铸造工程·造型材料
于震宗（清华大学】０００８４）
摘要＂－３前常见的湿型砂混砂机有碾轮式、摆轮式和各种式样的转子式。国产混砂机与进口混砂机的明显区别是电动机功率小，对每批型砂输入电能不足，从而影响型砂性能不良。 关键词湿型砂混砂机高密度型砂混砂效率
ＯｎｔｈｅＭｉｘｉｎｇＴｅｃｈｎｏＬｏｇｙｏｆＧｒｅｅｎＭｏｌｄｉｎｇＳａｎｄ
ＹｕＺｈｅｎｚｏｎｇ（ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）
Ａｂｓｔｒａｃ！Ｆｏｒｇｒｅｅｎｍｏｌｄｉｎｇｓａｎｄ，ｌｈｅｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄｓａｎｄｍｉｘｅｒｓｈａｓｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ，ｎａｍｅｌｙｗｈｅｅｌｎｌｔｌＩｌｅｒ，ｓｐｅｅｄｎ１ＬＪ［１ｅｒａｎｄａｖａｒｌｅｔＹｏｆｓｔｉｒｒｅｒｍｉｘｅｒｓ．Ｉｎｃｏｍｐａｒｅｗｉｔｈ１ｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｓａｎｄｎｆｉｘｅｒ，ｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｍａｄｅｍｉｘｅｒｌｉｅｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆｅｔｅｃｔｒ
ｉｃｍｏｔｏｒｓｉｓｔｏｏｓｍａｌｌａｎｄｔｈｅｉｎｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｔｏｔｈｅｓａｎｄｉｓｎｏｔｅｎｏｕｇｈ．Ｔｈｕｓｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｏｌｄｉｎｇｓａｎｄａｒｅｎｏｒｍａｌｌｙｑｕｉｔｅｐｏｏｒ．
ＫｅｙｗｏｒｄｓＧｒｅｅｎｍｏｌｄｉｎｇｓａｎｄＧｒｅｅｎｓａｎｄｍｉｘｅｒＨｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｍｏｌｄｉｎｇｓａｎｄＭｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎ‘Ｙ
ｌ前言
要想制备出优良品质的湿砂型铸件，必须使用性能优秀的湿型砂。优秀品质湿型砂的获得，除了需要选用优质的原材料和有一整套较为理想的砂处理设备以外，还要有良好的混制Ｊ：艺。以下讨沦几种不同类型混砂机的混制工艺，其中包括结构特点，加料顺序，混砂时问等，并将分析比较使用进Ｅｌ与国产混砂机的关键性区别在于对型砂的能量输入。
２几种常用的混砂机类型
国内外铸造厂常见的混砂机有多种类型，现择要介绍其特点、存在问题。
２．１碾轮式混砂机
