了解熱砂的作用?,利用適當?shù)募夹g消除熱砂的影響?,以便獲得穩(wěn)定的型砂和?無缺陷鑄件。?

? ? 就當今潮模砂金屬鑄造而言?,熱型砂已被認為是與缺陷有關問題中的頭號?因素。大多數(shù)鑄造工作者能闡明使用熱砂與鑄件質量降低的直接關系。事實?上?,研究表明?:如果控制不當?,熱砂對整個鑄造生產(chǎn)線上的每一道主要工序?,都是?有影響的。

? ? 本文探討的是?:當采用熱砂造型時熱造型砂的成分、鑄件質量以及生產(chǎn)中碰?到的問題。此外?,綜合考慮在熱砂冷卻過程中的技術和關鍵參數(shù)以及控制砂溫?的效果。這篇文章推薦的數(shù)據(jù)是對熱砂多方面技術研究的結晶。?

何為熱砂

? ? 熱型砂被定義為對型砂準備、造型和鑄造質量產(chǎn)生不利影響的任一高溫度?的砂。具體來說?,是指溫度在?49?℃～71?℃的回用砂?,其熱量足以導致混砂的不?均勻性和控制問題。

? ? 由?A. Volkmar?在?1979?年的一項研究顯示?,溫度在?49?℃以上會導致砂物理?性能一致性喪失。在這項研究中?,大量的砂試樣被分裝進幾個帶有熱電偶的密?封容器中?,并處于不同的溫度之中?,對每個容器中的試樣快速檢測?,以保證沒有?熱量散失。研究表明?:當砂的溫度超過?49?℃時?,砂的密實度不斷下降。然而?,當?溫度在?27?℃～49?℃之間時?,密實度實際上沒有改變?,如圖?1?所示。

? ? 由?J S Schumacher?主持的題為“熱型砂的問題”的另一項研究支持?49?℃的圖?示?,并說明超過?71?℃的砂在混砂時不能達到均勻的物理性能。但低于?49?℃的砂?可以混得均勻。對于?49?℃～71?℃的砂?,混碾后的砂不均勻且難以控制。本文的結論是?:經(jīng)過充分混勻的且低于?49?℃的砂是最好的。?

? ? 由J. S Schumacher?等發(fā)表的一系列題為“熱砂為什么會引起問題”的技術性?文章中?,采用幾種獨特的試驗檢測技術等手段?,評價了熱砂的問題。首先?,試驗在不同的溫度和時間的條件下?,比較膨潤土粘合液的粘度?,從而作出評價。試驗?結果指出:在熱水中的膨潤土與在冷水中的膨潤土?,其分散和凝結的情況不一?樣。數(shù)據(jù)還表明膨潤土的粘度隨著其粘合液溫度的增加而有所增加。假定當粘?合液溫度增加?,膨潤土懸浮體粒子薄層自身由邊緣向中間排列?,形成了一種開式結構?,這種結構與冷水狀態(tài) 的粘合液相比?,其膨潤土懸浮體粒子薄層保持面對?面排列的情況大不相同?,隨著溫度增加便會形成開式結構?,從而導致了對砂系統(tǒng)?的若干負面影響。最重要的是?,與冷砂相比?,熱砂中的膨潤土保持水分的能力較?差?,導致其更容易失去水分并降低物理性能。根據(jù)這項研究?,當使用熱型砂時?,?一種有趣的現(xiàn)象產(chǎn)生了?:將熱態(tài)金屬倒入熱砂型?,生產(chǎn)的鑄件出現(xiàn)了與型砂含水?量高相關的缺陷?,而熱砂型經(jīng)冷卻后再倒入熱態(tài)金屬?,其生產(chǎn)的鑄件則出現(xiàn)了與?型砂含水量低相關的缺陷。?

? 這項研究的第二部分?,評價了型砂溫度對型砂物理性能的影響。型砂試驗?是在密閉的溫度和濕度控制室內(nèi)并且分別在?21℃和?60?℃的溫度下進行的。除?了型砂的溫度變化外?,其他所有條件都保持不變。結果表明?:型砂在?60?℃時檢?測?,其性能有很大程度的降低?,如圖?2?所示。?

? ? 這些研究表明?:到目前為止?,所有的工藝研究和收集的數(shù)據(jù)清楚地定義了潮?模砂造型的臨界溫度為?49?℃(120?υ?)?。

與熱砂有關的問題?

? ?熱砂影響到潮模砂造型工作的每個方面?,并導致較高的廢品率?,增加膨潤土?的消耗?,甚至使系統(tǒng)完全失去控制。?

