铸造是机械零件制造最主要的成形方法之一,在机械装备制造领域得到了广泛的应用。粘土砂铸造是铸造生产最常用的工艺方法,在铸造生产中每年产生大量的粘土废砂,污染了自然环境,浪费了资源。本课题组的前期研究发现,经过“700℃高温脆化+机械再生+微粉分离”获得的含树脂砂芯砂粘土砂的完全再生砂,和同种新砂相比,粒度不发生明显变化,角形系数和含泥量低、耗酸值高。由含热芯盒树脂砂芯砂粘土砂的完全再生砂混制热芯盒树脂砂时,其铸造工艺性能低于由新砂混制热芯盒树脂砂的铸造工艺性能;由含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂混制覆膜砂时,其铸造工艺性能基本达到了由新砂混制覆膜砂的铸造工艺性能。为了进一步提高粘土完全再生砂的铸造工艺性能,本课题开展了含热芯盒树脂砂芯砂粘土砂的完全再生砂和含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂改性技术研究,探索通过改性进一步提高再生砂铸造工艺性能的新途径。以含热芯盒树脂砂芯砂粘土砂的完全再生砂为研究对象,研究发现以盐酸水溶液为改性剂对含热芯盒树脂砂芯砂粘土砂的完全再生砂进行改性,可以提高再生砂的铸造工艺性能,其适宜改性工艺为“化学改性+烘干+机械搓擦+风选”,适宜改性参数为改性剂浓度0.75mol/L,改性剂加入量占砂子质量分数的4%,均化时间为80 min,由化学改性砂混制热芯盒树脂砂的热态和常温抗拉强度高于同种新砂。对含热芯盒树脂砂芯砂粘土砂的完全再生砂进行机械改性同样可以提高其铸造工艺性能,随机械改性次数的增加,机械改性砂的耗酸值、含泥量逐渐降低,由机械改性砂混制热芯盒树脂砂的强度逐渐提高,当机械改性次数为两次时,由机械改性砂混制热芯盒树脂砂的热态和常温抗拉强度均优于同种新砂。以含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂为研究对象,研究发现其适宜的改性工艺为“化学改性+烘干+机械搓擦+风选”,适宜改性参数为改性剂浓度1 mol/L,改性剂加入量占砂子质量分数的3%,均化时间为100 min,由在适宜改性工艺及工艺参数下获得的化学改性砂混制覆膜砂的热态和常温抗拉强度低于由同种新砂和完全再生砂混制覆膜砂的热态及常温抗拉强度,表明以盐酸水溶液为改性剂对含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂进行改性,不能提高其铸造工艺性能。但对含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂进行机械改性可以提高含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂铸造工艺性能,随机械改性次数的增加,含覆膜砂芯砂粘土砂的完全再生砂耗酸值、含泥量逐渐降低,由机械改性砂混制覆膜砂的强度进一步提高。依据本课题研究所确立的粘土完全再生砂化学及机械改性的工艺路线,本着借用及开发相结合的原则,对完成粘土完全再生砂改性工艺所需设备进行了评估分析,发现改性混砂机为完成粘土完全再生砂改性所需开发的设备,确定了搅笼式连续改性混砂机设计方案,开发了转速为960 r/min,驱动功率为4 KW,生产率为5 t/h的粘土完全再生砂改性混砂机。