这足使川历史最悠久的混砂设备。近ｑ：来为了减轻滚轮莺量采用ｒ弹簧加压，为ｊ’加强搅拌作片ｊ轮缘侧面加装松砂棒．为了减少刮板磨损采片ｊ镶嵌硬质合金或陶瓷片，并且采取了在底盘和围圈铺设石板等等措施。这类混砂机机构简单，需要较长时间混合。目前碾轮式混砂机在我国应用仍然较多，但大多混砂作用不够充分。存在的主要问题为： ｑ，传统的混砂加料方法是首先向混砂中加入旧砂、新砂和粉料，干混两分钟后再开始加八水分。上个世纪５０年代英国Ｐａｒｋｓ认为在１‘混过程中嘭润土和煤粉会偏析聚集到混砂机围圈和底盘的夹角处。当加水后，此处的膨涮土和煤粉遇水形成粘土团．就要花更长的混砂时间才能将粘土团碾开，分布到砂粒表面。他上张混砂时加入回用砂和新砂后应先加入适量
的水，泓均匀后再加人膨澜土和煤粉。最后补加水达到所要求的型砂湿度。我同有一些人做过列比试验，结果表明先湿混的厅法比先干混的型砂强度提高较快，随混砂时间的延长两者有接近的趋势。为ｒ达到所要求的湿态强度，先湿混的混碾时间比先干混缩短ｌ／３到２／５。凶此，如今很多混砂机都采＿｝＿ｆＪ向干砂中加所需加水量的６（）％，一７５％左右的水进行湿混。加水停止后必须混碾１ｒａｉｎ左右，然后才能加入粉料。以后即可边混边补加水至紧实率或占水量达到要求和混砂时间足够为止。 ②我国很多铸造厂所用碾轮混砂机的混砂时间
严重不足。大部分原因是原’发计的技术指标是按照过去低造型密度、低强度型砂制定的。过去砂型的压实比压不足３００ｋＰａ～４００ｋＰａ，型砂的湿压强度不高于７０ｋＰａ～９０ｋＰａ。嘭润土的品质有限．有效膨润土禽最不高。如今高密度造型用型砂的湿压强度一般都超过１４０ｋＰａ，有的甚至达到２００ｋＰａ以Ｐ，而且砂芯混入量增多使混碾时间需长些。原有的设计手册上规定的混砂机生产率已不适川。混砂机生产厂商提供的产品日录上注明的生产率可能至多只可按一半考虑。ＪｔＬ，ｌ－，高密度造型每箱需砂量比低密度造型大约多十分之一左右，使原米期望的供砂量不能满足生产要求。因此国内很多１二厂所能采取的救急措施是缩短混砂周期。我国铸造厂常用的碾轮混砂机型号为Ｓ１１１６，ｓｌｌｌ８、Ｓ１１２０和Ｓ１１２２。根据产品目录给出的数据，生产率（ｔ／ｈ）除以每批加料量（ｋｇ）可计算得出每批刷砂·１６·
２００３年第３期
的混砂周期时问分别为２．６０～２７０ｍｉｎ／封ｔ。混砂周期严重不足．以致制砂性能逐渐恶化。闻外有些铸造厂使用碾轮混砂机的混砂周期比较充分。例㈨Ｉｌ本丰田汽车公司上‘乡厂的自动控制碾轮混砂机有显示肼表示出每１５ｓ榆测出的紧实率，丌始混砂后第１１２ｓ时紧实率为２２％，矗到２８９ｓ达到紧实率４０％，含水量３．９％，砂温３０（、以后扦始卸料，估计其总泄砂周期为６ｒａｉｎ。ｉ莲自动１公司川琦铸造厂的碾轮混砂机嗣期是６ｒａｉｎ。Ｕ率其它铸造，。的技术人员也表示．碾轮混砂的周期决不应少于６ｒａｉｎ。粮食危机 恩道尔
为ｒ提高堆产率，美国Ｓｉｍｐｓｏｎ公司生产ｍ“８”字形双碾盘连续碾轮混砂机，可姒节省加料和卸料所耗费的周期时间。但是仍然遵循问歇式碾轮混砂机的设计规律，并未将节省下的剧期时间用于混砂工作．以至型砂的平均混砂时间仍然不足。而且必然有部分捌砂循走捷径．晚进早ｍ，混砂刚问远低下平均混砂时间。因此混砂的均匀程度值得怀疑。另外缺点足机器外形比较庞大。我国以前个别厂也有使Ｈ｛，现大多改换其它混砂效率更高的混砂机。
２．２摆轮式混砂机
