型砂在自動化造型中的質(zhì)量控制

紀(jì)昌勇、許愛國、張中凱、張明和、陳爾軍、許亞磊

型砂在自動化造型中的質(zhì)量控制

紀(jì)昌勇、許愛國、張中凱、張明和、陳爾軍、許亞磊

1. 概述

近幾年來，隨著計算機(jī)自動化控制在鑄造中的廣泛應(yīng)用，尤其是造型工序自動化水平更是發(fā)展迅速，這種快速發(fā)展的自動化造型對于型砂質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格。因此，無論是樹脂砂還是粘土砂在自動化控制上也要求越來越高，通過微機(jī)自動化控制能夠滿足型砂的一致性、穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)引進(jìn)國外發(fā)達(dá)國家的自動化造型設(shè)備比較多，自動化控制的功能也比較齊全，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，只重視了設(shè)備的先進(jìn)自動化，在砂處理工藝上還是固定在手工操作的范圍，從而雖然有高性能的自動化砂處理設(shè)備，但是并沒有得到高性能的型砂質(zhì)量。如果忽略了配套砂處理工藝控制這一重要環(huán)節(jié)，不能夠為自動化造型提供符合要求、質(zhì)量穩(wěn)定的型砂，就不能使其自動化水平得以發(fā)揮，這點(diǎn)又往往是國內(nèi)眾多鑄造企業(yè)常忽視的地方，也是造成自動造型線運(yùn)轉(zhuǎn)率不高的一個重要制約因素。本文根據(jù)粘土砂水平分型無箱擠壓造型線對型砂性能的質(zhì)量要求進(jìn)行了剖析。

2. 自動化造型對型砂質(zhì)量的性能要求

（1）型砂質(zhì)量的性能要求 見表1。

（2）膨潤土補(bǔ)加量見表2。

具體膨潤土補(bǔ)加量可以根據(jù)砂鐵比計算，計算公式如下：

M= m1δ1+m2δ2

式中M——膨潤土補(bǔ)加量（kg）；

m1——舊砂重量（kg）；

δ1——與砂鐵比有關(guān)的系數(shù)；

m2——新砂補(bǔ)加量；

δ2——與新砂AFS有關(guān)的系數(shù)，一般取6%即可。

（3）煤粉補(bǔ)加量煤粉補(bǔ)加量一般根據(jù)鑄件復(fù)雜程度和大小來調(diào)整，基本上是在膨潤土補(bǔ)加量的50%～70%范圍內(nèi)調(diào)整。

3. 生產(chǎn)現(xiàn)場如何來具體控制型砂混制質(zhì)量

在粘土砂造型中，型砂混制質(zhì)量控制最簡便易行、效果明顯、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法就是測定“緊實(shí)率”。我公司對緊實(shí)率的測定目前是通過型砂在線檢測儀，測定混制型砂的緊實(shí)率。有的公司沒有型砂在線檢測儀，是通過控制型砂中的含水量來控制型砂質(zhì)量的，這種含水量的測定，往往受型砂溫度的影響較大，型砂溫度超過40℃時，型砂混制完成后，尤其是冬季，在型砂到達(dá)造型機(jī)上方水分流失嚴(yán)重，因此測定含水量誤差較大。

表1

下面是我公司的一個生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例：

采用的混砂機(jī)是常州市法迪爾克粘土砂機(jī)械有限公司生產(chǎn)的MXC80變頻冷卻混砂機(jī)，型砂質(zhì)量采用RTC106型砂在線檢測儀全自動控制，每混碾一次都要多次檢測緊實(shí)率，根據(jù)檢測到的待混砂子緊實(shí)率自動調(diào)整控制加水量，滿足型砂設(shè)定的質(zhì)量參數(shù)時才能出砂。

混制工藝：加砂和輔料干混5～10s→加水濕混90～120s→卸砂。

（1）每次加砂量（例如：3.5t或4.0t）以及膨潤土24kg、煤粉15kg、舊砂水分穩(wěn)定的情況下，初次加水也穩(wěn)定，以后加水根據(jù)檢測到的緊實(shí)率進(jìn)行自動調(diào)整。然后，根據(jù)要求應(yīng)達(dá)到的緊實(shí)率預(yù)設(shè)加水量（在掌握回用舊砂含水量的前提下），沒有定量基準(zhǔn)就得不到可靠的對比數(shù)值，不能“砂干了加水，水多了加砂”，這樣沒有定量基準(zhǔn)，就永遠(yuǎn)找不到規(guī)律。

（2）為了能掌握好混砂時的加水量，一定要注意回用舊砂和新砂中的 “預(yù)檢測”工作。表3是對舊砂和回到砂處理中的粉塵的一個檢測報告。

此次試驗數(shù)據(jù)表明：

①舊砂水分為0.7%，太低了，一般情況應(yīng)保證舊砂水分足夠，以有利于舊砂中膨潤土塑性的恢復(fù)。因此應(yīng)注意增濕補(bǔ)水，采用多點(diǎn)補(bǔ)水的方式比較好。

