第三章_砂型铸造.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,*,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,第三章 砂型铸造,Company Logo,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,.,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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,（,molding material,）,：,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）,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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（,Hand Molding,）,手,工,造,型,工,具,第一节 砂型和砂芯的制造方法,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,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,Company Logo,（,2,）机器造型（,Machine Molding,）,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：,生产率高，铸件尺寸精度较高；,节约金属，降低成本；,改善了劳动条件；,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,Company Logo,砂型铸造造型生产线,第一节 砂型和砂芯的制造方法,Company Logo,1,）,原砂,硅砂（,SiO,2,，,熔点：,1713,）以圆形颗粒为优。,按,w,SiO2,(,8095),分成,7,级,(GB/T 94421998),，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。,Company Logo,粘土（膨润土）：,是以,蒙脱石,（,Al,2,O,3,-2SiO,2,-2H,2,O,）,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,Company Logo,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,(Na,2,CO,3,),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,Company Logo,3,）,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,Company Logo,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,/KPa,W,泥分,（,）,干拉强度,/KPa,其 他,高压,造型,单一砂,气缸体,HT250,3.8-4.6,32-46,110,130-170,10-15,有效煤粉,6-8,有效粘土,7-9,曲轴,QT700-2,3.6-4.0,32-40,100,120-150,15,有效煤粉,4-6,有效粘土,7-9,桥壳,QT400-10,5.0-6.0,35-45,120,110-140,10-13.5,有效粘土,8-10,挤压,造型,单一砂,灰铸铁,小件,3.5-4.4,36-44,100,120-150,14,有效煤粉,4-6,有效粘土,7-9,球 铁,小件,4.6-5.3,34-45,100,120-150,Company Logo,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,Company Logo,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,:,所用机器结构价格低廉,应用较普通,噪声大,压实比压较低,砂型紧实度不高,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,Company Logo,气动微震造型工作原理,2),微震压实造型,（,1,）紧砂原理,:,对型砂压实的同时进行微震微震紧砂,:,震击缸向上运动撞击活塞震动频率,:600,800,次,/min,振幅,:2,6mm,(2),特点,造型紧实度比前者高而均匀,生产率高。,噪音较大,压实比压较。,第二节 粘土湿型,Company Logo,3),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,:,砂型紧实度、铸件尺寸精度和表面光洁度都比较高,噪音小,生产率高,设备复杂,价格昂贵,对装备及维修要求高,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,Company Logo,第三节 钠水玻璃砂型,一、特点概述,水玻璃砂同粘土砂相比：,型（芯）砂流动性好，易紧实，造型（芯）劳动强度低。,硬化快，强度高，缩短生产同期，劳动生产率高。,可在型（芯）硬化后起模，型（芯）尺寸精度高。,减少或没有烘烤时间，降低能耗，工作环境相对较好。,提高铸件质量，减少缺陷。,Company Logo,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,Na,2,O mSiO,2,H,2,O,几个重要参数,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。,Company Logo,第三节 钠水玻璃砂型,含固量,钠水玻璃除去水剩于物质的含量。,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。,粘度,粘度过低，不宜作型（芯）砂粘结剂；粘稠，不便与砂子混合。,Company Logo,第三节 钠水玻璃砂型,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,。,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,Company Logo,第三节 钠水玻璃砂型,在砂型或砂芯上扎,6,10mm,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,Company Logo,第三节 钠水玻璃砂型,在砂型或砂芯盖罩吹,CO2,，硬化后起模，一般用于小型（芯）。,盖罩法：,Company Logo,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,级,。