与碾轮式混砂机的结构最大区别是具有两ｊｌ或三只水平方向摆动的碾轮，碾轮的轮缘和围圈的内层包覆着橡胶衬套。随主轴旋转的刮砂板将型砂抛起到碾轮的碾压轨迹下。摆轮靠离心力碾压混合型砂。摆轮式混砂机是一种高速混砂机，周期为２ｍｉｎ左右。我同原来仿制的ＳＺｌ２４型摆轮混砂机的｛ｇ车加料量少（只有０．６ｔ），结构陈旧，缺少良好的配套装置。各厂所用的这类混砂机已趋于淘汰。｝＝｜＝Ｉ同外引进的拦轮混砂机心为一摆轮大容量、结构较新和具有全套鼓风机、排气叶片阀、型砂湿度控制、粉料回收膨胀箱等装置。辽宁某铸造厂进口·台属于中型的摆轮混砂机，每批混砂量９００ｋｇ。幽外最大型摆轮混砂机每批混砂量可达２．５～３．（）ｔ。据美国ｉ｛＆．Ｐ公司介绍，一般情况下混砂周期只需９（）ｓ，严格条件时电只要１０５～１１０ｓ。加料顺序较为奇特，在加入干砂以前先向混砂机中加入７５％的水，让混砂机被水润湿。随即加砂，在混砂机中挂一层砂，可以减少刮板和底盘的磨损。时间分配：ｏ～５ｓ加水７５％，５ｓ～１０ｓ清洗，Ｉｏｓ
一一Ｊ５ｓ加八砂，１５ｓ～１８ｓ加人膨润土和煤粉，２５ｓ～８０ｓ混碾并吹风．在５０ｓ时根据型砂的湿度加入其余的水．８０ｓ～９０ｓ卸砂。陵混砂机的鼓风机自底楹巾心向型砂鼓风降温．加入粉料ｌ对有闸扳关闭暂停吹风．排风管道也有闸板暂时堵住风管，以减少粉料损失。围圈侧面有粉料膨胀管，粉料进入后还可自行流回混砂机。德国Ｗｅｂａｃ公司给出的摆轮混砂机周期８５ｓ，也是先加水，但水量按照称量斗中砂的温度而定，一次加入。
２．３转子混砂机
德嗣Ｅｉｒｉｃｈ公司生产的混砂机主要是坼转ｆ和倾斜角度２５。底盘．生产率≤６０ｍ’／ｈ（另外还有一种容量较大的双转子水平底盘，生Ｊ“。率≥６０ｍ。／ｈ）。加水程序与碾轮混砂机先加人大部分水量进行湿混ｆ＿｜｛Ｊ办法不同．采川的程序是将回用砂、ｍ砂、膨润土和煤粉加入混砂ｄ【后先于混。混匀后由混砂机中的检测探头测出十二材料含水精和温度，由计算机确定应加水量，然后加水进行湿混。其防止粉料偏析而致混砂叫』ｌ＿ｌＪ加长的主要措施足靠与混砂机刖圈和底盘密啊靠近的刮砂板将该处材料完全刮起。在底盘旋转到顶点附近时，此处的制料受重力影响向下滑落，全部恰好遭遇到线速度约１６ｍ／ｓ的高速旋转的转子叶片冲山，使型砂揉搓混合均匀。转子下端靠近底蕊，几乎所有砂料都能受到转子打击搅拌，而且Ｅｉｒｉｃｈ公司规定的混砂周期较长（１４０ｓ）．每小时混砂２６批。
国内外还有几种形式的转子混砂机产品，例如ＫＷ公司Ｍｗ系列转了混砂机和ＤＩＳＡ公司ＳＡＭ系列转子混砂机以及国Ｊ“：Ｓ１４系列混砂机等，鄙足采片ｊ静ｌｔ底盘，中央设置以持续旋转的大商径转子（刮砂板）将底盘上的砂料堆起，使部分砂料受高速旋转的转子叶片的打。ｌｊ而混合均匀。Ｋｗ公＿ｊ规定的混砂周期时蝴为１３５ｓ，ＤＩＳＡ公司规定为９０ｓ，我国ｓ１４２０和Ｓ１４２５规定为Ｉ２０ｓ。研究上作表明我国厂家推荐的周期时阳Ｊ叫能偏少，无法使膨润土的粘结力充分展开，住同样紧实率条件下型砂达不到湿压强度的最佳值。此外，我同尚有Ｓ｛３、Ｓ１６等系列具有转了的混砂机，工厂使用较少。
３混砂效率和混砂机生产率
如前所述，有些设备制造公司在产品目录ｆ：杯注的混砂机牛产率可能是指低密度造型用砂而ｉ，型砂中膨润土量与目前常用的中密度和高密度型砂干『；Ｉ差极远，另外也不排除设备制造公司有夸大生产率的嫌疑。这就是为何很多围内铸造厂经常感到混砂速度赶不上造型的主要原因。铸造厂应当确实知道所使Ｊｔｉ沁砂机的真正混砂效率如何？足否已将足够的电能传输给ｒ型砂？
