郭廣思王連琪
瀋陽理工大學
2023年10月
實驗一原砂效能綜合性實驗
（一）實驗目的
鑄造生產中用來配製型砂、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型砂的效能有著重要的影響。含泥量高會使型、芯的透氣性和耐火度降低。
原砂的顆粒組成對型、芯砂的透氣性、強度和耐火度都有影響。而原砂的顆粒形狀對型、芯砂的流動性、透氣性和強度也都有影響。因此，為了配製合乎生產要求的型、芯砂，並在使用中控制它們的質量，就必須掌握原砂的效能及其實驗方法。
（二）實驗內容
1．測定原砂的含水量；
2．測定原砂的含泥量；
3．測定原砂的粒度；
4．原砂顆粒形狀及表面狀況的評定。
（三）實驗
1．測定原砂的含水量
（1）實驗原理
試料中所含水分的百分數，即為該試料的含水量。
（2）實驗步驟
試驗時，稱取50克（準確度達0.1克）試料，在紅外線烘乾器中烘乾。烘乾溫度在105~110c之間，經4~8分鐘烘至恒重。
冷卻後進行稱量，記下烘乾後試料的重量，準確度為0.1克。（作不同含水量的三種試樣）。
按下式計算含水量：
式中：x — 含水量（%）；
g — 烘乾前試料的重量（克），g = 50克；
g1 — 烘乾後試料的重量（克）。
2．測定原砂的含泥量
（1）實驗原理：
原砂中所含直徑小於0.022公釐的部分，其百分數即為原砂的含泥量。
測定原砂含泥量通常採用沖洗法。主要是利用懸浮在水中的砂和泥分的質點大小不同，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算：
式中：v — 質點下沉速度（厘公尺/ 秒）；
d — 質點直徑（厘公尺）；
r — 下沉物的密度，2.62克/厘公尺3（砂與粘土比重大致相同）；
r1 — 水的密度（克/厘公尺3）；
水的粘度0.0010克/厘公尺·秒（20c）；
g — 重力加速度930厘公尺/秒2。
直徑為0.022公釐的最小砂粒在20 c的水中下沉速度為：
5分鐘內直徑為0.022公釐的砂粒在水中下沉深度約為：
2.5×5=12.5厘公尺。
因此，將原砂與水充分攪拌，使砂和泥懸浮於水中，然後靜置5分鐘，則所有的砂粒都下降到距水平12.5厘公尺以下，而12.5厘公尺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，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。取出沉澱的砂粒烘乾，稱重量即可算出含泥量。
（2）實驗步驟
①稱取烘乾的原砂試樣50克（精確度為0.1克）置於洗砂杯中，再加入475毫公升水和25毫公升濃度為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後容易自成分散的質點，以免相互粘附在一起）。
②將洗砂杯裝到快速洗砂機上，公升高托盤，使攪拌軸完全伸入洗砂杯中，並緊固托盤，防止水濺出。
③開動洗砂機馬達，攪拌10分鐘，關閉電源。取下洗砂杯，並仔細沖洗粘在攪拌軸和杯壁的泥砂。
④用玻璃棒攪拌，攪拌後靜置10分鐘，用虹吸管吸去上部分125公釐高度的渾水，不能將25公釐以下的砂吸去。
⑤重複第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最後一次吸出杯中的清水後，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，並注意沖洗，然後將溼砂連同濾紙一起放在器皿上，在恆溫箱中烘乾（溫度200～275c）。
⑦烘乾後，仔細將砂粒收集起來，在天平上稱重，並根據下式計算出含泥量：
式中：q — 含泥量（%）；
g — 稱取的原砂試樣重量（50克）；
g1 — 洗滌烘乾後試料重量（克）。
3．測定原砂的粒度
（1）實驗原理
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。
原砂粒度的測定採用篩分法。
（2）實驗步驟：
①將經過沖洗後測定含泥量的試樣放在標準篩的最上面，蓋子蓋好後放在篩砂機上。
②開動馬達，篩分10分鐘後，關閉電源，取下篩子，將每乙個篩子上的砂子分別到在盤中，並且將網眼中的砂粒也用毛刷刷下。
③用天平稱量每個篩子上砂粒的重量（準確度為0.1克），並將重量乘2，所得結果即為該號篩上的砂粒佔試樣總重量的百分數。
④用砂粒最集中的三個相鄰篩子的頭尾篩號數表示出原砂的顆粒組成。
注意：篩子使用前先要檢查每個篩子的篩號，檢查排列順序是否正確，完全排列正確後方能篩分。
4．圓砂顆粒形狀的觀測
（1）實驗原理
原砂顆粒形狀分為：圓形砂、多角形砂和尖角形砂。
圓形砂：顆粒為圓形或接近於圓形，表面光潔，沒有突出的稜角，這種砂用符號「o」表示。
多角形砂：顆粒呈多角形，且多為鈍角。以符號「□」表示。
尖角形砂：顆粒呈尖角形，且多為銳角。以符號「△」表示。
（2）實驗步驟
