铸造砂精通：湿型砂铸造专家指南

如何制作金属铸造用湿型砂

造型砂是砂型铸造工艺的核心。它必须保持形状并捕捉铸件精细细节，同时透气性足以让气体逸出。在抽出造型型板或浇注过程中，不能崩塌或自行下沉。翻转时不得失去形状：模具各部分夹紧时必须保持真实形态。

在大多数情况下，“湿型”砂足以体现这些特性。湿型砂之所以叫这个名字不是因为颜色——这些材料因成分和用途不同颜色各异。而是因为它湿润，像生木头一样。

铸造车间使用前会测量砂的力学性能。技术人员或铸造工程师将砂压实成圆柱体进行测试。越来越多地采用可实现多点精度的计算机化设备进行测试。

砂的透气性是材料的“排气能力”——允许多少气体从模具逸出。湿压缩强度反映砂在崩塌前能承受多少压缩。湿剪切强度测量砂在剪切应力下抵抗结构失效的强度：这是产生平行于其方向滑动失效的力。砂也测试干燥强度，因为浇注过程中通常会失去水分。还要检查高温强度（高温下行为）。铸造高温会导致模具崩塌吗？

常做若干辅助测试，包括含水量、粘土含量、砂粒粒度检查。铸造工程师负责控制砂性能，在砂的使用寿命期内可能多次调整以保持良好工作状态。

造型砂的特殊配方提供所需行为。主要成分是粒度一致的矿物砂。砂粒大小影响铸件表面光洁度，有时也影响模具透气性和多孔性。仅此成分不够：需添加粘结材料（通常是粘土），并用水湿润混合。

天然粘结砂是从地下开采的石英和粘土混合物，虽常调整比例以获得正确砂性能。天然粘结砂用于灰铁、球墨铁、可锻铁和有色铸造厂（镁除外）。合成粘结砂将无粘土砂与精确量的粘土或膨润土混合。它们比天然粘结砂更均匀，但需要更仔细的混合和控制。钢铸厂、灰铁和可锻铁铸造厂、镁铸造厂使用此类砂。对于芯子或其他必须硬化到可提起移动的砂，通常需要合成粘结。

铸造厂配制砂型铸造配方时有多种选择。

矿物砂

铸造厂混合物通常含砂75-85%，其余为粘土、水和其他添加剂。砂可天然获取（通常来自湖泊），或经开采和标准化无粘土矿物制得。

橄榄石砂

传统上，橄榄石砂用于铸铁和有色金属铸造。这种砂能通过快速冷却金属获得精细表面，且粉尘极低、呼吸不危险。它被认为是“宽容”的铸造砂，易成型且受热不膨胀，但抗拉强度不高。石英砂一直是制芯首选。有些橄榄石砂呈极淡绿色，但这只是巧合——像其他砂一样，可“干态”或“湿态”供应。

美国不再开采橄榄石砂，因此至少在北美，它不再是铸造砂主要来源。

石英砂

铁金属铸造厂（处理铁和钢）通常用石英砂，又称石英砂。石英砂长期用于制芯，全流程使用同种骨料简化了铸造物料管理。

使用此产品的铸造厂采取一些额外预防措施防尘肺病，这是吸入大量石英颗粒导致的肺部疾病。有时使用呼吸器或过滤面罩。

湿型砂中的粘土

湿型砂通常含10%膨润土粘土。分子层面上，这种粘土含吸水性的石英和铝混合物，常含钾、钠或钙。钙基膨润土是湿型铸造最常用粘土。

膨润土开采清洗后用于多种应用。虽有许多制造和建筑用途，但最常见消费用途是猫砂和面膜等化妆品，利用其吸附性。

湿型砂铸造的其他添加剂

水分是所有湿型砂铸造的重要成分。水通常按混合物重量2-5%添加。水分子间的静水压力键增强砂强度：这就是海滩湿沙能堆砂堡的力量，铸造车间同样原理。水增加了湿型砂承受剪切应力和压缩的能力。

除基本砂、粘土、水外，可使用特殊添加剂。包括谷物、沥青粉、海煤、吉尔索尼特、燃料油、木粉、石英粉、氧化铁、珠光体、糖蜜、糊精和专有材料。它们都旨在改变砂的特定性能以获得预期结果。

用于改善铸件表面的涂面砂，用于灰铁、可锻铁、钢和镁铸件。铁砂通常含海煤，这是细磨煤粉，接触热金属时产生气体薄膜防止砂粘连铸件。全砂使用海煤的铸造厂，混合约5%煤粉。吉尔索尼特作用相同，产生气体防止砂粘连或氮气针孔。

钢涂面砂可能含石英粉或其他极细高耐火材料形成致密表面，熔融金属难渗透。橄榄石砂也用于锰钢铸件，橄榄石砂与锰结合提供良好表面。

模具涂料是涂在模具或芯子表面改善铸件表面的涂层。湿涂或干涂均可。通常湿涂料刷涂或喷涂，干涂料刷涂或擦涂。常用石墨或石英粉混合粘土和糖蜜水。涂料通常用水基或醇基溶剂调配。醇基溶液可点燃引燃酒精瞬间固化模具。水基溶液需烘箱干燥时间，期间涂料固化并去除多余水分。

砂处理与搬运

砂在混砂机中制备，混合砂、粘结剂和水。混砂机不仅搅拌铸造砂各成分，还需施压使粘土或其他粘结材料均匀包覆每粒砂。然后用松砂机疏松砂以利造型。

铸造车间地面堆砂上方可用砂切机代替混砂机。砂输送到造型车间可用自卸车、铲车或皮带输送机。

铸造过程中，砂制成模具，可置于地面或由输送机送至浇注工位。浇注后，铸件从砂箱中震出。旧砂由皮带输送机或其他方式返回储砂仓。

铸造砂回收利用

铸造砂可多次重复使用直至报废无法再生。过去这些砂填埋，但再利用和回收已成关注点。美国环保署建议造型过程产生的旧铸造砂可安全用于土壤，包括营养土和人工表土。也可用作道路基层或水泥制造骨料。

简单配方，多种变化

家庭自制湿型砂只需砂、粘土、水。结团猫砂是廉价膨润土来源，但需细磨后添加：细磨膨润土作为美容产品售价较高。五金店有细磨石英砂。9份石英砂配1份膨润土，加水至湿润，是易记家庭配比。混合必须极其彻底，包含大量挤压、压实、涂抹，使每粒砂包覆粘土层。

此配方可用于粗糙砂型铸造——或堆最棒的沙堡！