我國(guó)的鑄造技術(shù)有6000年的悠久歷史。當(dāng)今,鑄造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了前所未有的先進(jìn)水平,鑄型的種類(lèi)以及所使用的造型材料越來(lái)越多元化。盡管如此,古老的砂型鑄造技術(shù)依然是鑄造生產(chǎn)工藝的主流。砂型鑄造就是用優(yōu)質(zhì)砂制作砂型與砂芯,裝配后澆入熔融金屬液形成鑄件的方法。現(xiàn)在相當(dāng)比例的鑄件采用砂型鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
砂型鑄造中,砂是基本的造型材料,其用量巨大,常常是鑄件質(zhì)量的倍數(shù)。鑄造用砂也有不同的種類(lèi),而且差異顯著。其中,用量大的當(dāng)屬石英砂,也稱(chēng)硅砂。石英砂的主要礦物質(zhì)是石英——即二氧化硅(SiO2)。高質(zhì)量的石英砂中,總的SiO2含量可高達(dá)99.5%,其余為長(zhǎng)石和黑云母等雜質(zhì)成分。
據(jù)了解,鑄造用石英砂是用量大的鑄造原砂,是一種重要的造型礦物材料,廣泛用于鋼鐵和有色金屬的鑄造。我國(guó)鑄件總產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位。據(jù)統(tǒng)計(jì),每生產(chǎn)1t合格鑄件,需要1~1.3t的石英砂,全國(guó)每年消耗的新砂在2000萬(wàn)t以上。
根據(jù)我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)鑄造標(biāo)準(zhǔn)砂的規(guī)定,鑄造用砂中的SiO2含量應(yīng)大于90%。一般說(shuō)來(lái),不同地理環(huán)境下形成的石英砂其性能也有所區(qū)別。由于石英具有較高的耐火性和硬度,且其優(yōu)良的工藝性能能夠滿(mǎn)足鑄造生產(chǎn)的種種基本要求,不僅可以用于傳統(tǒng)的粘土砂造型,同時(shí)可用于樹(shù)脂砂以及覆膜砂等先進(jìn)的造型和制芯工藝,所以石英砂在鑄造生產(chǎn)中被大量而廣泛使用。許多大型現(xiàn)代化鑄造廠正在大量采用樹(shù)脂自硬砂等造型工藝,使得近年來(lái)硅質(zhì)石英砂的使用量不斷增加。
作為造型材料的骨料,石英砂性能的好壞必定直接影響著鑄件的質(zhì)量,鑄造廠對(duì)鑄造用砂的選擇一般有很多基本的要求?梢(jiàn),石英砂在鑄造生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。正因?yàn)槿绱,?duì)石英砂的各種物理化學(xué)性質(zhì)及鑄造工藝性能的研究和探討一直是鑄造界科技人員密切關(guān)注的科研課題之一。
鑄造業(yè)對(duì)石英砂的質(zhì)量要求
種類(lèi) | 礦物含量 | |||
SiO2(%) | Fe2O3(%) | Al2O3(%) | ||
鑄造業(yè) | Ⅰ級(jí) | >97 | <0.75 | |
Ⅱ級(jí) | >97.5 | <1.0 | ||
Ⅲ級(jí) | >94 | <1.5 | ||
Ⅳ級(jí) | >90 |
粗略統(tǒng)計(jì),機(jī)械制造行業(yè)所用的鑄造砂,約占全球總產(chǎn)量的30%。國(guó)外對(duì)石英砂成分的一般要求:鑄鋼砂:SiO2≥98%,K2O+Na2O≤0.5%,CaO+MgO≤1.0%,含泥量≤0.2%,用量多的粒級(jí)為:0.1~0.6 mm,大于0.6mm、小于3.35mm的也用一些。一般使用滾圓度比較好的天然砂,使用機(jī)制砂的比較少。
目前生產(chǎn)各種金屬制品的工藝之一是樹(shù)脂砂鑄造工藝,它是將熔融的金屬澆注到空心砂模中,其中硅砂是樹(shù)脂砂鑄造工藝中用于生產(chǎn)一次性砂模的主要造型材料。通過(guò)添加粘結(jié)劑等物質(zhì),將砂粒粘在一起形成具有機(jī)械強(qiáng)度的砂模。
隨著國(guó)內(nèi)外鑄造行業(yè)特別是汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展,各種樹(shù)脂粘結(jié)劑體系相繼問(wèn)世。這些樹(shù)脂粘結(jié)劑系統(tǒng)使用砂、粘結(jié)劑和固化劑的混合物來(lái)制備砂模。在混合過(guò)程中,粘結(jié)劑和固化劑立即開(kāi)始反應(yīng),并緩慢地將砂塑造成擁有一定機(jī)械強(qiáng)度的砂型或型芯,待其擁有足夠的強(qiáng)度后即可用于鑄造。樹(shù)脂粘結(jié)劑系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固化和硬化,此外,它還消除了砂模制造和芯材制造之間的差異。因此,樹(shù)脂粘結(jié)系統(tǒng)適用于中小批量復(fù)雜鑄件的自動(dòng)化生產(chǎn)。