高密度湿型的型砂性能要求

清华大学 于震宗

前言

高密度造型方法（或称高紧实度造型，包括多触头高压、气冲、挤压、射压、静压、吸压造型方法）的生产效率高、铸件品质较好，因而国内外应用都很普遍。高密度造型对型砂品质的要求比较严格。本文用表格列举部分典型的国内外铸造厂实际应用的和部分设备公司推荐的高密度砂型主要的和经常测定的型砂性能，并加以评论。

1、紧实率和含水量

湿型砂不可太干，否则膨润土未被充分润湿，起模困难，砂型易碎，表面的耐磨强度低，铸件容易生成砂孔和冲蚀缺陷。型砂也不可太湿，过湿型砂易使铸件产生针孔、气孔、呛火、水爆炸、夹砂、粘砂等缺陷，而且型砂太粘、型砂在砂斗中搭桥、造型流动性降低。使砂型型腔表面松紧不均；还可能导致造型紧实距离过大和压头陷入砂箱边缘以内而损伤模具和砂型吃砂量过小。表明型砂干湿状态的参数有两种：紧实率和含水量。

附表中国内各厂的紧实率和含水量除特别注明以外，取样地点都在混砂机处。但是型砂紧实率和含水量的控制应以造型处取样测定为准。从混砂机运送到造型机时紧实率和含水量下降幅度因气候温度和湿度状况、运输距离、型砂温度等因素而异。如果只根据混砂机处取样检测结果控制型砂的湿度，就要略增少许，以补偿紧实率和水分的损失。

以前的观点认为手工造型和震压式机器造型最适宜于湿状态下的紧实率大约在45～50%；高压造型和气冲造型时为40～45%；挤压造型要求流动性好，紧实率为35～40%。由表中可以看出，目前铸件品质较好的工厂，高密度造型的型砂紧实率（大多是从混砂机取样）通常都在25～45%范围内，比较集中于30～40%之间，比以前有明显降低。这是由于高密度造型设备的起模精度提高，而且要求砂型各部位硬度均匀分布，使型砂的流动性成为重要因素。工厂的控制原则大多是只要能够保证起模顺利就尽力降低紧实率。

从减少铸件气孔缺陷的角度出发，要求最适宜干湿状态下型砂的含水量尽可能的低。高强度型砂的膨润土加入量多，型砂中含有较多灰分，所购入煤粉和膨润土因品质低劣而需要增大加入量，混砂机的加料顺序不当、揉碾作用不强、刮砂板磨损、混砂时间太短，以致型砂中存在较多不起粘结作用的小粘土团块，都会提高型砂的含水量。根据资料，世界各国高密度砂型的型砂含水量基本上都在2.5～4.2%,比较集中于2.8～3.5%。如果生产的铸件具有大量树脂砂芯（如发动机铸件），型砂含水量大多偏于下限，这是由于大量树脂砂芯溃散后混入型砂使含泥量下降和型砂吸水量降低。

我国有些铸造厂的型砂含水量很高，例如表中C-8厂实测高达5.0%，可能与旧砂含泥量高达16.7～18.0%有关。

型砂的紧实率/含水量比值可表示每1%型砂含水量能够形成多少紧实率，最好在10-12或稍高些。由几家外商独资或合资企业的检验结果计算比值大多在10-12.7范围内。曾测定三家乡镇铸造厂的比值在5.0～8.3之间，说明型砂吸水物质过多。

2、透气率

砂型的透气率不可过低，以免浇注过程中发生呛火和铸件产生气孔缺陷。但是绝不可理解为型砂的透气率越“高”越“好”。因为透气率过高表明砂粒孔隙较大，金属液易于渗透而造成铸件表面粗糙，还可能产生机械粘砂。所以湿型用面砂和单一砂透气性能应控制在适当的范围内。对湿型砂透气率的要求需根据浇注金属的种类和温度、铸件的大小和厚薄、造型方法、是否分面砂和背砂、型砂的发气量大小、有无排气孔和排气冒口、是否上涂料和是否表面烘干等等各种因素而异。用单一砂生产中小铸件时，型砂透气性能的选择必须要兼顾防止气孔与防止表面粗糙或机械粘砂两个方面。高密度造型的砂型排气较为困难，要求型砂的透气率通常稍高些。但型砂含水量较小时，透气率可稍低些。