３．１混砂机的混砂效率腐蚀疲劳
混砂机的泄砂效率应当是铸造的常规榆验项Ｈ，可以在生产用混砂机Ｌ按照工艺规定混｛ｌｉ！】型砂．混砂完了后测定工艺试样的湿态抗压强度。然后再延长混砂时间ｌｍｉｎ，但需预先稍微加入少
墨水分以保持紧
－１７·
实率罐４‘不变，舟一次测定型砂试样强度，强度值将有小同襻度的ｒ升，如此每次延长混砂１ｒａｉｎ，行保持型砂紧实率稳定不变和测定强度，直到强度１；融上升．即达到“峰值强度”为止。混砂机的实际使＿｝｛｝ｊ效率可以按ｒ式计算：
混砂效半（“）一实际混砂强度／刑砂峰值强度
由于强度接近平台选的升幅极为缓慢，通常认为铸造生产实际ｑ，．型砂强度到达峰值的８ｊ％～９０％左右即为最适合使用的强度。达到最适合使用强度的混砂时间啦专是混制该型砂的正确时间，【：厂可以据此更正＿＿『：＝艺规定的混砂时间要求。二［厂混砂实际缺少时问（单位均为ｍｉｎ）按下式计算：
混砂实际缺少刚间一达到８５％～９０％峰值强度的时间一实际混砂时间
奶茶结婚了曾榆验某拖十＃机厂铸铁的旧砂，试验结果表明为要达到峰值强度尚需继续混砂６ｒａｉｎ。又曾检验山东某动力机厂型砂使用Ｓ１４系列转子混砂机的混砂效果，发现达到峰值强度的混砂周期应当是４．５ｍｉｎ．建议Ｉ厂达到最适宜使用强度的混砂时间定为４．０ｍｉｎ，驯显高于设衙制造公司
推荐的混砂周期２．０ｍｉｎ。
为ｆ简便，也可利用划砂实验室中小型混砂机做试验取生产混制出的型砂在小混砂机中．保持紧实率基本不变的条件下不断增加混砂时间（每次１ｒａｉｎ）。检验方法和计算方法ｌ刮上。
行人提出更简单的办法，将型砂一次延长混砂时间５ｍｉｎ，保持紧实率或水分不变情况下测定型砂强度，可以粗略地计算ｍ：
混砂效率（％）一实际常规混砂强度／延艮混砂５ｍｉｔ－ｉ后强发
此法虽然简单，但是得不出Ｊ一厂灌砂实际缺少的时间．对ｆ厂改进生产缺少一个重要参照数据。３．２混砂机需要的电机功率和向型砂输入的能量型砂凇合均匀和型砂表现出优秀的性能靠的是有足够的电能传输到型砂中，使型砂的膨润上在巨大的能鞋作用下，经过搅拌、揉搓和混合作用，才能均匀而分敞地包覆在砂子颗粒表面上。因此，混砂机需要安装较大功率的电动机。分析比较国内外混砂机可以看出：混砂机电机总功率（ｋＷ）的数据值至少应当是其每小时生产率（ｔ／ｈ）的一倍以上，否则不可能存规定周期时问内混制出良好的型砂。例如Ｅｉｒｉｃｈ公司的倾斜底盘转子混砂机电动机容量与小时生产率之比大致在２．６～２８；ＤＩＳＡ公司的ＳＡＭ一３和ＳＡＭ６的电机功率与生产率之比在２．２４～２．３６之间；Ｋｗ
铸造上稗·造型材料
