按粘结剂的不同,型砂可分为下列几种:
1.粘土砂 是以粘土上(包括膨润土和普通粘土)为粘结剂的型砂。其用量约占整个铸造用砂量的(70~80)%。其中湿型砂使用最为广泛,因为湿型铸造不用烘干,可节省烘干设备和燃料,降低成本;工序简单,生产率高;便于组织流水生产,实现铸造机械化和自动化。但湿型砂强度不高,多用于中小铸件生产。
为节约原材料,合理使用型砂,往往把湿型砂分成面砂和背砂。与模样接触的那一层型砂,称为面砂。其强度、透气性等要求较高,需专门配制。在面砂背后,只作为填充加固用的型砂称为背砂,一般使用旧砂。在大量生产中,为提高生产率,简化操作,往往不分面砂和背砂,而用一种砂,称为单一砂。铸铁件常用湿型砂的配比和性能见(表1-1)。
2.水玻璃砂 是由水玻璃(硅酸钠的水溶液)为粘结剂配制而成的型砂。水玻璃加入量为砂子质量的(6~8)%。
水玻璃砂型浇注前需进行硬化,以提高强度。硬化方法有:通CO2气化学硬化和加热表面烘干,还可以在型砂中先加入硬化剂,起模后砂型自行硬化。由于取消或大大缩短了烘干工序,水玻璃砂的出现使大件造型工艺大为简化。但水玻璃砂的溃散性差,落砂、清砂及旧砂回用都很困难。在浇注铸铁件时粘砂严重,故不适于做铸铁件,主要应用在铸钢件生产中。
3.树脂砂 是以合成树脂(酚醛树脂和呋喃树脂等)为粘结剂的型砂。树脂加入量约为砂子质量的3~6%。树脂砂加热后1~2min可快速硬化,且干强度很高,做出的铸件尺寸精确、表面光洁;溃散性极好,落砂时只要轻轻敲打铸件,旧砂就会自动溃散落下。由于有快干自硬特点,使造型过程易于实现机械化和自动化。树脂砂是一种有发展前途的新型造型材料,目前主要用于制造复杂的砂芯。
四、型砂的制备
型砂的制配工艺对型砂的性能有很大影响。浇注时,砂型表面受高温铁水的作用,砂粒粉碎变细、煤粉燃烧分解,型砂中灰分增多而透气性降低,部分粘土丧失粘结力,均使型砂的性能变坏。所以,落砂后的旧砂,一般不直接用于造型,需掺入新材料,经过混制,恢复型砂的良好性能后才能使用。旧砂混制前需经磁选及过筛以去除铁块及砂团。型砂的混制是在混砂机中进行的,在碾轮的碾压及揉搓作用下,各种原材料混合均匀并形成图1-2所示的型砂结构。
型砂的制配过程是:先加入新砂、旧砂、膨润土和煤粉等干混2~3min,再加水湿混5~12min,性能符合要求后即从出砂口卸砂。混好的型砂应堆放4~5 h,使粘土膜内水分均匀(调匀)。使用前还要用筛砂机或松砂机进行松砂,以打碎砂团和提高型砂性能,使之松散好用。
在砂型铸造中用来造型的材料。型砂一般由铸造砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成,也可用天然含粘土的硅砂。型砂在铸造生产中的作用极为重要,因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30~50%。通常对型砂的要求是:①具有较高的强度和热稳定性,以承受各种外力和高温的作用。②良好的流动性,即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力。③一定的可塑性,即型砂在外力作用下变形,当外力去除后能保持所给予的形状的能力。④较好的透气性,即型砂孔隙透过气体的能力。⑤高的溃散性,又称出砂性,即在铸件凝固后型砂是否容易破坏,是否容易从铸件上清除的性能。型砂按所用粘结剂不同,可分为粘土砂、水玻璃砂、水泥砂、树脂砂等。以粘土砂、水玻璃砂及树脂砂用的最多。
粘土砂 由天然硅砂、粘土、辅加物和水混合而成。制造湿砂型的粘土砂所用粘土为膨润土,湿抗压强度一般为0.05~0.1兆帕。含水量为3.5~5%,透气性为80以上,常用于机器造型,也可用于手工造型。制成的砂型不经烘干可直接浇注金属液,具有生产成本低和生产周期短等优点。湿型用粘土砂在铸造生产所用的型砂中约占60%。由于湿砂中水分较高,强度和透气性较低,铸件易于产生气孔、夹砂、粘砂、胀砂等缺陷,尺寸精度也较低,一般只用于生产中小型铸铁件及铸造有色合金铸件。制造干砂型的粘土砂所用粘土为普通粘土,其湿态水分较高。制成的砂型要在250~400℃左右温度下烘干后再合型浇注,一般用于铸钢件。干砂型由于能源消耗大,生产周期长,尺寸精度差,已逐渐被淘汰。
水玻璃砂 由硅砂、水玻璃和辅加物混合配制而成。制成的砂型可吹以CO2实现化学硬化,也可采用加热硬化或在硬化剂作用下自行硬化等方法。这种型砂可用于制造铸钢件和铸铁件的砂型。水玻璃砂有落砂困难和旧砂不易再生等缺点,应用受到一定的限制。70年代以来,在旧砂再生方面的研究已取得一定的进展。
树脂自硬砂 由硅砂、树脂和硬化剂等混合配制而成。常用的树脂有呋喃树脂、甲阶酚醛树脂及尿烷树脂。用这种型砂制成的砂型强度高、尺寸准确、溃散性好、能源消耗少,可用于铸钢、铸铁及铸造有色合金铸件的生产,铸件的表面质量和尺寸精度高。树脂自硬砂是一种很有发展前途的造型砂。
粘土砂,水玻璃砂,树脂砂三种