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如果型砂濕態(tài)強度不足,在起模、搬運砂型、下芯、合型等過程中,砂型有可能破損和塌落;澆注時砂型可能承受不住金屬液的沖刷和沖擊,而造成砂孔缺陷甚至跑火(漏鐵水);澆注鐵水后石墨析出會造成型壁移動而導致鑄件出現(xiàn)疏松和脹砂缺陷。生產(chǎn)較大鑄件的高密度砂型所用砂箱沒有箱帶,高強度型砂可以避免塌箱、脹箱和漏箱。無箱造型的砂型在造型后缺少砂箱支撐也需要具有一定的強度。擠壓造型時頂出的砂型要推動其它造好砂型向前移動,更對型砂的強度提出了較高要求。但是,強度也不宜過高。因為高強度的型砂需要加入更多的膨潤土,不但影響型砂的水分和透氣性能,還會使鑄件生產(chǎn)成本增加,而且給混砂、緊實和落砂等工序帶來困難。
1.濕壓強度
一般而言,歐洲鑄造行業(yè)對鑄鐵用高密度造型型砂的的濕壓強度值要求較高。歐洲造型機供應商推薦的濕壓強度值范圍在130~250kPa之間,集中于180~220kPa。有些日本鑄造工廠對型砂濕壓強度的要求偏低。除豐田上鄉(xiāng)和三菱川崎強度較高以外,很多工廠只有80~180kPa。北美鑄造行業(yè)的型砂強度似乎介于歐洲于日本之間。例如福特汽車廠Cleveland鑄造廠排氣管高壓造型型砂為172kPa,萬國收割機公司Loisville鑄造廠生產(chǎn)拖拉機缸體高壓型砂為134~156kPa。有人認為歐洲鑄造工廠的型砂濕壓強度比美、日兩國工廠高的原因之一是由于歐洲鑄鐵用原砂含SiO2較高,型砂中必須加入大量膨潤土才能避免鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤缺陷。
我國工廠高密度造型的型砂濕壓強度比較接近美洲和日本工廠,對于鑄鐵件而言,除個別鑄造廠以外,高密度造型的濕壓強度大多在120~200kPa范圍內(nèi),比較集中在140~180kPa。濕壓強度控制值較低的優(yōu)點之一是即使所使用的振動落砂機破碎效果不好,也不致有大砂塊隨鑄件跑掉。而且很多鑄造工廠所選用膨潤土的品質(zhì)較差,寧愿型砂的濕壓強度稍低些,就無需加入大量膨潤土,型砂含水量也可低些。高密度濕型鑄鋼需要防止鑄件生成熱裂缺陷,因而所用型砂的濕壓強度大多在70~130kPa之間,以降低對鑄件收縮阻力。
2.濕拉強度和濕劈強度
從材料力學角度來看,抗壓強度除代表型砂粘結(jié)強度以外,也還受砂粒之間摩擦阻力的影響,而抗拉強度無此缺點。通常要求濕拉強度>20kPa。但是測定型砂的濕態(tài)抗拉強度必須使用特制的試樣筒和試驗機,所以很多中小鑄造工廠不測定型砂的抗拉強度。有人按照混凝土試驗中曾使用過的辦法將圓柱形標準試樣橫放,使它在直徑方向受壓應力,就可以得出近似抗拉強度的濕態(tài)劈裂強度值。我國幾家工廠的要求在30~50kPa范圍內(nèi)。
DISA公司推薦的濕劈強度是30~34kPa,還給出了用劈裂強度估算抗拉強度的近似公式:濕拉強度=濕劈強度×0.65。
3.濕剪強度
濕剪強度比濕壓強度較能表明型砂的粘結(jié)力并且容易測定。國外設(shè)備公司建議的高密度造型線型砂的濕剪強度值為30~50kPa(剪切力作用在標準試樣的兩端平面上)。另一種較新的測試方法是剪切力作用在試樣圓周面上。這種儀器可以同時測出抗剪強度和剪切斷裂時的變形量。兩種濕剪強度數(shù)值是一致的。通常生產(chǎn)用型砂的變形量多在0.40~0.70mm。例如,測得擠壓造型型砂的剪切強度約為60kPa,變形量約在0.50mm。
4.表面強度(表面耐磨性)
濕砂型應當具有足夠高的表面強度,能夠經(jīng)受起模、清吹、下芯、澆注金屬液等過程的擦磨作用。否則型腔表面砂粒受外力作用下容易脫落,可能造成鑄件的表面粗糙、砂孔、粘砂等缺陷。在有些鑄造工廠中,從起模到合箱之間砂型敞開放置較長時間,以致鑄型表面水分不斷蒸發(fā),即“風干現(xiàn)象”,可能會導致表面耐磨性急劇下降。間隔時間長,天氣干燥,型砂溫度較高時,風干現(xiàn)象尤其嚴重。
美國Dietert公司推薦利用測定造型性的圓筒篩,將兩只圓柱標準試樣并列放置其中,轉(zhuǎn)動1min后稱量掉落的砂量,用來代表型砂表面耐磨性。日本較多使用的方法是將標準試樣放置在6目篩上,在震擺式篩砂機上震動60s,以震擺前、后試樣重量的比率稱為“表面安定度(SSI)”。例如東久公司推薦水平分型無箱射壓線的型砂試樣濕態(tài)即時表面安定度為>88%。該公司調(diào)查6家鑄造廠的表面安定度都在88.9%~91.0%范圍內(nèi)。土芳公司調(diào)查8家靜壓和氣沖線在77.6%~86.6%范圍內(nèi),平均82.5%。
在濕砂型噴涂表面穩(wěn)定劑或涂料和在型砂中加入淀粉材料都能提高表面耐磨性。為了避免表面安定度試驗的試樣在篩上出現(xiàn)不規(guī)則的顛簸翻滾,而使掉落砂量波動。清華大學研制出的耐磨性測定裝置使用鋼絲針布對試樣施加100g正壓力刷磨表面,稱量1min的磨下量即可代表濕型砂試樣的表面耐磨性。用內(nèi)蒙精選砂100%,天然鈉基膨潤土或鈣基膨潤土8%,α淀粉量0~1%配制型砂,緊實率按45%控制。不加α淀粉的鈉基膨潤土空白試樣,即時磨損量約為8g,風干2h后磨損量即已增加到40g以上。加入α淀粉1%的鈉基膨潤土試樣即時磨損量降為0.37g,風干2h后磨損量僅約為2g左右。鈣基膨潤土試樣即時磨損量高達16g,加入α淀粉后即時磨損量降為1.8g。
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