从附表可以看出较为适当的高密度造型型砂透气率大多在100～140之间。如果型砂透气率在160以上，说明砂粒较粗，除非在砂型表面喷涂料，否则铸件表面会出现粗糙甚至有局部机械粘砂。附表中A-2的透气率实测结果竟达250，上、下型都需要喷醇基涂料。另一外资工厂的透气率不作为控制项目，偶尔测得透气率约为200-280。观察其铸件表面相当粗糙，原因是型砂中混入大量粗粒溃碎砂芯。实际上，有很多生产发动机的铸造厂都遇到溃碎砂芯混入旧砂而使型砂透气率偏高的问题。C-13的铸件表面并不粗糙，而测得透气率高达230-240，是仪器的通气塞孔洞尺寸过大所致。

3、湿态强度

如果型砂湿态强度不足，在起模、搬运砂型、下芯、合型等过程中，砂型有可能破损和塌落；浇注时砂型可能承受不住金属液的冲刷和冲击，而造成砂孔缺陷甚至跑火（漏铁水）；浇注铁水后石墨析出会造成型壁移动而导致铸件出现疏松和胀砂等缺陷。生产较大铸件的高密度砂型所用砂箱没有箱带，高强度型砂可以避免塌箱、胀箱和漏箱，无箱造型的砂型在造型后缺少砂箱支撑也需要具有一定的强度，挤压造型时顶出的砂型要推动先前造好的砂型向前移动，更对型砂的强度提出较高要求。但是，强度也不宜过高。因为高强度的型砂需要加入更多的膨润土，不但影响型砂的水分和透气性能，还会使铸件成本增加，而且给混砂、紧实和落砂等工序带来困难。

3.1 湿压强度

一般而言，欧洲铸造行业对铸铁用高密度造型型砂的湿压强度值要求较高，欧洲造型机供应商推荐的湿压强度值范围在130～250kpa(下文各种型砂强度的单位均为kpa)之间，大多数为180～220。有些日本铸造工厂对型砂湿压强度的要求偏低。除表上所列的丰田公司和三菱川崎强度较高以外，很多工厂都在80～180。北美铸造行业的型砂强度似乎介于欧洲和日本之间。例如福特汽车厂Cleveland铸造厂排气管高压造型型砂为172，万国收割机公司Loisville铸造厂生产拖拉机缸体高压型砂为134～156。有人认为欧洲铸造工厂的型砂湿压强度比美、日两国工厂高的原因之一是由于欧洲铸铁用原砂含SiO2较高，型砂中必须加入大量膨润土才能避免铸件产生夹砂结疤缺陷。我国工厂高密度造型的型砂湿压强度比较接近美国和日本工厂，对于铸铁件而言，除个别铸造工厂外，高密度造型的湿压强度大多在120～200范围内，比较集中在140～180。湿压强度控制值较低的原因之一是所使用的振动落砂机破碎效果不好，大砂块会随铸件跑掉。而且很多铸造厂选用的膨润土品质较差，型砂的湿压强度稍低些，就无需加入大量膨润土，型砂含水量也可低些。高密度湿型铸钢需要防止铸件生成热裂缺陷，因而所用型砂的湿压强度大多在70～130之间。

3.2 湿拉强度和湿劈强度

从材料力学角度来看，抗压强度除代表型砂粘结强度以外，也还受砂粒之间摩擦阻力的影响，而抗拉强度无此因素。但是测定型砂的湿态抗拉强度必须使用特制的试样筒和试验机，所以很多中小铸造厂都不测定型砂的抗拉强度。通常要求湿拉强度＞20。有人按照混凝土试验中曾使用过的办法将圆柱形标准试样横放，使它在直径方向受压应力，就可以得出近似抗拉强度的湿态劈裂强度值。我国几家工厂的要求在30～50之间。DISA公司推荐的湿劈强度是30～34，还给出了用劈裂强度估算抗拉强度的近似公式：湿拉强度=湿劈强度×0.65。

3.3 湿剪强度

湿剪强度比湿压强度更能表明型砂的粘结力而且容易测定。国外设备公司建议高密度造型线的型砂湿剪强度值为30-50（剪切力作用在标准试样的两端平面上），A-5实测为52，B-1实测为38-55。另一种较新的测试方法，剪切力作用在试样圆周面上。这种仪器可以同时测出抗剪强度和剪切断裂时的变形量。两种湿剪强度数值都是一致的。通常生产用型砂的变形量多在0.40～0.70mm范围内。例如A-6测得挤压造型型砂剪切强度约为60，变形量约为0.50mm。