公司的ＷＭ混砂机在２．５８～２．８３之问；ｌ｛＆Ｐ公司的摆轮混砂机在１．９２～３．００之间。而国产混砂机Ｓ１１】６、１１１８、１１２０、１ｌ２２的比率较低，仅为１．４７～１．８５。国产ｓ１４系列转子混砂机电机功率与生产率之比仅为１．３３和１．５０，明品过低。有人通过试验比较发现不论混砂机的种类形式如何，只要分别给予觅分和足够的混砂时间都能使型砂达到优良的性能。眨瞒只是溜砂时间的长短不同而已。铸造生产巾要想提高电机功率与生产率比率的唯一办法是降低生产率和延长混砂用期。但是大多数工厂中存在问题主要是混砂赶不ｒ造剂需要，不可能延长混砂时问。混砂时间不足的后果是型砂强度不足，这对于中密度造型和高密度造型尤其严重，要达到工艺规定的型砂强度就必须过量加入膨润二ｔ，因而型砂含泥量、含水量高Ｆ丁Ｆ常高质鼍型砂，删砂中会出现大量豆粒般大小的“砂豆”，其主要成分是来被允分混合均匀的满在膨润土。
不论混砂机的类型如何，较长的混砂时间才可以向刑砂输入足够多的电能。由混砂机生产公司提供的牛产率和电机功率可以推算出每吨型砂耗用电能多少。以下假定各种类型混砂机电机窬量的８５蛎为实际使用率（包括装料和卸料时间在内），计算结果如表１所示。2010阅兵式
表１各类混砂机混碾每吨型砂耗用电能比较
ＤＩＳＡＳＡＭ转予混砂机
种（周期９０ｓ）
每吨型砂耗能平均中值
／ｋＷｈ／ｋＷｂ，ｋＷｈ
ｏ
“ｌ＿７６～２１０８７
Ｉ姑Ｊ’摆轮混砂机８种（周期
１０５ｓ）
（周期９０ｓ）hgt
ＥＩＲＩＣＨＲ转ｒ混砂机６种
（周期】４０ｓ）
ＫＷＭｗ转子混砂机３种
（厦趟』ｉ窭Ｌ——
国产ｓ１】碾轮混砂机６种
（周期２．６ｍｉｎ～２７ｍｉｎ）
ｌ＿６３～２５５
１．２ｊⅥ２１９
１．１３～２６１
２．２～３．Ｊ５
是赢霁１刍嚣子混砂机２种１１３和】．２ｓ，ｚ
崮产碾轮混砂机平均每吨型砂耗能也只有１．４８ｋｗｈ，硅然低于同外混砂机的平均数和中值．｜国产转子式混砂机Ｓ１４２０和Ｓ１４２５每吨型砂耗能分别仅为Ｉ．１３和１．２９ｋＷｈ，与国外产品中值相比差距甚远！但实际Ｌ，铸造厂绝大多数国产混砂机的维修情况不够理想，混砂时电流达不到额定数值，电机总容鳋的炎际负倚率可能远低于８５％。圆此，国产混砂机每吨型砂的实际耗能量估计都低于这些计算结果。铸造厂』、ｔ当十分关心混砂机耗能量，｝＿Ｉ＝ｉ混砂机拧制室的电度表可以查阅出每吨型砂的混制能量，或者由混砂的电
·１８·
蛇
∞
引
＂１
，－
２００３年帮３期
流自动【ｅ求仪米分辨ｍ是否有足够电能施ＪＪⅡ到型砂Ｕ‘
也有铸造厂恐怕延长混砂时间会使型砂温度提商，这成为不肯延疑混砂时问的借口之一。实际卜将每目哇ｆ型砂输入电能提高一倍左右，即提高到接近进ｆ］混砂机的型砂耗能量，型砂温度电曲：仪仅升高二到五度左缸，《虑到刑砂的混合需要加人水分，混砂机有效地排风ｌｉｌ以促使水分蒸发而降温，如粜混砂机有鼓风装置，就更加速水分蒸发。众所周知【．型砂水分每降低１％，温度川降ｆ＜
２５ｃ左右。只要混砂机的排风管道通畅．不必担心混砂时砂温升高。但排风管最易堵塞，应勤加清瑚。风管外皮应当有电热装置，避免热态的水汽和粉，｜、沉秘在风管内壁。
有板个别ｊ：厂的混砂机的电动机功率并不小，然而实际使Ｊｉ】的功率町能达不到额定功率的一半。例如菜国营汽々一厂过去使用ｓｚｌ２４摆轮混砂机，尝试摘去摆轮只留两只刮砂板搅动型砂，认为。ｆ以节省电能。也有个别一厂使用闷产转子混砂机，转子叶片严重磨损或脱落未能及时更换，也出现电机的电流显著下降的现象。这样的混砂机混制出型砂质量之差是可以想象的。
４混砂机的保养和维修
