探讨湿型砂砂型与水分散失对铸件质量的影响

探讨湿型砂砂型与水分散失对铸件质量的影响

陈涛   熊火顺    陈坤    钟焱   胡兴明

中车长江铜陵车辆有限公司    安徽铜陵    244142

摘要：在铸件质量控制过程中，需要从湿型砂的具体性能出发进行分析，准确掌握影响铸件质量的湿型砂性能。在研究过程中黏土湿型砂砂型对水分的敏感性比较高，在生产时水分散失会对砂型表面强度以及性能产生影响。在实际研究过程中需要分析湿型砂性能产生的具体影响。通过实验确定湿型砂砂型和水分散失的实际影响。经过研究可以确定在湿型砂完成铸件造型后，前3小时的水分散失速度比较快，在砂型摆放时间为3～24小时期间水分散失相对较小。在铸件铸造时，造型到浇筑时间不能超过24小时，可以在最大程度上保证铸件质量。

关键词：湿型砂；砂型；水分散失；铸件质量

前言

目前，在铸件铸造过程中湿型砂的整体性能会对铸件的质量产生一定影响，为了明确湿型砂完成铸件造型后，水分散失的实际情况，并明确水分散失对铸件质量产生的具体影响，需要掌握湿型砂对铸件质量产生影响的相关理论，之后深入分析，准确了解湿型砂砂型和水分散失控制要点，进一步提高铸件质量水平。

1湿型砂性能影响分析

1.1湿型砂砂型的影响

在对湿型砂型产生的影响进行分析时，主要从湿型砂的湿态型砂强度出发进行研究。湿型砂砂型的湿态强度主要指湿压强度、湿剪强度、湿拉强度和湿劈强度，是湿型砂的含水量和辅料（膨润土、淀粉）之间的比例关系[1]。如果型砂湿态强度不足，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；浇注时砂型可能承受不住金属液的冲刷和冲击，而造成砂孔、胀砂和组织疏松等缺陷。湿态强度也不宜过高，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能，还会使铸件生产成本增加，给混砂、紧实和落砂等工序带来困难。在造型时，型砂湿态强度和流动性会对模具填充、砂型的形状保持能力产生影响，进而影响铸件的质量。如果湿态强度和流动性不达标，砂型紧实不充分，铸件表面会出现裂纹、气孔等问题，影响铸件质量。因此，在对湿型砂进行选择时，需要对湿态强度进行充分考虑，要保证其具有良好的砂型性能，符合铸件铸造要求。

1.2型砂流动性特点分析

型砂在外力作用下质点可以自由地越过模样的边角，通过狭窄缝隙和孔洞的性能称为流动性。流动性是铸件造型过程中必须关注的重要指标，对流动性进行控制，才能够保证铸件质量。因此，在湿型砂型砂的混制过程中，需要对辅料（膨润土、淀粉）和水的添加量进行有效控制，水分含量过高，会导致膨润土过湿粘度增大，且砂砾间游离水增多，造成型砂流动性降低，砂型紧实度低，加速了砂型表面水分散失速度，砂型表面形成蜂窝式粉化水分过低，会导致膨润土润湿不够粘度减低，型砂湿态强度差，砂型表面砂砾脱粒严重。水分过高过低都会使铸件产生弥散性砂孔和粘砂缺陷问题。而砂孔是砂型铸造铸件中比较常见的质量缺陷，会对铸件的力学性能和表面质量产生直接影响[2]。

2湿型砂砂型与水分散失对铸件质量的影响分析

2.1试验准备工作

在此次研究中，为了探讨砂型与水分散失对铸件质量的具体影响，需要完成以下准备工作：

（1）制作样件。在样件制作中，除了不需要外放冷铁之外，其他工序皆与日常铸造相同，每一件上型的分型面平坦部位需要“1、2、3、4”四个样号。针对车钩的钩体进行下型时，不需要制作样件。之后将完成的样件型腔内的浮砂彻底吹净，并选择“1”与“3”的样件进行喷刷涂抹外模专用的涂料；“2”与“4”样件保持原样。将制作完成的样件吊运到外模模型存放场地进行存放管理，在存放时需要保持分型面朝上，砂型底部需要垫高70mm。然后根据样件的编号进行摆放。其中“3”与“4”号样件需要包裹塑料薄膜，在砂型的周围利用废砂压紧，避免型腔与外界气体流通，也可以防止薄膜脱落。

2.2试验操作

在此次试验过程中，需要完成取样与检测操作，具体要点如下：

（1）检验内容。在具体的检测中，将型砂样件标记为“X-1”。之后在覆盖薄膜之前，需要在样件的型腔内部取两个型砂试样，具体的取样位置见图1。

图1取样位置标记图。

（2）试样标记。对获取的型砂试样进行标记，分别为“X-1-1，X-1-2，X-2-1，X-2-2，X-3-1，X-3-2，X-4-1，X-4-2”。如果需要进行后续取样，需要按照“X-样件标号-型砂试样”顺序号进行依次编号。这一批的砂试样只作水分检测和热湿拉强度检测。在操作中，需要每隔两小时按照上述进行取样，检测其水分含量和热湿拉强度，并做好记录。实验时长为48小时。每隔三小时取样一次，每件样件共计需要取样16×2=32个。整个研究共计取样16×2×4＋1=129个，需要注意在取样操作过程中如果样件有涂料的（“1”和“3”），需要先去除表面涂料后方可取样，取样面积不得大于150mm×100mm，取样深度不得大于60mm。相邻两个取样点间距不得小于50mm。取样及保存方式按化验室要求进行

[3]。

2.3试验结果

   在统计试验结果时，主要是对试样的热湿拉强度以及水分散失速度进行对比分析。热湿拉强度结果见图2，水分散失结果见图3。

通过图2可以看出所有试样的热湿拉强度随着时间的不断延长都出现波动式下降的趋势，其中试样1与试样3的热湿拉强度变化相对稳定，试样4的热湿拉强度变化幅度最大。

从图3可以看出所有试样的水分散失速度在前3小时都比较快，其中试样3与试样4的水分散失速度相对稳定。3小时到24小时，所有试样的水分散失速度都相对平缓。24小时后，所有试样的水分散失速度都加大，其中试样1的变化幅度最大。

图2 不同试样热湿拉强度试验结果

图3不同试样水分散失试验结果

3结语

总而言之，通过湿型砂进行铸件铸造时，需要科学把握型砂的具体性能，在最大程度上保证铸件质量。通过此次研究可以获取以下结论：

（1）湿型砂完成铸件造型后，前3小时的水分散失速度比较快，如果保护措施不当，水分散失最快为40%，而利用薄膜和涂料进行了双重保护，可以降低水分散失速度。

（2）在砂型摆放时间为3～24小时期间水分散失相对较小，趋于平缓。因此，在铸件铸造时，其有效摆放时间为24小时，意味着造型到浇筑时间不能超过24小时，可以在最大程度上保证铸件质量。

参考文献：

[1]吴海军.湿型砂鲕化率的检测及其对型砂性能和铸件缺陷影响的研究[D].华中科技大学,2021.

[2]张红梅.粘土湿型砂铸件缺陷分析和解决措施[J].铸造工程, 2021, 045(005):49-52.

[3]任现伟.混砂工艺和芯砂对黏土湿型砂性能的影响[J].铸造, 2023, 72(4):431-436.