3.4 表面强度（表面耐磨性）

湿砂型应有足够高的表面强度，能够经受起模、吹净、下芯、浇注等过程的擦磨作用。否则型腔表面砂粒在外力作用下容易脱落，可能造成铸件的表面粗糙、砂孔、粘砂以及夹砂等缺陷。在有些铸造厂中，从起模到合箱之间砂型敞开放置较长时间，以致铸型表面水分不断蒸发，即“风干”，可能导致表面耐磨性急剧下降。间隔时间长，天气干燥，型砂温度过高时，风干现象尤其严重。美国Dietert公司推荐利用测定造型性的圆筒筛，将两只圆柱标准试样并列放置其中，转动1min后称量掉落的砂量，用来代表型砂的耐磨性。日本较多使用的方法是将标准试样放置在6目筛上，在震摆式筛砂机上震动60s，以震摆前、后试样重量的比率称作为“表面安定度（SSI）”。日本东久公司推荐水平分型无箱射压线的型砂试样湿态即时表面安定率为＞88%，调查6家铸造厂的表面安定度都在88.9-91.0%范围内。土芳公司调查8家静压和气冲线在77.6-86.6%范围内，平均82.5%。我国A-1实测结果在70-89%范围内；A-4实测结果是89.9-90.6%。在湿砂型喷涂表面稳定剂或涂料和在型砂中加入淀粉都能提高表面耐磨性，为了避免表面安定度试验的试样在筛上出现不规则的颠簸翻滚，而使掉落砂量波动，耐磨性测定装置使用钢丝针布对试样表面刷磨，称量1min的磨下量即可代表湿型砂试样的表面耐磨性。用内蒙精洗砂100%，天然钠基膨润土或钙基膨润土8%，α淀粉0-1%配制型砂，紧实率按45%控制。不加α淀粉的钠基膨润土空白试样，即时磨损量约为8g，风干2h后磨损量增加到40g以上；加入1%α淀粉的钠基膨润土试样即时磨损量下降为0.37g，风干2h后磨损量仅约为2g左右。钙基膨润土试样即时磨损量高达16g，加入α淀粉后即时磨损量降为1.8g。

4、型砂含泥量

型砂和旧砂的泥分是由有效膨润土、煤粉以及无效的灰分组成的。通常型砂比旧砂的泥分含量多0.5～3.0%。型砂含泥量直接影响型砂的各种性能，所以应当以型砂含泥量的检测和控制为主。附表中含泥量除专门注明外大都是指旧砂而言。

有些铸造厂的型砂和旧砂含泥量过高，原因可能是所使用的原砂、膨润土和煤粉品质不良，旧砂缺乏有效地除尘处理造成的。还有些发动机铸造厂的型砂出现含泥量过低现象，是旧砂中混入大量溃碎树脂砂芯造成的，以致型砂适宜含水量太低，透气率太高，性能难以控制。一些国外生产铸铁件工厂型砂含泥量的情况举例如下：美国的汽车制造厂型砂含泥量大多较低，例如John Deere生产球墨铸铁的高压造型型砂含泥量为7.5～8.8%。International Harvester生产拖拉机缸体的型砂含泥量为9～10%。GMC生产雪佛兰缸体型砂为9～11%；德国Meinheim的John Deere分厂的三种型砂含泥量的控制指标分别为10.0～12.5%、11.0～13.0%和11.0～13.5%；Luitpold铸造厂生活大众汽缸体用型砂为12～13.5%。日本三菱自动车川崎工厂的SPO线型砂管理标准规定含泥量为12～14%，五十铃汽车厂型砂含泥量为9.6%。几家国外铸造设备公司推荐型砂含泥量在10～13.5%范围内。我国几家外资和合资工厂的含泥量（估计均为旧砂）在9.5～13%。但国内有些厂的旧砂含泥量偏高。例如C-8的B&P线16.7%；两乡镇企业的气冲线和挤压线分别为25.8%和28%。山西某厂Hunter线16～19%。

