第三章 砂型铸造

LOGO第三章砂型铸造砂型铸造：利用型砂作铸型，将液态金属在重力下浇注到铸型中冷却凝固成型的铸造方法。砂型铸造重要概念型砂：是按一定比例配制的造型材料。砂型：型砂被舂紧在砂箱之中,连同砂箱一起称作砂型。铸型：铸型是型砂制成的组合整体,是金属液凝固后形成铸件的地方.型芯：是用来获得铸件的内孔或局部外形，由芯砂制成的芯体.砂型接触区——与金属液直接接触及其受影响的薄层（面砂层），与铸件壁厚相当。处于恶劣工作条件的部分是砂型接触区砂型铸造重要概念金属与砂型接触区的相互作用机械作用——冲击与冲刷等；热的作用——由热交换引起；化学作用——有机物、炭粉燃烧。结果：1）导致铸件尺寸、形状和性能改变；2）铸件可能出现表面夹砂、内外孔洞（气孔、砂眼）、裂纹和变形等缺陷。砂型铸造重要概念一、砂型铸造的组成及性能砂型铸造→铸型→型砂和芯砂。造型材料（moldingmaterial）：用来制造铸型或砂型的材料。造型材料组成性能砂粘结剂水附加物足够的强度良好的可塑性高的耐火性和化学稳定性一定的透气性一定的退让性第一节砂型和砂芯的制造方法出砂性（溃散性）二、砂型（芯）的制造方法分类第一节砂型和砂芯的制造方法根据砂型（芯）粘结机理分类第一节砂型和砂芯的制造方法按造型（芯）时的机械化程度分类砂箱刮砂板底板砂舂通气针起模针皮老虎镘刀镘勺提勾（1）手工造型（HandMolding）手工造型工具第一节砂型和砂芯的制造方法整模造型特点：模样为一整体，分型面为一平面，型腔在同一砂箱中，不会产生错型缺陷，操作简单。应用：最大截面在端都且为一平面的铸件，应用较广。如齿轮坯、轴承、皮带、轮罩等。轮罩上砂箱下砂箱浇口棒模样分型面常见手工造型方法第一节砂型和砂芯的制造方法分模造型特点：模样在最大截面处分开，型腔位于上、下两个砂箱中，操作较简单，但制作模样较麻烦。应用：最大截面在中部的铸件，常用于回转体类等铸件。如套筒、水管、阀体、箱体、曲轴等。套筒上半模下半模分型面第一节砂型和砂芯的制造方法活块造型特点：将模样上阻碍起模的部分做成活动，取出模样主体部分后，将活块取出。操作难度较大，生产率低。应用：造型较复杂，用于单件小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。模样模样可用钉子、燕尾榫槽等方法连接分型面第一节砂型和砂芯的制造方法挖砂造型特点：整体模样，分型面为一曲面，需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样。造型麻烦、生产率低。应用：适宜中小型、分型面不平的铸件。下砂箱模样挖去分型面上的砂放置上砂箱第一节砂型和砂芯的制造方法假箱造型特点：将模型置于预先做好的假箱或成型底板上，可直接造出曲面分型面，代替挖砂造型，操作较简单。应用：用于小批或成批生产，分型面不平的铸件。第一节砂型和砂芯的制造方法刮板造型特点：刮板形状和铸件截面相适应，代替实体模样，可省去制模的工序。应用：单件小批生产，大、中型轮类、管类铸件。如皮带轮、齿轮等。砂箱刮板第一节砂型和砂芯的制造方法三箱造型特点：采用上、下、中三个砂箱，中箱高度与中间模样的高度相等，要特制中箱。操作复杂，生产率低。应用：单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大的铸件。实际生产中手工造型用材料、工具及造型方法上砂箱中砂箱下砂箱分型面分型面第一节砂型和砂芯的制造方法（2）机器造型（MachineMolding）定义：将手工造型中的紧砂和起模实现了机械化的方法。紧砂方法：压实、震实、震压等，以震压紧砂法为主。起模方法:顶箱起模；翻转起模；漏模起模等。特点：①生产率高，铸件尺寸精度较高；②节约金属，降低成本；③改善了劳动条件；④设备投资较大。应用：只适用于中、小铸件成批或大量的生产。第一节砂型和砂芯的制造方法）原砂硅砂（SiO2，熔点：1713℃）以圆形颗粒为优。按wSiO2(≥80﹪~95﹪)分成7级(GB/T9442—1998)，泥含量越少越好。硅砂主要应用于铸铁和铸造有色合金。粘土型砂结构示意图1-原砂粒2-孔洞3-附加物4-粘土、水分胶体第二节粘土湿型一、湿型的原料定义：造好的砂型不烘干，直接进行浇注的砂型。粘土（膨润土）：是以蒙脱石（Al2O3-2SiO2-2H2O）为主的含水粘土矿。蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构2）粘土第二节粘土湿型粘土水湿后使型砂具有粘结性和可塑性。干态下具有一定强度。粘土的粘结力基于粘土质点的水化作用，形成水化膜，对原砂粒起着“桥”的作用而使之连结起来。加入适量的苏打(Na2CO3)水对粘土进行活化处理可提高粘土的粘结性和可塑性。粘土型砂中水分控制原理图第二节粘土湿型粘土粘结性）附加物（煤粉、渣油、淀粉等）作用：改善铸件表面质量。