②型砂粒度分布不太合理，一般調(diào)整到3篩或4篩砂，并且主峰篩砂量不要超過40%，相鄰篩砂量相差10%～15%，否則型砂在緊實(shí)的時候摩擦力較大，且砂型的密度會較低，再者砂型的熱導(dǎo)率也會受影響。

③灼燒減量太高了，覆膜砂砂芯混到型砂中的量過大，因此應(yīng)盡力去除芯砂并加大新砂補(bǔ)加量進(jìn)行沖淡，將灼燒減量控制在5.0%以內(nèi)。

④型砂的熱濕拉強(qiáng)度是偏低的，對較大鑄件的品質(zhì)有很大的影響。當(dāng)然影響型砂熱濕拉強(qiáng)度的因素較多，比如：膨潤土的類型和加入量的多少、砂粒的細(xì)度和粒度分布、緊實(shí)率、以及混砂機(jī)的好壞等，應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)措施，提高型砂熱濕拉強(qiáng)度。

⑤型砂經(jīng)磁選后殘留鐵含量1.5%偏高，宜控制在1.0%以下。

⑥粉塵數(shù)據(jù)反映該處除塵是有點(diǎn)過度的，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)小該處除塵口。

針對這一情況，為了滿足型砂質(zhì)量要求進(jìn)行調(diào)整，見表4。

其一，目前型砂的粒度分布不太好，70目與100目的落差過大，140目的含量偏少，會影響型砂的合理鑲嵌，降低型砂的密度，降低型砂的韌性，易導(dǎo)致機(jī)械性粘砂。

表2

表3

通常型砂的粒度分布要求主峰篩70目含量不要超過40%，

與其相鄰的篩號要有10%～15%的落差分布，140目6%～12%，200/270/底盤3篩含量之和為3% ～5%，底盤含量小于1%。

其二，灼燒減量5.4%，還是偏高的，應(yīng)注意增補(bǔ)新砂進(jìn)行沖淡，控制在5.0%以下為宜。

通過對舊砂和粉塵的檢測，不難看出：在舊砂中由于復(fù)用次數(shù)較多以后，舊砂在除塵過程中帶走大量的微小砂粒，造成粒度分布不合理。覆膜砂砂芯混到舊砂中直接造成灼減量高，要想獲得高性能質(zhì)量穩(wěn)定的型砂，必須補(bǔ)加足量的新砂。

表5是使用的膨潤土檢測數(shù)據(jù)，表6是鑄造測試結(jié)果，表7是煤粉檢測結(jié)果。

4. 膨潤土加入量對型砂的質(zhì)量影響

試驗前后平均每碾膨潤土補(bǔ)加量的變化曲線如附圖所示。

由附圖可知：

（1）試驗前隨氣溫和砂溫的上升，膨潤土的消耗量呈明顯的上升趨勢。由此我們選氣溫較為接近的一周的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，即取4月18～24日共一周的數(shù)據(jù)代表膨潤土消耗量。

（2）4月25日開始使用唯科膨潤土后，膨潤土補(bǔ)加量逐步減少。因試驗開始一周為膨潤土替換過程，數(shù)據(jù)不具代表性，并且替代過程中補(bǔ)加量一直呈下降趨勢（這點(diǎn)從圖中的折線可以明顯看出），這樣我們?nèi)≡囼灲Y(jié)束前最后一周的數(shù)據(jù)作為代表，即取5月11～17日的數(shù)據(jù)代表唯科膨潤土的消耗量。

（3）5月17日試驗結(jié)束后，膨潤土逐步替代唯科膨潤土，加入量逐步上升，因此截取最近的一周數(shù)據(jù)作為膨潤土的代表數(shù)據(jù)，即截取6月5～11日共一周的數(shù)據(jù)。

因每日的平均每次混制砂量并不相同，使用補(bǔ)加比例進(jìn)行比較將最有代表性。根據(jù)以上分析，計算兩種膨潤土平均補(bǔ)加量見表8、表9、表10。

表4

表5　膨潤土的檢測報告

表6　鑄造測試

5. 結(jié)語

總之，如果要想得到性能優(yōu)良穩(wěn)定的型砂來保障自動化造型，必須首先保證砂處理系統(tǒng)的先進(jìn)穩(wěn)定，其次保證舊砂質(zhì)量穩(wěn)定，滿足要求；再次是優(yōu)質(zhì)造型輔料，如膨潤土、煤粉等。一套好的砂處理系統(tǒng)，不僅要有高效穩(wěn)定的混砂機(jī)，保障型砂質(zhì)量穩(wěn)定的在線檢測裝置，而且還要選擇質(zhì)量好且穩(wěn)定的膨潤土、煤粉等各組分輔料。只要控制好型砂質(zhì)量，自動化造型線就能夠高效穩(wěn)定地發(fā)揮作用。

表7　煤粉檢測結(jié)果

表8　試驗前原膨潤土補(bǔ)加比例

表9　試驗階段唯科膨潤土補(bǔ)加比例

表10　試驗后唯科膨潤土補(bǔ)加比例

膨潤土補(bǔ)加比例變化曲線

20150118

作者簡介：紀(jì)昌勇、許愛國、張中凱、張明和，山東時風(fēng)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。陳爾軍，唯科中國。許亞磊，常州法迪爾克粘土砂鑄造機(jī)械有限公司。