归纳以上数据可以得出：高密度造型理想的铸铁用型砂（含煤粉）含泥量为10～13%，不应大于14%和小于9%；理想的旧砂含泥量为8～11%，不应大于12%和小于7%。关于型砂泥分中的灰分含量，德国Mettman铸造厂要求灰分不超过3.0%，国外也有人主张应当不超过3.5～5.0%。如果含泥量过高，应当加强各种原材料的选用和检验，改善旧砂除尘装置的工作效果。如果含泥量过低，就应该将除尘系统的排出物部分地返回砂系统中。

5、型砂粒度

型砂粒度直接影响透气性和铸件表面的粗糙程度。原砂的粒度并不能代表型砂粒度，因为在铸造过程中部分砂粒破碎成细粉，另一部分烧结成粗粒。而且不同粗细的砂芯溃碎后也会混入旧砂。经过多次铸造过程的积累就使型砂的粗细逐渐改变。因此很多工厂将测定过含泥量的型砂用筛分法测定粒度。美国B&P公司要求射压型砂粒度为AFS细度60～90；Buhr调查加拿大铸造厂铸件品质较好的型砂粒度为50～65的四筛分砂。德国一活塞环厂要求110；DISA公司推荐挤压用型砂为60～104。新东公司要求射压型砂粒度为50～60；川崎三菱汽车为58±2；大发工厂要求48～53。国内外资和合资工厂如A-1工厂洗后粒度48.5～51；A-4实测型砂去泥后粒度65.2；B-1实测52～54。如果粒度过粗，就需要加入特定粒度的原砂或除尘器的砂粒来调整。国外一般认为型砂的粒度分布不可过分集中，最好是4～5筛砂。还有人提出，留在200目、270目和底盘的微粒总含量应当为3～5%，以便降低型砂对水分的敏感性。

6、有效膨润土量

湿型铸造通常都是根据型砂的湿态抗压强度高低来补加膨润土。如果型砂中灰分含量太多而含有效膨润土量不足，也仍会显得湿压强度较高。这种型砂的性能变脆，起模性变坏，透气性下降，同样紧实率下的含水量提高。铸件容易产生夹砂、冲砂、砂孔、气孔等缺陷。自50年代末期起，美国就有人通过大量有关型砂的湿压强度、含水量、坚实率和膨润土加入量关系绘制成直线和折线形成的网格图。后来又将“膨润土”改称为较为笼统的“粘结剂”。从网格图可得出总的粘结剂含量称为可用粘结剂含量（AB）；还又得出型砂中真正起着粘结砂粒作用的粘结剂量称为工作粘结剂量（WB）。又从网格图推导出AB和WB的两个计算式。我国有个别外资铸造工厂也引用这些计算式，例如A-2高压造型用型砂计算得出：AB=8.1～8.3%,WB=4.3～4.7%。到80年代末期起，美国有人考虑到湿型砂中大多数含有煤粉，膨润土含量已超过绘图时的5～7%，而且钠基膨润土和钙基膨润土是按不同比例掺合起来使用，砂粒分布也分散到4～5筛，混碾效率有所提高，所绘制出的网格图是由极为复杂的曲线形成的，已不能用简单的数学式计算出AB和WB。此外，各国的膨润土和原砂资源各异，更难于简单利用前述的网格图和计算公式。因此，国内外大多数工厂已改用亚甲基蓝吸附量检验型砂的有效膨润土含量。

型砂中最适宜的有效膨润土含量不仅取决于对型砂湿态强度的要求如何，所用膨润土的品质如何，也还受型砂中的膨润土是否混合均匀的影响。因此各厂型砂的有效膨润土含量都有相当大的差异。例如国外设备公司要求高密度造型的型砂有效膨润土含量6～9%，而国内工厂大多为8～11%，但使用优质膨润土的型砂有效膨润土量可以降低到6～7%。我国市场上的膨润土的品质相当悬殊，测得有效膨润土量（%）并不能直接说明型砂的粘结强度。不如改用吸蓝量表示。例如有的工厂要求高密度型砂的吸蓝量为53～65ml。

作者曾将亚甲基蓝浓度定为0.2%，通常的型砂吸蓝量都不超过40ml。如今高密度造型型砂的亚甲基蓝溶液的滴定量都会超过50ml滴定管的容积。因此，建议可将型砂量缩减成2.50g，或者型砂量不变，而将亚甲基蓝浓度按照美国AFS规定改为0.375%。我国有些外资企业就是采用美国AFS标准的，例如A-1静压型砂要求吸蓝量为30±1ml（如亚甲基蓝浓度按照0.2%计算，要求应为54.4～58.1ml），A-7的高压型砂实测为31～33.5%ml（如亚甲基蓝溶液浓度按照0.2%计算应为58.1～62.8ml）。