? 就廢品而言?,大部分與型砂有關的缺陷?,都與型砂溫度過高有較大的相互對?應關系?,這些缺陷包括夾砂、表面粗糙程度、金屬浸滲、脹箱、粘砂?,由氣體形成的?針孔、氣孔、多肉和鑄型破損。許多這方面的缺陷是由鑄型表面水分的迅速失去?而引起的。

? ? 就砂處理系統(tǒng)操作而言?,熱造型砂有許多不利的影響。通常?,回用的熱砂?,?進入混砂機時?,其溫度和濕度波動很大。在鑄鐵廠進行的試驗表明?:在大料斗的?不同時段?,砂溫在?32?℃～193?℃的溫度之間波動?(如圖?3?所示)?。在型砂準備期?間?,溫度的驟變會引起水分蒸發(fā)量的變化。這種變化使混砂機中水分的精確添?加和密實度的控制變得困難。備用砂溫度的不穩(wěn)定將加劇各批次型砂之間物理?性能的變化。當將熱的備用砂通過較長的距離傳送到多部造型機時?,砂子干燥?程度的不可控性也是至關重要的。?

?? 熱砂在冷表面產(chǎn)生水分凝結的傾向還使進出砂處理系統(tǒng)時產(chǎn)生幾個特殊的?問題。首先?,熱砂有粘貼在較冷的料斗和料倉壁的傾向并形成料斗縮管?,當熱砂?進入到料斗的頂部時直接通過了料倉中部的縮管。結果是在所提供的系統(tǒng)砂中?只有少部分被頻繁使用。由于系統(tǒng)中少了活動砂?,砂的周轉率增加迅速?,使砂的?溫度升高?,從而使熱砂的問題加劇。

? ? 由水分凝結引起的第二個嚴重問題是放在熱型腔中的冷型芯。型芯表面過?多的水分可使型芯強度降低并且產(chǎn)生鑄造缺陷,如與氣體有關的氣孔和針孔。由于冷凝?,金屬鑄造工作者可能還會遇到一些問題?,如型砂粘在模型上。?

? ? ?一般來說?,由于可用砂量減少的自然趨勢?,熱砂問題將變得更嚴重。?

冷卻熱的潮模砂

? ?保持砂系統(tǒng)的穩(wěn)定?,減小波動和變化?,這不僅需要出輸入材料的平衡?,而且?需要能量的平衡。添加新的原材料時必須保證有使混砂機中粘土發(fā)生反應的能?量。由鑄件凝固所產(chǎn)生的熱量必須從砂中除去?,以使其系統(tǒng)保持能量平衡。

? ? ?來自落砂的回用砂?,其溫度、水分、粒度、粘土含量以及其它關鍵的物理性能?都會產(chǎn)生波動。對于砂處理設備(混砂機)來說?,新舊砂的不協(xié)調(diào)性是一個問題?,?不論它是自動控制還是手動控制。理想的情況是?:砂冷卻系統(tǒng)把溫度不同和其?它性能不協(xié)調(diào)的砂混成均勻的砂。鑄件落砂后采用適當?shù)姆绞綄⑸盎靹?。系統(tǒng)?砂(由于均勻化作用)?將隨著時間的推移會產(chǎn)生逐漸變化而不是采取出乎意料的?突變方式。然而?,僅僅給熱型砂加水也不能有效地冷卻砂從而產(chǎn)生均勻的型砂。為了能夠有效的冷卻?,水必須有足夠的時間與所有砂粒接觸。同時必須設法把?水由液體轉變?yōu)闅怏w而形成的水蒸汽除去。由于這兩點理由?,向傳送帶上的砂?子澆水的做法并不能有效地將砂冷卻至?49?℃以下。?

? ? 需要重點強調(diào)的是?:如果熱砂和水的混合物的周圍空氣濕度飽和?,將沒有汽?化產(chǎn)生。為了使砂冷卻系統(tǒng)有效地進行汽化冷卻?,需要注入能夠吸收水分的非?飽和空氣。由于通入非飽和空氣到達潮濕砂團的頂部是無效的?,因此最好把非?飽和空氣通入砂團的內(nèi)部。?

? ? ?關于造型砂的冷卻?,另一個主要考慮的因素是冷卻容器內(nèi)的停滯時間。如?果非飽和空氣能夠有效地除去蒸汽?,那么通過持續(xù)的水汽化方法可以迅速地把?砂冷卻至?100?℃。要使砂溫下降到?100?℃以下?,冷卻時間將延長?,并且這一過程?不再是瞬間完成的。有效的措施是砂冷卻系統(tǒng)必須能提供充足的非飽和空氣并?使型砂在冷卻容器中有足夠的停滯時間?,以充分利用水汽化和干燥的優(yōu)點。?

? ? 為了使熱砂汽化必須加水?,但加水必須控制在狹窄的范圍內(nèi)。加水量應適?當?,即有助于冷卻并且嚴格控制型砂的水分?,盡可能使型砂水分接近造型需要的?百分比。此外?,可能時?,在砂冷卻系統(tǒng)中?,添加一部分或全部所需要的膨潤土是?有幫助的。由于料倉中的均勻化作用?,在這一階段添加水和膨潤土對提高系統(tǒng)?效率是有利用的。

? ? 嚴格控制系統(tǒng)的水分和砂的有效均勻化?,對于保證交付給造型工序的備用?砂的均勻性有著積極的作用。在混砂前?,要有效地混合并控制落砂的溫度和水?分?,就能增加生產(chǎn)線上緊實性控制裝置的能力。