【正文】 1 《鑄造工藝 》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 郭廣思 王連琪 沈陽(yáng)理工大學(xué) 2020 年 10 月 2 實(shí)驗(yàn) 一 原砂性能綜合性實(shí)驗(yàn) （一） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 鑄造生產(chǎn)中用來(lái)配制型砂、 芯砂的原砂稱為鑄造用砂。原砂的含泥量、顆粒組成及形狀等對(duì)型砂的性能有著重要的影響。含泥量高會(huì)使型 、 芯的透氣性和耐火度降低。原砂的顆粒組成對(duì)型 、 芯砂的透氣性、強(qiáng)度和耐火度都有影響。而原砂的顆粒形狀對(duì)型 、芯砂的流動(dòng)性、透氣性和強(qiáng)度也都有影響。因此，為了配制合乎生產(chǎn)要求的型 、芯砂，并在使用中控制它們的質(zhì)量，就必須 掌握原砂的性能及其實(shí) 驗(yàn)方法。 （ 二 ） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1． 測(cè)定原砂的含水量； 2． 測(cè)定原砂的含泥量； 3． 測(cè)定原砂的粒度； 4． 原砂顆粒形狀及表面狀況的評(píng)定。 （三）實(shí)驗(yàn) 1． 測(cè)定原砂的 含水量 （ 1）實(shí)驗(yàn)原理 試料中所含水分的百分?jǐn)?shù)，即為該試料的含水量。 （ 2）實(shí)驗(yàn)步驟 試驗(yàn)時(shí)，稱取 50 克（準(zhǔn)確度達(dá) 克）試料，在紅外線烘干器中烘干。烘干溫度在105~110186。C 之間，經(jīng) 4~8 分鐘烘至恒重。冷卻后進(jìn)行稱量，記下烘干后試料的重量，準(zhǔn)確度為 克。（作不同含水量的三種試樣）。 按下式計(jì)算含水量： 2)50(100 11 ?????? GG GGX 式中： X — 含水量（ %）； G — 烘干前試料的重量（克）， G = 50 克； G1 — 烘干后試料的重量（克）。 3 2． 測(cè)定原砂的含泥量 （ 1）實(shí)驗(yàn) 原理： 原砂中所含直徑小于 毫米的部分，其百分?jǐn)?shù)即為原砂的含泥量。 測(cè)定原砂含泥量通常采用沖洗法。主要是利用懸浮在水中的砂和泥分的質(zhì)點(diǎn)大小不同，其下沉的速度也不同的原理， 將砂和泥分開。 顆粒在水中下沉的速度可用如下公式計(jì)算： grrdV ?18 )( 12 ?? 式中： V — 質(zhì)點(diǎn)下沉速度（厘米 / 秒）； d — 質(zhì)點(diǎn)直徑（厘米）； r — 下沉物的密度， 克 /厘米 3（砂與粘土比重大致相同）； r1 — 水的密度（克 /厘米 3）； η — 水的粘度 克 /厘米 秒（ 20186。C）； g — 重力加速度 930 厘米 /秒 2。 直徑為 毫 米的最小砂粒在 20 186。C 的水中下沉速度為： 分厘米分厘米秒厘米 /)( 12 ????? grrdV ? 5 分鐘內(nèi)直徑為 毫 米的砂粒在水中下沉深度約為 ： 5= 厘米。 因此，將原砂與水充分?jǐn)嚢?，使砂和泥懸浮于水?，然后靜置 5 分鐘，則所有的砂粒都下降到距水平 厘米以下，而 厘米以上的水中懸浮物則都是泥分，即可用虹吸管將它吸出。這時(shí)，下部的砂中可能還混有一些泥分，再清洗幾次，直至上部分水清為止，這樣就可能將 原砂中的泥分完全洗出。取出沉淀的砂粒烘干，稱重量即可算出含泥量。 （ 2）實(shí)驗(yàn)步驟 ①稱取烘干的原砂試樣 50 克（精確度為 克）置于洗砂杯中，再加入 475 毫升水和 25毫升濃度為 1%的氫氧化鈉溶液（加入氫氧化鈉溶液的目的是使粘土及砂粒積壓后容易 自成分散的質(zhì)點(diǎn)，以免相互粘附在一起）。 ②將洗砂杯裝到快速洗砂機(jī) 上，升高托盤，使攪拌軸完全伸入洗砂杯中，并緊固托盤，防止水濺出。 4 ③開動(dòng)洗砂機(jī)馬達(dá)，攪拌 10 分鐘，關(guān)閉電源。取下洗砂杯，并仔細(xì)沖洗粘在攪拌軸和杯壁的泥砂。 ④用玻璃棒攪拌，攪拌后靜置 10 分鐘，用虹吸管吸去上部分 125 毫米高度的渾水，不能將 25 毫米以下的砂吸去。 ⑤重復(fù)第④ 步，直到洗砂杯中的水完全透明為止。自第二次起，每次只需靜置 5 分鐘。 ⑥ 最后一次吸出杯中的清水后，將剩下的砂粒同水一起倒入漏斗中的濾紙上，不能倒在外面，并注意沖洗，然后將濕砂連同濾紙一起放在器皿上，在恒溫箱中烘干（溫度200～ 275186。C）。 ⑦ 烘干后，仔細(xì)將砂粒收集起來(lái)，在天平上稱重，并根據(jù)下式計(jì)算出含泥量： 2)50(100 11 ?????? GG GGQ 式中： Q — 含泥量（ %）； G — 稱取的原砂試樣重量（ 50 克 ） ； G1 — 洗滌烘干后試料重量（克）。 3． 測(cè)定原砂的粒度 （ 1）實(shí)驗(yàn)原理 原砂的粒度是指砂粒的大小，不同顆粒大小的比例，砂粒的均勻程度。 原砂粒度的測(cè)定采用篩分法。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)步驟： ① 將 經(jīng)過(guò)沖洗后測(cè)定含泥量的試樣放在標(biāo)準(zhǔn)篩的最上面，蓋子蓋好后放在 篩砂機(jī)上。 ② 開動(dòng)馬達(dá)，篩分 10 分鐘后，關(guān)閉電源，取下 篩子，將每一個(gè)篩子上的砂子分別到在盤中，并且將網(wǎng)眼中的砂粒也用毛刷刷下。 ③ 用天平稱量每個(gè)篩子 上砂粒的重量（準(zhǔn)確度為 克），并將重量乘 2，所得結(jié)果即為該 號(hào) 篩上的砂粒占試樣總重量的百分?jǐn)?shù)。 ④ 用砂粒最集中的三個(gè)相鄰篩子的頭尾篩號(hào) 數(shù) 表示出原砂的顆粒組成。 注意：篩子使用前先要檢查每個(gè)篩子的篩號(hào)，檢查排列順序是否正確，完全排列正確后方能篩分。 5 4． 圓砂 顆粒形狀的觀測(cè) （ 1）實(shí)驗(yàn)原理 原砂顆粒形狀分為：圓形砂、多角形砂和尖角形砂 。 圓形砂：顆粒為圓形或接近于圓形，表面光潔，沒有突出的棱角，這種砂用符號(hào)“ O”表 示。 多角形砂：顆粒呈多角形，且多為鈍角。以符號(hào)“□”表示。 尖角形砂：顆粒呈尖角形，且多為銳角。以符號(hào)“△”表示。 （ 2）實(shí)驗(yàn)步驟 將洗凈的原砂的主要部分（相鄰三篩的砂子）均勻混合，取少量放在放大倍數(shù)低于60倍的顯微鏡下進(jìn)行觀察 ， 以主要的一種表示 。如果有兩種顆粒形狀，則只要一種不超過(guò) 1/3，則仍以主要顆粒表示，如果兩種都超過(guò) 1/3，則用兩種符號(hào)表示。 觀察結(jié)果評(píng)定顆粒形狀是圓形、多角形還是尖角形，以符號(hào)表示之。表面狀況包括砂粒的顏色、透明度、有無(wú)裂紋、粗糙程度和有沒有其他雜物等。 （四） 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試儀器 及所用工具 普通天平、紅外線烘干箱、渦輪式洗砂機(jī)、電磁微 震篩砂機(jī)、體式顯微鏡、火燃噴燈等。 （五） 報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)后要完成的一份書面材料。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容一般包括實(shí)驗(yàn)名稱、班級(jí)、實(shí)驗(yàn)人姓名、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理、結(jié)論與討論等多項(xiàng)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)報(bào)告一律用 實(shí)驗(yàn)報(bào)告用紙書寫。 （六） 討論題 1．