型砂的有效膨润土是指全部仍然具有粘结能力的膨润土而言。生产用型砂中有一部分膨润土积聚成团，成为“潜在膨润土”。主要形成原因是型砂制备时混合不够均匀。美国有人将前面所述的工作粘土量（WB）除以可利用粘土量（AB）作为混砂机效率，也用来说明型砂的膨润土利用率，认为通常在55～65%。A-2计算得出的混砂机效率为52.6～56.6%。作者推荐的方法是取铸造工厂现用的型砂，在实验室小混砂机中先将紧实率调整成45±2%，测定其湿态强度。然后再次继续混碾1min，同时补充加水少许以保持型砂紧实率稳定不变，直到湿态强度不再升高为止，记下总共增添的混碾时间作为型砂所缺少的混砂时间。用增添混碾时间前后强度的百分比作为膨润土的利用率或混砂机效率。

7、型砂的有效煤粉量

生产铸铁件的湿型砂大多加入煤粉附加物，但是每次混砂时煤粉的补加量需要靠型砂和旧砂的有效煤粉量差值来确定。国外靠测定型砂或旧砂的灼减量（通常简写为LOI，美国又称为可燃物总量）、挥发分、含碳量、固定碳量等参数来推测有效煤粉量。我国几家外资和合资企业的型砂灼减量如下：B-1高压造型要求4.0～5.5%；A-3的FBM造型用型砂目标值为2.5～4.5%；A-7挤压型砂实测为4.4～4.6%。A-5的FBM造型和A-4挤压造型的灼减量分别为3.7%和2.0～2.2%,挥发分为3.06%和1.4%。A-1规定面砂和背砂的灼减量分别为4.10±0.30%和3.80±0.30%，总碳量分别为3.00±0.50%和2.80±0.50%。但是各国规定的灼减量和挥发分测试规范有很大差异。当年作者认为煤粉起抗粘砂作用主要靠挥发分而不是固定碳或灼减量。因而采用反映型砂中挥发分的发气量来估计出有效煤粉量。

铸铁件型砂中应有的有效煤粉量因铸件大小和厚薄、浇注温度、面砂或单一砂等因素而异。例如，应用普通煤粉的高密度造型的型砂中有效煤粉量多为5～7%，应用较高品质煤粉的有效煤粉量可降低到4～5%，如果使用高效煤粉只要3～4%即可。目前我国各地销售供应的煤粉品质差异较大，有的煤粉中杂质甚多，发气量较低。高密度造型用型砂发气量大体应在14～30ml。例如天津某合资厂静压线型砂实测为16ml，无箱射压线＜15ml。有些型砂中还含有淀粉类材料或混有溃散芯砂，也都起抗粘砂作用和发气体，可以和煤粉一并考虑。还应注意个别煤粉是用挥发分相当高的气煤或长焰煤制成的。配制出型砂的发气量虽高但抗粘砂能力较差，而且铸件易出气孔缺陷。因此，用发气量控制型砂和旧砂中有效煤粉量的方法最适合用于挥发分28～35%和灰分≤10%%范围内的煤粉。