由以ｆ一可以看出国产混砂设备不论在材质选用或是在结构设计方面都存在一些不足之处，因而经济实力较强的铸造厂大多喜用进口混砂设备。但本文以下只着重从与丁艺密切相关的角度，简要提出有关混砂机保养维修的几点注意事项：
４．１清理混砂机
有的铸造Ｊ小扣·意混砂机的Ｕ常清理，碾轮的外缘局部挂有大块死砂块。其起源可能是由于加人水分时大量淋洒在碾轮的局部表面，义粘附富含膨润土的型砂。日复一日，越集越多，从未得到认真清除。改用先湿混后Ｉ‘混的方法和改用喷雾加水方法会有改善，但根本的措施是饵Ｕ下班以前必须将混
砂机清理干净。碾轮｝、底龃上、刮砂板上和罔圈的内表面都必须将粘附的砂子清除掉。有的混砂的围圈口』以吊起。清理时无需ｒ人钻八混砂机内，不仅有利于安全防护，而且便于充分清除混砂机各部位的积砂。
４．２调整刮砂板和转子叶片
刮砂板和转于Ｉ，ｔ‘片是最易磨损的零什。曾看到个别铸造厂的碾轮混砂机由于刮砂板严重磨损，底盘上积存的型砂结成厚达数｜‘毫米的硬块。不但混砂质量难以保证，混砂机容量也大为减少。虽然正规生产混
砂机的刮砂板等零件锋刃部位已镶嵌有耐磨材料，底盘改用石材铺衬，工厂的机修部ｆＪ仍必须按照预定计划进行预防性维修。立¨粜发现刮砂板间隙超差，就必须立即调整。据了解美国维修ｊ：人诵整刮砂板与底盘的阿隙为正好一只硬币的厚度。刮砂板侧面与围阍的ｆｕ】距可以稍宽一些，·Ⅱ以防止砂粒被挤碎．但吐王不超过３ｒａｍ＾，５ｍｍ。
４．３校核加料定量
媒粉和膨润ｆ：定量器需要定期校准．采用存积定最方法时更需加强榆验，防【ｌ煤粉或膨喇土Ｈ耗、｛．中掉人杂物碎片，阻碍粉料通过定量器。只自通过暇蓝量试验和发气嚣试验才能显示ｉＪｊ
定量器的问题。采川称量法定量器也要定期用重锤校准，因为混砂工｛｛？地粉尘弥漫，任何机械式和电子式称量装置的精度都呵能改变。
犬津菜汽车铸造厂的进口混砂机配备有先进的紧实率控制装置，使』Ｈ后数据极为稳定。｝｛足控制窀中电子仪表显示出紧实率数值与喇砂实验巾手时Ｊ
二锤测得紧实率相差１０多个百分点。应当相信准呢？
当然要以三锤紧实率数值为准。后来只稍加调拯电子仪表，就排除了这个１矛盾。
鼓风机和排风机使部分水分蒸发即可克服型砂的升温现象。同时排风机也减少混砂机周围环境中粉尘浓度。但是，即使定量器完全准确无误，粉料也呵能并未全部如实加入刭砂中。必然会有－地膨润土和煤粉随风而去，落人通风系统的除伞系统中雨损失掉。
杂志创刊词
设汁良好的混砂机具有当粉料进入混砂机时暂时关闭风管系统的装置。粉料的译独加入是由嗣圈侧面而不是从预部撒落。设计有柔性织物膨胀管，以备大量加人砂子、煤粉和膨润土时混砂机内空气有出口释放．加料完毕后膨胀管内捕集的粉料会自动流人混砂机巾，避免了定量粉料的损失。
５结论
通过对比进Ｉ］设备的设计基本参数，国产混砂机电机容量／混砂机生产率的比值较小。假定设备电机的负荷率为８５％，使用国产转于混砂机时每吨犁砂耗用电能大约只自进『Ｉ设备的一半左右．使用碾轮混砂机每吨型砂耗１ｌ｛！Ｉ电能也明显低于进ＦＩ设备。ｍ于１二问中选用混砂机的错误，延长混砂时间又与造型】．部要求的供砂速度相矛盾。这成为很多铸造厂影响型砂质量并且存在已久的难题。
·１９·
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议