～12%，垂直线11～13%含坭量包括了有效的膨润土、煤粉及死灰分，其中有效膨润土及煤粉在保证型砂性能的情况下，其含量是稳定的。若总含坭量升高，表明无用灰分升高，它使型砂水份升高、透气性下降、韧性下降，最快捷的定性判断含坭量高低的数据是型砂的紧实率 /水份，应在10～12。若此值＜10，则说明含坭太高了；此值＞12，则含坭过低了。与控制型砂的含坭量直接相关的是砂处理生产线的除尘能力，功能好的砂处理，除尘能力强，分档比较细，一般正常生产时，每年大调整一次，一个月即可调整到位，其余时间根据型砂含坭量的变化做小幅调整，也有相当部分砂处理除尘开在最高档次， 但含坭量总也降不下来。6、有效煤粉含量：一般以型砂型砂发气量来判定煤粉量是否合适，高密度造型线型砂一般1g的发气量在16～24ml。有效膨润土含量：5～9%。举例1：有一垂直分型自动线，生产中小型铸件，每箱4件，有一时期下部2件，因全身长滿毛刺，不得不把浇口堵上，每型由4件变成每型2件，在讨论铸型下部两个铸件为什么会长满毛刺时，发现其型砂透气性为～170，而垂直线由于铸件在浇注位置是上下摆放的，铁水从上方浇进铸型，则型腔的底部会承受很大压力。而型砂透气性为170时，就意味着在砂型型腔表面的孔隙较大， 在铁水的热作用和重力作用下，高温铁水渗入了这些孔隙中，而形成了严重的机械粘砂，造成了没有其他缺陷的废品。其型砂中使用优质膨润土、煤粉，河北承德原砂，粒度 50/100。问题出在了原砂粒度上。该厂在使用承德砂之前，使用的是郑郊圃田、中牟一带的原砂，粒度为 50/100,铸件质量一直很稳定，改用承德砂后，就出了机械粘砂，且情况逐渐严重，至直堵掉两个铸件的型腔的浇口。其原因在于郑州砂 SiO2 含量～83%，使用过程中由热作用和各种机械力作用，易破碎，且自动线型砂成份中原砂一般为1%～2%。比例较小，使得型砂不会处于高透性状态。而承德砂的SiO2 ～90%，型砂粒度仍采用50/100原砂，就使型砂透气性上升至～170。在之前沟通过程中，一度改为 70/140原砂，透气性降为～140，用于细砂没及时补充，又使用了50/100原砂两天，型砂透气性又恢复到170，刚好转一些的铸件，粘砂情况又加剧，同时抓型砂手感煤粉量不多，且铸件粘砂较重，做型砂的发气量只有13、14ml，而配料表中煤粉的含量为0.45%，不算太低，与实际情况不符。深究原因，发现称量煤粉的电子秤上，始终有5Kg的残留量，使煤粉加入量长期处于低水平状态，在与型砂管理人员交谈过程中，谈及为什么在透气性快速上升时，没有及时采取措施，该管理人员原先的认识是透气性越高越好，甚至有人认为一型内上部两件不粘砂是因为透气性高，下部两件粘砂是排气条件不好所致。举例2：某铸造车间，垂直分型生产线生产中小铸件，铸件砂眼废品严重，型砂：紧实率、湿压强度、透气性、水份、含坭量分别为：27%、0.26MPa、55、3.75%、18.05%。所使用的原砂为郑州圃田，粒度为70/140，并且所用芯子的复膜砂粒度也为70/140。紧实率过低，会降低型砂的韧性，易形成砂眼。从以上数据分析，型砂紧实率太低，说明在型砂中与其中的有效吸水物质相比，水份应提高，但此时湿压强度已经很高了，且水份处于上限，若把紧实率提高至36-37%，则强度会升高，最主要的是水份会上升很多，对控制铸件气孔极为不利。① 观察没有进行抛丸清理的铸件，每件铸件40～50%的表面已脱离型砂，露出灰蓝色表面；④ 膨润土加入量为 1.4%，煤粉加入量为 0.4%。2.膨润土加入量降至～0.9%，煤粉加入量降至不足 0.2%；20天后，反馈信息：紧实率、湿压强度、透气性、水份、含坭量、有效膨润土、有效煤粉含量指标分别为36%、0.19MPa、～60、～3.5%、13.2%、8.3%、6.2%。其中，透气性仍然很低，是因为70/140的原砂未用完，没有更换粗砂，且原砂的加入量极低，其他性能都比较理想，铸件质量有很大提升。以上只是生产实践中发生的一些情况，拿出来与大家共同分享，若能对初使用高密度造型线的同行们提供一点借鉴，就非常值得了。
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