8、热湿拉强度

国内外很多铸造工厂都用热湿拉强度来检验型砂的抗夹砂性能。影响型砂热湿拉强度的最主要因素是膨润土所吸附阳离子的种类，其次是膨润土纯度和型砂中有效膨润土含量。天然钠土和活化土的热湿拉强度比钙基膨润土高几倍。然而用碳酸钠活化钙土超过极限活化量后热湿拉强度反而下降，而且还可能会影响型砂的抗粘砂性能。我国常用钙土的极限活化量是碳酸钠加入量4～5%。对型砂热湿拉强度值的要求需根据生产条件而定。美国汽车铸铁件工厂考虑到混砂、造型和落砂的需要将怀俄明天然钠土和美国南部钙土比例按2∶1掺合；生产小铸铁件所用膨润土按1∶1掺和。相当于在我国将钙土的碳酸钠加入量分别为极限活化量的67%和50%左右。在欧洲，普通铸铁件高密度造型用型砂的热湿拉强度大约为1.5～2.5kpa，对于较敏感的铸件可能要求＞2.5kpa。例如德国Luitpold铸造厂生产大众汽缸体型砂的热湿拉强度为2.7～3.0kpa；Benz公司的Esslingen铸造厂用BMD无箱射压造型机生产制动鼓的型砂热湿拉强度约为2.8kpa。Hofmann实测五家使用气冲造型机铸造厂的型砂为1.35～3.7kpa。DISA公司推荐挤压造型用型砂的热湿拉强度应＞2.0kpa。美国和日本工厂似乎对测定型砂的热湿拉强度不太重视。在我国铸铁生产所用原砂的SiO2不高，型砂中还加入了煤粉、淀粉类材料，生成的热压应力较低，可放宽对热湿拉强度的要求。几家生产汽车和柴油机发动机铸造工厂的型砂热湿拉强度大多在1.6～3.0kpa之间。也有一些生产形状简单小件、薄壁件的工厂只从是否生成夹砂缺陷考虑，型砂热湿拉强度极低，例如山西某纺织机械研制的Hunter造型机用型砂的热湿拉强度只要求＞0.9kpa。仅只使用钙土似乎已然足够。但是还应考虑到钠土和活化土的热稳定性高和不易烧损，都应当使用适当活化的膨润土。

9、型砂韧性和起模性

9.1 型砂韧性

型砂应当具有一定的韧性。否则在起模、下芯、合型和运搬时砂型的棱角和吊砂受到冲击和震动容易破碎和掉落。但型砂韧性也不应太高，以免其流动性下降而影响砂型的紧实均匀程度。强度代表将物体破坏所需施加的力大小如何；而韧性反映的是将物体破坏所需做的功大小如何，它包含了强度和变形量两种参数。早年美国有人曾用下列公式计算使试样破碎所做的功来近似地表示韧性：

型砂韧性＝湿压强度×变形量×1000

式中的湿压强度单位为磅／平方英寸，变形量单位为英寸。但靠眼睛观看试验机上附带千分表是不可能准确读出达到强度最大值时的变形量。60年代末期美国Dietert等人又研制出落球式破碎指数测定仪，我国仿制的仪器存在网孔宽度稍窄和钢球滚落筛网上等问题。清华大学的研究表明，将网孔尺寸由10mm增大到12.7～14mm，则可使常用型砂破碎指数的变化范围扩大一倍以上。仪器工厂为防止钢球滚落，将具有三根直立细钢丝的钢环套在铁砧上来防止落下的钢球滚动。目前尚未拟定出有关钢丝的标准。几家国内铸造厂高密度造型的型砂破碎指数大多集中在75～85范围内。

清华大学新研制的剪切强度与变形测定仪和气动湿压强度仪是由压力传感器、位移传感器、微形计算机和打印机组成的。能够精确记录下型砂试样破坏时的变形量和强度，由此就可以更方便地推算出型砂的真实韧性。

9.2 起模性

当型砂的膨润土量、紧实率、糊精加入量等有利于起模的参数提高时，试样的破碎指数也随之提高。但是砂型的紧实程度越高就越难起模，而型砂的破碎指数仍随紧实程度提高。因此破碎指数不能完全代表砂型的起模性。型砂的起模性是一个综合复杂的特性，假定模样的材质、起模斜度、表面粗糙度、清洁度、与型砂的温度差异，脱模剂有无和处类、是否形成真空等因素都不变，则砂型的起模难易除了取决于型砂抗拉、抗剪强度和韧性以外，也还取决于型砂的变形量和砂型与模样间的磨擦阻力和粘附力。

9.2.1 变形量

手工造型起模前在围绕模样的砂型棱角上刷水，虽然使局部的砂型各种强度剧烈下降，但能够大大改善起模性能。刷水的作用主要是提高了砂型棱角和吊砂型砂的变形能力，起模时受模样水平方向振击和碰撞能够退让变形，就能避免砂型棱角破损。因而型砂破碎前的变形量也是表达型砂起模性能的重要参数。

9.2.2 试样顶出阻力

在液压强度试验机上安装一个附加装置，测定使试样在筒中受顶推作用而开始移动的力称为顶出阻力，它是起模时砂型与模样之间的磨擦阻力和粘附力的综合表现。试验结果表明，型砂的湿压强度越高，顶出阻力也越高。型砂中加有煤粉、淀粉，试样筒表面涂有硅油，都能降低顶出阻力。清华大学研究表明型砂的膨润土含量对试样顶出阻力仅有不大的影响。而提高紧实率和减少试样冲击次数都能降低试样的顶出阻力。研究结果还表明，型砂中加入糊精和ɑ-淀粉可使型砂对模样的磨擦阻力极为明显地减小，对起模尤其有利。