原砂的牌號(hào)及表示方法 6 實(shí)驗(yàn) 二 型砂性能綜合性實(shí)驗(yàn) （ 一 ）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是濕型鑄造，特別是近代機(jī)械化生產(chǎn)，大量采用濕型砂，生產(chǎn)中合理的控制型砂的性能是保證鑄 件質(zhì)量的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)為使同學(xué)掌握型砂性能的檢驗(yàn)方法，熟悉影響型砂性能的主要因素，學(xué)會(huì)調(diào)整和控制型砂的性能。 （二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1． 測(cè)定型砂的透氣性，濕壓強(qiáng)度 2．測(cè)定型砂 的 緊實(shí)率 3. 測(cè)定型砂的 流動(dòng)性 3． 測(cè)定砂型的表面硬度 （三）實(shí)驗(yàn) 1． 測(cè)定型砂的透氣性，濕壓強(qiáng)度 （ 1） 實(shí)驗(yàn)原理 標(biāo)準(zhǔn)工藝試樣的制作：測(cè)定造型材料的透氣性及強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)工藝試樣，各種標(biāo)準(zhǔn)工藝試樣的尺寸規(guī)格如表 1 所示。 表 1 型砂試樣規(guī)格 試樣名稱 試樣形狀 試樣尺寸（ mm） 抗壓、抗剪、抗裂 圓柱形 Φ 50=50177。 抗拉 8字形 中截面 2525 抗彎 方柱形 2525 （ 2）實(shí)驗(yàn)步驟： ① 在混砂機(jī)上混碾不同水分 加 入量和活化膨潤(rùn)土的濕型砂，每碾為 2 公斤 ，碾好后放入塑料袋中蓋好，準(zhǔn)備試驗(yàn)。型砂配方如 表 2。 ② 用天平稱取約 170 克型砂倒入沖樣筒中，在沖樣機(jī)上擊三下，制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。 7 表 2 測(cè) 透氣性及 濕壓強(qiáng)度的型砂的 配方 樣號(hào) 原砂 百分含量 原砂 重量 膨潤(rùn)土 百分含量 膨潤(rùn)土 重量 水 百分含量 水 重量 NaCO3 重量 1 2 3 4 5 6 94% 94% 94% 94% 94% 94% 1880g 1880g 1880g 1880g 1880g 1880g 6% 6% 6% 6% 6% 6% 120g 120g 120g 120g 120g 120g % % % % % % 15g 30g 50g 70g 150g 150g ③ 將標(biāo)準(zhǔn)試樣連同沖樣筒一起倒叩在透氣率測(cè)定儀的實(shí)驗(yàn)座上，測(cè)出透氣率，并記下數(shù)值。 ④ 將標(biāo)準(zhǔn)砂樣用頂柱從沖樣筒中頂出，放于萬(wàn)能強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)上。測(cè)出它的濕壓強(qiáng)度并記下數(shù)值（單位 ka/cm2），每種型砂做三個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)試樣，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)取平均值。 ⑤ 將所測(cè)數(shù)據(jù)列表填好，并根據(jù)表上的平均值分別繪出水分不同的加入量與濕強(qiáng)度和透氣性的關(guān)系曲線。 2． 測(cè)定型砂 的 緊實(shí)率 （ 1） 實(shí)驗(yàn)原理 型砂緊實(shí)率是指型砂在被緊實(shí)前后的體積變化 就緒。 型砂被緊實(shí)前松態(tài)密度越小，緊實(shí)后的體積減小越多，則緊實(shí)率越高。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)步驟： 將型砂通過(guò)篩孔直徑為 ～ 毫米的篩子松散地裝入試樣筒中，刮去頂端多余的型砂，用篩擊制樣機(jī)打三個(gè)，然后測(cè)量出打下的深度。 型砂配方如 表 3所示 。 