湿型砂中混入芯砂的利弊分析

如今铸造工厂大量应用树脂作为砂芯粘结剂,使砂芯的强度大大提高,改善了落砂性能,但同时溃散和破碎的砂芯进入旧砂中的数量也大为增加。新型落砂机的效率提高,也增大了芯砂的混入量。对国内外生产汽车和发动机铸件的厂家统计发现,当其芯砂混入率达70%～90%时,混入的芯砂可占旧砂量2%～6.7%,最高可占旧砂量的16.0%。混入的芯砂可以部分或全部代替新砂,用来弥补型砂的损失,并可冲淡回用砂中增多的粉尘、失效膨润土和煤粉的含量。此外,树脂芯砂的混入还可以减少铸铁湿型砂的煤粉加入量。

但是,芯砂的混入有可能给型砂性能带来某些负面影响。有些铸造厂使用高压造型或气冲造型方法,所用的型砂粒度比一般的震实造型方法粗,与芯砂的粒度基本相近,都是100/50筛号或50/140筛号,因此在这种情况下芯砂流入旧砂系统就不会使型砂变粗。但是有些震实造型铸造工厂所用湿型砂的粒度是70/140筛号,而树脂芯砂原砂粒度是50/100筛号,在这样的情况下芯砂混入过多就会使整个湿型旧砂的粒度变粗,从而引起型砂透气性居高不下。为了保持型砂的粒度不致变粗,除了必须将除尘系统的微粒全部回收到旧砂中以外,混砂时有时还需要加入细新砂来纠正。例如美国一灰铁铸造工厂由于旧砂中掺入了大量溃散的树脂芯砂(AFS细度52～55,大致相当于50/100筛号),使型砂透气性过高、湿压强度降低、铸件表面粗糙。采取的措施是混砂时加入5%集中在100和140筛号的两筛分布细砂,型砂的粒度变成为50/140筛号的四筛分布,使铸件表面品质提高,还使混碾效率得到提高。

国外还有一些研究文章认为芯砂粘结剂的凝聚物会使湿型砂的大部分性能受到不同程度的损害。例如,掺入了大量芯砂的湿型砂韧性下降、发散,湿态强度和热湿拉强度降低。未烧损的芯头的流入对型砂以上性能的伤害作用更为显著,所以应避免芯头大量混入型砂。未硬化的冷芯盒芯砂作用也很强烈,硬化后酚醛树脂壳芯砂的危害较小,热芯盒芯砂的作用介于两者之间。但是也有的研究表明酯硬化酚醛树脂和酚醛/异氰酸酯树脂的溃碎芯砂对湿型砂性能和铸件品质都无不利影响。还有的研究结果表明热芯盒砂和冷芯盒砂对湿型砂性能只有轻微影响,稍微延长混碾时间和增多膨润土加入量就能够抵消混入芯砂的不良影响。(www.xing528.com)

减少型砂混入量的方法是在落砂时将带有砂芯的铸件先从砂箱中吊出,移到另外的落砂机上进行振动落砂,然后在单独的砂斗内贮存,再根据要求在混砂时加入砂系统。德国一些大批量生产的汽车铸造厂采用分别落砂的办法,当铸件冷却后敞开上砂型,取出带有砂芯的铸件单独落砂,所得砂子主要是已被烧枯的芯砂和少量附着的型砂,可以用擦磨方法进行再生处理,然后与不超过20%的新砂混合用来制芯。留在砂箱中的砂子只含少量芯砂,这些型砂落砂后经磁选、破碎、过筛和冷却处理后就可用于制备湿型砂。这样做的优点是不但大大减少新砂消耗量和废砂丢弃量,而且可以减小溃碎芯砂对型砂性能的不利影响。我国江苏某合资铸造厂生产气缸体也将采用砂芯分别落砂的办法,振动落出的溃碎芯砂经热法再生后即可用于混制冷芯盒芯砂,估计新砂用量只有原来的50%。虽然目前采用这种砂芯单独落砂方法的铸造工厂数量较少,但对于多砂芯的铸造厂是个发展方向。