粘土湿型砂及其控制管理要点

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1、粘土湿型砂及其控制要点中国铸造协会李传栻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，

2、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

3、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。28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

4、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

5、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

6、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28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

7、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283、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

8、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用的膨润土量与其中的活性膨润土含量之比，即这里有两个术语需要特别说明一下：“活性膨润土