表 3 測(cè) 緊實(shí)率及流動(dòng)性的型砂 配方 試樣號(hào) 原砂 膨潤(rùn)土 水 1 2 3 100% 100% 100% 6% 6% 6% % % % 8 用下式計(jì)算 緊實(shí)率 ： 100?? ABK 其中： K — 緊實(shí)率（ %）； B — 緊實(shí)距離（毫米）； A — 砂樣筒高（毫米）。 按以上方法分別測(cè)出含水量不同的三種型砂的緊實(shí)率，并比較其結(jié)果。 3． 測(cè)定 型砂 的 流動(dòng)性 （ 1）實(shí)驗(yàn)原理 型砂流動(dòng)性是指型砂顆粒間在自重或一定外力作用下，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力，對(duì)于流動(dòng)性較好的型砂。 容易獲得緊實(shí)度均勻的鑄型，并且要獲得一定的緊實(shí)度，所需要的功能比較小。 由于目前 測(cè)定型砂流動(dòng)性的方法沒有統(tǒng)一，因而我們這里選擇一種簡(jiǎn)單的階梯法來(lái)測(cè)定粘土砂的流動(dòng)性，并比較其結(jié)果。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)步驟： 將 120 克型砂置于試樣筒中，筒內(nèi)先放凸臺(tái)，如圖 1示，在捶擊制樣機(jī)上打三下，翻轉(zhuǎn)試樣筒測(cè)出 A面的硬度值來(lái)，再頂出少許，沿凸臺(tái) 把余砂刮去，測(cè)出 B點(diǎn)的硬度，如圖 1所示： 9 圖 1 用階梯式試樣側(cè)流動(dòng)性 100?? BAS HHK 其中： KS — 型砂流動(dòng)性（ %） ； HA — A 處硬度值； HB — B 處硬度值。 按以上方法測(cè)定出含水量相同， 加與不加機(jī)油的粘土 砂的區(qū)別。 配方如下表 4 所示。 表 4 測(cè) 流動(dòng)性的型砂的配方 試樣號(hào) 原砂 膨潤(rùn)土 水 機(jī)油 1 100% 6% 3% 2 100% 6% 3% 1% 4． 測(cè)定砂型的表面硬度 （ 1）實(shí)驗(yàn)原理 在生產(chǎn)中，常用型砂表面硬度來(lái)評(píng)定型砂的緊實(shí)質(zhì)量。因?yàn)橛捕入S緊實(shí)度的增加而增加，并且硬度檢驗(yàn)不損壞砂型，測(cè)量方便?，F(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用，砂型的表面硬度，用砂型硬度計(jì)測(cè)量。 目前，砂型硬度計(jì)有干型和濕型兩種，共有 A、 B、 C、 D 四種型號(hào)。我們實(shí)驗(yàn)所用的為 B 型硬度計(jì)。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)步驟： 將硬度計(jì)底部的平面緊壓在所試驗(yàn)的砂 型表面，然后根據(jù)小鋼球壓入試樣的深度，直接從硬度計(jì)表盤的刻度中讀出該試樣或砂型的硬度值。 測(cè)定濕態(tài)試樣的硬度時(shí)，應(yīng)該試驗(yàn)三個(gè)試樣，采取所得結(jié)果的算術(shù)平均值為該試樣 10 的濕態(tài)硬度值，也可以用在幾個(gè)不同點(diǎn)所測(cè)出的結(jié)果計(jì)算其平均數(shù)。 （四）實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試儀器及所用工具 碾輪式混 砂機(jī)、捶擊式制樣機(jī)（液壓制樣機(jī)）、萬(wàn)能強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、直讀式透器性測(cè)定儀、 B 型硬度計(jì)、篩子、鋼板尺等 。 （五）報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)后要完成的一份書面材料。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容一般包括實(shí)驗(yàn)名稱、班