10、型砂流动性和可紧实性

型砂的颗粒在外力作用下可以紧密靠近的性能称为可紧实性。型砂在外力作用下质点可以自由地直过模样的边角，通过狭窄缝隙和孔洞的性能称为流动性。具有良好可紧实性和流动性的型砂能保证高密度砂型的硬度分布均匀，棱角、凸台清晰且无疏松，铸件表面光洁和无局部机械粘砂。然而各种不同紧实方法所要求的可紧实性和流动性都有极大区别，至今没有标准测试方法。只有当型砂组分有较大变化或者添加某些新的附加物时，才可能显著影响可紧实性和流动性。本文仅介绍几种使用稍多的试验方法如下：

10.1 试样硬度差法

Kyle提出将型砂过筛使它均匀分散，称取170g置入圆柱形标准试样筒中。用锤击式制样机冲击一次后，顶出试样，用湿型硬度计测量试样两端的硬度。硬度差别越小，说明其可紧实性越好。

10.2 试样冲击阻力法

将冲击Φ50×50mm标准试样所需型砂量置入试样筒中，放到制样机下用重锤冲击，第三次冲击前后的试样高度（mm）越小，表示冲击阻力低。这就是日资铸造工厂所测定的型砂“抗缩值”。A-1要求面砂抗缩值为13.0±0.15mm；A-3实测为1.1～1.2mm。

10.3 阶梯试样硬度差法

在圆柱形标准试样筒中旋转高度为25mm的半圆形金属块。将110～120g型砂放入试样筒中，用制样机冲击三次。测定试样筒底盖端面和金属块端面的试样硬度。二者的硬度值差别越小，说明型砂向空隙中移动的流动性越好。

10.4 试样重量法

称量测定型砂紧实率后的试样重量，可反映不同型砂在松散状态下流动的性能，可称为松散流动性。将紧实率试样重除以试样筒容积235.62cm3可得型砂的堆密度，德国Rexroth要求堆密度为0.86～0.94g/cm3。②称量Φ50×50mm标准圆柱试样的重量，可反映不同型砂在紧实过程中的可紧实性。德国IKO公司调查工厂的平均值为145～155g；A-7实测为144～145g；B-1实测147～148g。如果标准试样重量较低（例如C-8只有135g），估计其原因是型砂中灰分过多。

湿型砂的流动性和可紧实性除了受紧实率影响外，原砂的颗粒形状对型砂也有明显影响。如果湿型砂的膨润土含量和紧实率不变，用椭圆形内蒙砂混制型砂的标准试样重量比用方角形新会砂大约重10g左右。A-3用内蒙砂替代福建砂后发现不但型砂流动性提高，而且含水量也有下降。型砂经过松砂处理可减少团块和提高可紧实性。提高型砂的膨润土量或加入糊精能够提高型砂韧性，但都会使流动性和可紧实性下降。

结束语

以上所述的高密度砂型的型砂性能是生产高品质铸件需要控制的项目。具体的检测技术可按照专门的标准、手册等资料。此外，另外一篇文章“对湿型砂检测技术的几点评论”也可供型砂试验室操作人员参考。

为了准确反映型砂的真实性能和及时得到控制，铸造工厂的型砂实验员应当亲自按规定频率取样和进行检验，随时记录测定结果。用图表绘制出每日各种性能的变化趋势图。如有特殊情况可立即采取相应措施。高密度砂型的型砂检测频率可以分为以下三类：

①随时性检验：为一日之内多次检验的项目，包括紧实率、含水量、透气性、湿压强度、标准试样重量。一个具有良好旧砂冷却和混砂湿度自动控制设备的工厂，铸件厚薄和砂芯数量相近或者能够合理搭配的条件下，型砂随时性检测频率每班两次已够。否则需要每班检测6～8次。

②逐日性检验：为一天或两三天检验一次的项目，包括有效膨润土量、有效煤粉量、热湿拉强度、韧性。

③周期性检验：为一两周检验一次的项目，包括含泥量、型砂粒度、团块量。