机理：在合金液的高温作用下于铸型表面产生大量还原性气体（CO）,防止金属液被氧化，使金属液表面的氧化物被还原。加入量：3﹪-8﹪（质量分数）第二节粘土湿型表一：东风汽车公司铸造工厂铸铁湿型砂性能用途铸件型砂性能W水分（﹪）紧实度（﹪）透气率湿压强度/KPaW泥分（﹪）干拉强度/KPa其他高压造型单一砂气缸体HT2503.8-4.632-46≥110130-17010-15有效煤粉6-8有效粘土7-9曲轴QT700-23.6-4.032-40≥100120-150≤15有效煤粉4-6有效粘土7-9桥壳QT400-105.0-6.035-45≥120110-14010-13.5有效粘土8-10挤压造型单一砂灰铸铁小件3.5-4.436-44≥100120-150≤14有效煤粉4-6有效粘土7-9球铁小件4.6-5.334-45≥100120-150二、湿型紧实工艺1.湿型(造芯)紧实工艺基本原理按照紧砂原理分,有下列几种常用的造型方法:1)震压造型第二节粘土湿型震压造型紧砂原理:多次使充满型砂的砂箱、震击活塞、气缸等抬起几十毫米后自由下落,撞击压实缸,多次撞击后砂箱下部型砂由于惯性力的作用而紧实,上部较松散的型砂再用压头压实。特点:①所用机器结构价格低廉,应用较普通②噪声大,压实比压较低,砂型紧实度不高③铸件质量及生产率不能满足当前要求压实比压:砂型表面单位面积上所受的压实力第二节粘土湿型)高压造型(1)压实比压＞0.7mpa的机器造型称为高压造型(2)特点:①砂型紧实度、铸件尺寸精度和表面光洁度都比较高②噪音小,生产率高③设备复杂,价格昂贵,对装备及维修要求高④仅用于大批量生产的铸件4)射压造型射压造型采用射砂和压实复合方法紧实型砂射砂紧实原理:如图2-24所示第二节粘土湿型第三节钠水玻璃砂型一、特点概述水玻璃砂同粘土砂相比：①型（芯）砂流动性好，易紧实，造型（芯）劳动强度低。②硬化快，强度高，缩短生产同期，劳动生产率高。③可在型（芯）硬化后起模，型（芯）尺寸精度高。④减少或没有烘烤时间，降低能耗，工作环境相对较好。⑤提高铸件质量，减少缺陷。第三节钠水玻璃砂型二、钠水玻璃水玻璃：各种聚硅酸盐水溶液，铸造上最常用的是钠水玻璃硅酸钠水溶液），其化学式为Na2OmSiO2H2O几个重要参数①模数钠玻璃中SiO2和Na2O的物质的量之比称为模数。模数越高，芯（型）砂粘结剂时的硬化速度越快，达到最高强度的时间越短。模数过高，将使型（芯）砂的保存性差，不适于造型（芯）。铸造生产中，吹CO2硬化法常用模数为2的钠水玻璃。第三节钠水玻璃砂型②含固量钠水玻璃除去水剩于物质的含量。③密度钠水玻璃的密度取决于钠水玻璃中水的质量分数，密度低，水的质量分数高，含固量少，不宜作型（芯）砂粘结剂;反之，密度过大，不便与砂子混合。④粘度粘度过低，不宜作型（芯）砂粘结剂；粘稠，不便与砂子混合。第三节钠水玻璃砂型①失水CO2是脱水能力相当强的气体，从砂粒周围流过时，CO2与粘结剂接触面积大，使钠水玻璃部分失水。②化学反应CO2与钠水玻璃中的水作用形成碳酸，从而使表层钠水玻璃的pH值不断阺低，并达到迅速硬化。CO2硬化既有钠水玻璃的物理脱水作用，也有化学反应，二种机理难以分开，粘结是两种作用的结果。1.硬化机理三、水玻璃型（芯）的硬化方法～10mm的吹气孔，将吹气管插入吹CO2，硬化后起模，一般用于大型（芯）。插管法：2.硬化方法，硬化后起模，一般用于小型（芯）。盖罩法：砂芯：铸件的一个重要的组成部分，砂芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。特点：受热和机械作用，排气条件差，出砂及清理困难。第四节树脂砂型（芯）型芯分级目的：根据工作条件要求，将砂芯分为Ⅰ～Ⅴ级。要求：Ⅰ级砂芯要求最高，Ⅴ级砂芯为最简单大砂芯。一、砂芯的作用及分级第四节树脂砂型（芯）二、覆膜砂及壳法造型（芯）覆膜砂：砂粒表面覆盖一层固态树脂膜的型砂（芯）进行造型（芯），也称为壳型（芯）砂。特点：铸造生产中，砂型（芯）承受金属液作用的只是表面一层数毫米的砂壳，其余砂只是起支撑砂的作用。如果砂壳的强度、刚度足够时，就可去掉或减深藏不露支撑部分砂。覆膜砂原材料①骨料（原砂）:覆膜砂的主体，要求耐火度高，挥发物少，颗粒强度高，一般选用天然硅砂。②粘结剂：普遍采用热塑性酚醛树脂作为粘结剂。③固化剂、润滑剂、添加剂：固化剂常规采用乌洛托品，润滑剂的是防止结块，提高覆膜砂的流动性及脱模性，添加性是改善覆膜砂的性能。第四节树脂砂型（芯）覆膜砂混制工艺经历了干混法、冷覆膜法、温覆膜法、热覆膜法4个阶段，目前覆膜砂的生产几乎都是采用热覆膜法。热法覆膜工艺：先将原砂加热到一定温度，然后分别与树脂、乌洛脱品水溶液和硬脂酸钙混合搅拌，经冷却破碎和筛分而成。覆膜砂混制工艺发展（1