將洗淨的原砂的主要部分（相鄰三篩的砂子）均勻混合，取少量放在放大倍數低於60倍的顯微鏡下進行觀察，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1/3，則仍以主要顆粒表示，如果兩種都超過1/3，則用兩種符號表示。
觀察結果評定顆粒形狀是圓形、多角形還是尖角形，以符號表示之。表面狀況包括砂粒的顏色、透明度、有無裂紋、粗糙程度和有沒有其他雜物等。
（四）實驗裝置、測試儀器及所用工具
普通天平、紅外線烘乾箱、渦輪式洗砂機、電磁微震篩砂機、體式顯微鏡、火燃噴燈等。
（五）報告要求
實驗報告是實驗後要完成的乙份書面材料。實驗報告的內容一般包括實驗名稱、班級、實驗人姓名、實驗時間、實驗目的、實驗步驟、實驗資料記錄及處理、結論與討論等多項內容。實驗報告一律用實驗報告用紙書寫。
（六）討論題
1．原砂的牌號及表示方法
實驗二型砂效能綜合性實驗
（一）實驗目的：
鑄造生產中應用最廣泛的是濕型鑄造，特別是近代機械化生產，大量採用溼型砂，生產中合理的控制型砂的效能是保證鑄件質量的關鍵。本實驗為使同學掌握型砂效能的檢驗方法，熟悉影響型砂效能的主要因素，學會調整和控制型砂的效能。
（二）實驗內容
1．測定型砂的透氣性，溼壓強度
2．測定型砂的緊實率
3. 測定型砂的流動性
3．測定砂型的表面硬度
（三）實驗
1．測定型砂的透氣性，溼壓強度
（1）實驗原理
標準工藝試樣的製作：測定造型材料的透氣性及強度時，應採用標準工藝試樣，各種標準工藝試樣的尺寸規格如表1所示。
表1 型砂試樣規格
（2）實驗步驟：
① 在混砂機上混碾不同水分加入量和活化膨潤土的溼型砂，每碾為2公斤，碾好後放入塑膠袋中蓋好，準備試驗。型砂配方如表2。
② 用天平稱取約170克型砂倒入衝樣筒中，在衝樣機上擊三下，製成標準試樣。
表2 測透氣性及溼壓強度的型砂的配方
③ 將標準試樣連同衝樣筒一起倒叩在透氣率測定儀的實驗座上，測出透氣率，並記下數值。
④ 將標準砂樣用頂柱從衝樣筒中頂出，放於萬能強度實驗機上。測出它的溼壓強度並記下數值（單位ka/cm2），每種型砂做三個標準試樣，對所測資料取平均值。
⑤ 將所測資料列表填好，並根據表上的平均值分別繪出水分不同的加入量與溼強度和透氣性的關係曲線。
2．測定型砂的緊實率
（1）實驗原理
型砂緊實率是指型砂在被緊實前後的體積變化就緒。型砂被緊實前松態密度越小，緊實後的體積減小越多，則緊實率越高。
（2）實驗步驟：
將型砂通過篩孔直徑為4.8～6.4公釐的篩子鬆散地裝入試樣筒中，刮去頂端多餘的型砂，用篩擊制樣機打三個，然後測量出打下的深度。
型砂配方如表3所示。
表3 測緊實率及流動性的型砂配方
用下式計算緊實率：
其中：k — 緊實率（%）；
b — 緊實距離（公釐）；
a — 砂樣筒高（公釐）。
按以上方法分別測出含水量不同的三種型砂的緊實率，並比較其結果。
3．測定型砂的流動性
（1）實驗原理
型砂流動性是指型砂顆粒間在自重或一定外力作用下，發生相對運動的能力，對於流動性較好的型砂。容易獲得緊實度均勻的鑄型，並且要獲得一定的緊實度，所需要的功能比較小。
由於目前測定型砂流動性的方法沒有統一，因而我們這裡選擇一種簡單的階梯法來測定粘土砂的流動性，並比較其結果。
（2）實驗步驟：
將120克型砂置於試樣筒中，筒內先放凸台，如圖1示，在捶擊制樣機上打三下，翻轉試樣筒測出a面的硬度值來，再頂出少許，沿凸台把餘砂刮去，測出b點的硬度，如圖1所示：
圖1 用階梯式試樣側流動性
其中：ks — 型砂流動性（%）；
ha — a處硬度值；
hb — b處硬度值。
按以上方法測定出含水量相同，加與不加機油的粘土砂的區別。
配方如下表4所示。
表4 測流動性的型砂的配方
4．測定砂型的表面硬度
（1）實驗原理
在生產中，常用型砂表面硬度來評定型砂的緊實質量。因為硬度隨緊實度的增加而增加，並且硬度檢驗不損壞砂型，測量方便。現在得到廣泛的應用，砂型的表面硬度，用砂型硬度計測量。
目前，砂型硬度計有乾型和濕型兩種，共有a、b、c、d四種型號。我們實驗所用的為b型硬度計。
（2）實驗步驟：
將硬度計底部的平面緊壓在所試驗的砂型表面，然後根據小鋼球壓入試樣的深度，直接從硬度計表盤的刻度中讀出該試樣或砂型的硬度值。
測定濕態試樣的硬度時，應該試驗三個試樣，採取所得結果的算術平均值為該試樣的濕態硬度值，也可以用在幾個不同點所測出的結果計算其平均數。
（四）實驗裝置、測試儀器及所用工具
碾輪式混砂機、捶擊式制樣機（液壓制樣機）、萬能強度試驗機、直讀式透器性測定儀、b型硬度計、篩子、鋼板尺等。
（五）報告要求
鑄造工藝實訓指導書
1.工藝實訓的內容及目的 熔模精密鑄造是在古代蠟模鑄造的基礎上發展起來的，作為文明古國，中國是使用這一技術 較早的國家之一，遠在西元前數百年，我國古代勞動人民就創造了這種失蠟鑄造技術，用來鑄造帶有各種精細花紋和文字的鐘鼎及器皿等製品，如春秋時的曾侯乙墓尊盤等。現代熔模鑄造方法在工業生產中得到實際應用...
工藝實驗》指導書 土木
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畢業設計指導書 鑄造
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