第2章砂型铸造讲解.docx
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第2章砂型铸造讲解
第六—
第二章砂型铸造
铸型:
铸造生产中使液态金属成为固态铸件的容器。
容器的内部称型腔,其轮廓相当于所制铸件的外形。
根据铸型特点分:
一次型——砂型、熔模、石膏型、实型铸造(消失模铸造);
半永久型——泥型、陶瓷型、石墨型铸造;
永久型——金属型、压力、挤压、离心铸造;
根据浇注时金属所承受的压力状态分:
重力作用下的铸造和外力作用下的铸造
金属液在常压下完成浇注,称为自由浇注或常压浇注。
金属液在外力作用下实现充填和补缩,如压力铸造、挤压铸造、离心铸造和反重力铸造。
砂型铸造:
是利用型(芯)砂制造铸型的铸造方法。
整模造型
分模造型
第一节砂型和砂芯的制造方法
一、概述
1缺点、优点:
砂型铸造是铸造生产中最广泛的一种方法,世界各国用砂型铸造生产的铸件占总产量的80-90%。
型砂:
将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物所混制成的混合物。
砂型(芯):
型(芯)砂在外力作用下成形并达到一定的紧实度或密度成为砂型(芯)。
2砂型的种类
湿型:
由原砂、粘土、附加物及水按一定比例混碾而成湿型砂;用湿型砂春实,浇注前不烘干的砂型。
干型:
经过烘干
表面干型:
表面仅有一层很薄(15-20mm)的型砂被干燥,其余部分仍然是湿的。
化学自硬砂型:
砂型靠型砂自身的化学反应而硬化。
二、砂型和砂芯的制造方法分类
造型:
制造砂型的工艺过程。
造芯:
制造砂芯的工艺过程。
选择合适的造型(芯)方法和正确的造型(芯)工艺操作,对提高铸件质量、降低成本、提高生产率有极重要的意义。
1按型(芯)砂粘(固)结机理分类
机械粘结造型(芯)、化学粘结造型(芯)、物理固结造型(芯)
2按造型(芯)的机械化程度分类
(1)手工造型(芯)
手工造型(芯)是最基本的方法,这种方法适应范围广,不需要复杂设备,而且造型质量一般能够满足工艺要求,所以到目前为止,在单件、小批量生产的铸造车间中,手工造型(芯)仍占很大比重,在航空、航天、航海领域应用广泛。
缺点:
劳动强度大、生产率低、铸件质量不易稳定。
模样造型、刮板造型、地坑造型,各种造型方法有不同的特点和应用范围。
(2)机器造型(芯)——用机器完成全部或部分造型工序,称机器造型。
优点:
生产率高、质量稳定、劳动强度低。
缺点:
设备和工艺装备费用较高、生产准备时间长、一般适用于一个分型面的两箱造型。
机器造型(芯)主要适用于黑色金属铸件的大批量生产。
三、砂型铸造的工艺流程
上次课程回顾和第一章内容回顾:
第五节冷铁设计
一、冷铁的作用
二、冷铁材料的选择
三、外冷铁
四、内冷铁
问题:
1冷铁在铸件凝固收缩过程中起什么作用?
2如何根据不同的目的来确定冷铁的放置位置?
问题:
1冷铁在铸件凝固收缩过程中起什么作用?
(1)控制铸件的凝固次序
与浇注系统和冒口配合使用,控制铸件凝固过程。
1)形成顺序凝固的凝固次序;
2)改变铸件的凝固次序,使之形成顺序凝固;
3)增大凝固过程的温度梯度,使凝固次序更加明显;
4)加速铸件局部厚大部位的凝固速度。
(2)加速铸件的凝固速度,细化晶粒组织,提高铸件的力学性能
(3)用来划分冒口的补缩区域,控制和扩大冒口的补缩范围,提高冒口的补缩效率
2如何根据不同的目的来确定冷铁的放置位置?
确定冷铁在铸型中的位置,主要取决于要求冷铁所起作用以及铸件的结构、形状,同时还需要考虑冒口和浇注系统的位置。
依据冷铁作用的分析,一般将冷铁放在铸型下部,或者放在热节部位或热节附近;
依据铸件结构分析,一般将冷铁放在不易安放冒口的厚大部位;
依据冷铁与冒口配合使用,放置冷铁的位置与冒口应有一定的距离;
依据浇注系统及引入位置对冷铁作用的影响,采用底注式浇注系统时,一般均在铸件底部放置冷铁。
第一章内容回顾
第一章液态金属成形(铸造)过程及控制
第一节液态金属充型过程的水力学特性及流动情况
一、液态金属充型流动过程的水力学特性
二、液态金属在浇注系统中的流动情况
三金属熔体过滤器及浇注系统
第二节浇注系统设计
一、浇注系统的类型及应用
浇注系统类型的选择是正确设计浇注系统的重要问题之一。
1按浇注系统各单元断面积比例分类
2按液态金属导入铸件型腔的位置分类
二、浇注系统尺寸设计
在浇注系统的类型和引入位置确定以后,就可以进一步确定浇注系统各基本单元的尺寸和结构。
按水力学近似公式或经验公式计算浇注系统的最小截面积,再根据铸件的结构特点、几何形状等确定浇道比,最后确定各单元的尺寸和结构。
伯努利方程---奥赞公式
三、几种合金浇注系统设计的特点
第三节液态金属凝固收缩过程的工艺分析
一、液态金属凝固过程的收缩
二、铸钢件中的缩孔和缩松
1缩孔形成机理
2缩松形成的机理
第四节冒口设计
一、冒口的作用和种类
1冒口的作用
2对冒口的要求
3冒口的种类和形状
二、冒口的补缩原理
1冒口的有效补缩距离
2工艺补贴的应用
3冒口位置的确定
三、通用冒口的设计
四、实用冒口的设计
五、提高通用冒口补缩效率的措施和特种冒口
第五节冷铁设计
一、冷铁的作用
二、冷铁材料的选择
三、外冷铁
四、内冷铁
第二章第一节内容回顾
第一节砂型和砂芯的制造方法
一、概述
1缺点、优点:
2砂型的种类
二、砂型和砂芯的制造方法分类
1按型(芯)砂粘(固)结机理分类
机械粘结造型(芯)、化学粘结造型(芯)、物理固结造型(芯)
2按造型(芯)的机械化程度分类
(1)手工造型(芯)
(2)机器造型(芯)——用机器完成全部或部分造型工序,称机器造型。
三、砂型铸造的工艺流程
问题:
1什么叫砂型铸造?
砂型和砂芯的制造方法是如何分类的?
2简述砂型铸造工艺流程。
问题:
1什么叫砂型铸造?
砂型和砂芯的制造方法是如何分类的?
砂型铸造:
是利用型(芯)砂制造铸型的铸造方法。
(1)按型(芯)砂粘(固)结机理分类
机械粘结造型(芯)、化学粘结造型(芯)、物理固结造型(芯)。
(2)按造型(芯)的机械化程度分类
手工造型(芯)、机器造型(芯)。
2简述砂型铸造工艺流程
第二节粘土湿型
一、湿型及其特点
湿型:
造好的砂型不经烘干、直接浇入高温金属液的砂型。
以粘土和适量的水为型砂的主要粘结剂,制成砂型后直接在湿态下合型和浇注。
湿型铸造历史悠久,应用较广。
基本特点:
砂型(芯)不无需烘干,不存在硬化过程。
优点:
生产灵活性大,生产率高,生产周期短,便于组织流水线生产,易于实现生产过程的机械化和自动化;材料成本低;节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积;延长了砂箱使用寿命。
缺点:
夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。
随着铸造科学技术的发展,对金属与铸型相互作用原理的理解更加深刻;对型砂质量的控制更为有效;加上现代化砂处理设备使型砂质量得到了一定保证;先进的造型机械使型砂紧实均匀,起模平稳,铸型的质量较高,促进了湿型铸造方法应用范围的扩大。
例如汽车、拖拉机、柴油机等工业中,质量在300~500kg以下的薄壁铸铁件,现都已成功地采用湿型铸造。
现代化造型方法有:
普通机器造型、微震压实造型、多触头高压造型、射压造型、冲击造型及静压造型等。
20世纪初铸造业开始采用辗轮式混砂机混砂,使粘土湿型砂的质量大为改善。
新型大功率混砂机可使混砂工作达到高效率、高质量。
以震实为主的震击压实式造型机的出现,又显著提高了铸型的紧实度和均匀性。
随着对铸件尺寸精度和表面质量要求的提高,又出现了以压实为主的高压造型机。
用高压造型机制造粘土湿砂型,不但可使铸件尺寸精度提高,表面质量改善,而且使紧实铸型的动作简化、周期缩短,使造型、合型全工序实现高速化和自动化。
气体冲击加压的新型造型机,利用粘土浆的触变性,可由瞬时施以0.5MPa的压力而得到非常紧密的铸型。
这些进展是粘土湿砂型铸造能适应现代工业要求的重要条件。
因而这种传统的工艺方法一直被用来生产大量优质铸件。
二、湿型所用的主要原材料
粘土湿型所用的主要原材料有原砂(或旧砂)、粘土(膨润土)、煤粉、水及其它附加物等,按一定比例混碾而成。
1原砂
原砂按矿物组成不同分为石英质原砂和非石英质原砂两类。
GB/T9442-1998-铸造用硅砂
(1)石英质原砂主要来自天然硅砂,以圆形颗粒为优。
硅砂矿物主要组成是石英(SiO2,熔点1713℃),其次是长石及少量云母(为一些碱金属或碱土金属氧化物)等。
铸造用硅砂的特殊要求:
含泥量、颗粒组成、原砂颗粒形状及表面状况、原砂的矿物组成和化学成分等。
缺点:
热膨胀系数比较大,而且在573℃时会因相变而产生突然膨胀,导致铸件热裂;热扩散率比较低;容易与铁的氧化物起作用等。
在生产高合金铜铸件或大型铸钢件时,使用硅砂配制的型砂,铸件容易发生粘砂缺陷,使铸件的清理十分困难。
清砂过程中,工人长期吸入硅石粉尘易患矽肺。
(2)非石英质原砂是指矿物组成中不含或只会少量游离SiO2的原砂。
主要有镁砂、橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等。
这些材料与硅砂相比,大多数都具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数,热膨胀系数低而且膨胀均匀,与金属氧化物的反应能力低等优点,能得到表面质量高的铸件并改善清砂劳动条件。
但这些材料中有的价格较高,比较稀缺,故应当合理选用。
2膨润土
膨润土主要是由蒙脱石组矿物组成的,主要用于湿型铸造的型砂粘结剂。
膨润土被水湿润后具有粘结性和可塑性,烘干后硬结,具有干强度。
而硬结的粘土加水后又能恢复粘结性和可塑性,因而具有较好的复用性。
粘土资源丰富,价格低廉,所以应用广泛。
铸造用膨润土可分为钠膨润土和钙膨润土两大类。
3煤粉
煤粉通常是将烟煤里的气煤、肥煤和焦煤根据铸造煤粉性能(主要是灰分和挥发分)要求,按照一定比例进行混配,经粉碎制成的产品,外观为黑色或黑褐色。
铸造用湿型砂中加入煤粉,可以防止铸铁件表面产生粘砂缺陷,改善铸铁件的表面光洁度,减轻抛丸清理工作量,并能减少铸件脉纹、夹砂缺陷。
同时起到提高型砂溃散性的作用。
对于湿型铸造球墨铸铁件,型砂中加入煤粉还有利于防止产生皮下气孔。
三、湿型砂的混制、旧砂处理及型砂性能检测
1混砂
粘土湿型的典型配方:
原砂(或旧砂)100%,膨润土1-5%,煤粉少于8%,水少于6%,其它附加物适量。
混砂时一般的加料顺序是:
先加原砂、粘土和附加物,干混2-3min后再加入水和液态粘结剂,进行湿混。
混砂时间应根据型砂种类和混砂机的形式来决定。
为使各种材料均匀混合,混砂时间不能太短。
对粘土含量高的型砂,混砂时间要长些;但过长的混砂时间又反而不利,将使型砂温度升高,水分蒸发,型砂结块。
为使型砂水分分布均匀和粘土充分膨胀,混制好的型砂应在不失水的条件下停放一段时间后再使用,有一定回性(或调匀)过程。
原砂细、粘土含量越高的型砂,回性时间应较长。
一般单一砂停放2-3h,面砂停放4-5h。
回性后的型砂若有结块,造型前必须松砂。
混砂过程的作用:
混合均匀;粘土包覆在砂粒周围。
混砂机:
碾轮式、摆轮式、叶片式等。
2旧砂处理
生产1t铸件约需5-10t湿型型砂,配制型砂时都尽量回用旧砂。
混砂时,需向旧砂中补充加入新砂、膨润土、煤粉和水等材料,使混制出的型砂性能符合要求。
3型砂性能检测
高质量型砂应当具有为铸造出高质量铸件所必备的各种性能。
根据铸件合金的种类,铸件的大小、厚薄、浇注温度、金属液压头、砂型紧实方法、紧实比压、起模方法、浇注系统的形状、位置和出气孔情况,以及砂型表面风干情况等的不同,对湿型砂性能提出不同的要求。
最主要的,即直接影响铸件质量和造型工艺的湿型性能有水分、透气