,要求：,级砂芯要求最高，,级砂芯为最简单大砂芯,。,一、砂芯的作用及分级,Company Logo,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,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。,粘结剂：,普遍采用热塑性酚醛树脂作为粘结剂。,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。,Company Logo,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,）发低污染覆膜砂,：,降低树脂加入量及固化温度；,提高覆膜砂的综合性能，尤其是高温性能；,加强无污染的酚醛树脂替代品的研究,（,2,）提高覆膜砂再生能力,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,壳法造型（芯）,预热，喷分型剂,翻转，结壳（,15-50,秒）,复位，烘烤（,30-90,秒）,顶出,翻斗法制备壳型,Company Logo,用顶吹法或底吹法将壳芯树脂砂吹入预热至,200-280,的金属芯盒中受热固化薄层。,吹砂法制备壳芯,顶吹法,：制造大型型复杂砂芯。,底吹法,：制备小砂芯。,第四节 树脂砂型（芯）,Company Logo,芯盒旋转、摇摆而将砂芯内未能固化的,松散树脂砂,回送砂斗，,壳芯在,芯盒内进一步固化后即可开模取芯。,第四节 树脂砂型（芯）,Company Logo,三、热（温）芯盒造型（芯）,第四节 树脂砂型（芯）,用液态热固性树脂粘结剂和催化剂制成的芯砂，吹入加热温度（,175C,，,200C,）的芯盒内，帖近芯盒表面的砂芯受热，粘结剂在短时间 内缩聚硬化，砂芯表层数毫米厚结成硬壳即可自芯盒中取出，中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量自行硬化。,热（温）芯盒法：,热（温）芯盒法特点：,与壳法相比，生产率高，价格低，但表面质量差。,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,呋喃树脂,糠醇改性脲醛树脂,-,脲呋喃树脂，如呋喃,型。,糠醇改性酚醛树脂,-,酚呋喃树脂，如呋喃,型。,脲,-,酚呋喃共聚物,特点：,脲醛改善硬化性能，常用于铸铁和铸钢件。,粘结剂,常温下呈中性或弱酸性，而在加热时释放出强酸，促使树脂迅速硬化的酸性盐。,如氯化铵、硝酸铵、磷酸铵的水溶液。,呋喃,型树脂砂最常用的催化剂：,氯化铵：尿素：水,=1,：,3,：,3,水溶液,尿素作用：与甲醛生成羟甲脲，减弱硬化时甲醛氯味；,稳定氯化铵溶液，防止存放期间析出氯化铵结晶。,酚醛树脂,热塑性酚醛树脂,+,乌洛托品。,脲醛改性的酚醛基的酚,-,脲醛树脂,。,特点：,成本低，砂芯脆性改善。,催化剂,Company Logo,四、自硬冷芯盒造型（芯）,第四节 树脂砂型（芯）,自硬冷芯盒法,将砂子，合成液态树脂及液态催化剂均匀混合后，填充到芯盒中，,稍加紧实，即可于室温下在芯盒（或砂箱）中硬化成型。,提高了铸件的尺寸精度和质量。,型（芯）砂的硬化无需烘干，可节省能源。,型砂易紧实，易溃散，旧砂可再生回用。,所用树脂较少，材料成本低。,对原砂要求高,起模时间长。,混砂有刺激性气体。,工艺受温度及湿度影响大。,优点：,缺点：,自硬冷芯盒法,酸催化树脂自硬法,尿烷树脂自硬法,酚醛,-,酯自硬法,Company Logo,四、自硬冷盒造型（芯）,第四节 树脂砂型（芯）,呋喃自硬树脂砂工艺,是酸催化树脂自硬法中应用最为广泛的工艺。,第四节 树脂砂型（芯）,呋喃树脂：对脲醛树脂、酚醛树脂或糠醇 改性的脲酚醛树脂的总称。,常用的有：脲呋喃树脂（,UF/FA,）、酚呋喃树脂（,PF/FA,）、,酚脲呋喃树脂（,UF/PF/FA,）等。,粘结剂,催化剂,呋喃树脂的固化阶段，要得到较高强度的多维交联固体的固体产物，必须有酸性催化剂才能完成最后的缩聚反应。,常用的有：硫酸乙脂、甲苯磺酸、磷酸等。,Company Logo,要求混砂快，数量准确，一次用完。,可把,树脂,-,砂和催化剂,-,砂,先混合好。,制芯前再将上述两种混合料迅速混,合并充填芯盒，即可自行硬化。,应控制好,可使用时间,和,脱模时间,。,第四节 树脂砂型（芯）,呋喃自硬树脂砂硬化工艺,可使用时间：,指自硬树脂砂混砂后能够制出合格砂芯的时间。,脱模时间：,从混砂结束开始，在芯盒内制的砂芯（或未脱模的砂型）硬化到能满意地将砂芯从芯凳中取出（或脱模）而不致发生砂芯（或砂型）变形所需的时间。,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,酚醛尿烷自硬树脂砂工艺,属于尿烷自硬树脂砂工艺。,苯基醚酚醛树脂及聚异氰酸酯。,粘结剂,催化剂,芳香族胺，如苯基丙基吡啶等。,混制配方,苯基醚酚醛树脂及聚异氰酸酯质量比常采用,50,：,50,或,60,：,40,，总加入量为砂质量,1.41.6%,苯基丙基吡啶加入量为苯基醚酚醛树脂质量的,1 5%,。,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,酯固化碱性酚醛自硬树脂砂工艺,属于酚醛,-,酯自硬树脂砂工艺。,碱性条件下以苯酚和甲醛生成的甲阶酚醛树脂。,粘结剂,混制配方,树脂加入量为砂质量,1.42.5%,固化剂加入量为树脂质量的,20 25%,。,混制方法,先加入酯催化剂组份，直到覆盖砂子后再加入树脂组份。,固化剂,多元醇的有机酯，常用醋酸苷油酯。,Company Logo,自硬,树脂砂造型工艺,第四节 树脂砂型（芯）,自硬树脂砂造型工艺分为手工紧实和机器造型。,机器造型多采用抛砂机进行抛砂紧实造型，利用高旋转的砂铲，将送入抛砂头的型砂抛入砂 或型盒中，可使填 砂和紧实同时进行。,生产效率高。噪声小。,噪声小。,不需要特别的模板和砂箱，生产灵活。,优点：,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,气硬冷芯盒法,将树脂砂填入芯盒，而后吹气硬化制成砂芯,。,可合用时间长，起模时间短，有利高效大批量生产。,型（芯）砂的硬化无需烘干，耗能低。,没有刺激性气体产生。,优点：,自硬冷芯盒法,三乙胺法,酯硬化法,SO2,法等,五、气硬冷芯盒造型（芯）,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,三乙胺法,第四节 树脂砂型（芯）,组分,（酚醛树脂）、组分,（聚异氰酸脂）,粘结剂,催化剂,液态叔胺，常用液体三乙胺或二甲基乙胺。,硬化机理,向芯盒内吹入三乙胺气体时，酚醛树脂的氢氧根（,-OH,）与聚异氰酸酯的异氰酸根（,-NCO,）经胺催化结合生成氨基甲酸乙酯，使砂芯迅速固化。,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,三乙胺法制芯工艺,第四节 树脂砂型（芯）,混砂工艺：,原砂,+,组分,（混,0.5-1min,）,+,组分,（混,1-2min,）出砂。（注：具体要看混砂机）树脂加入总量：通常为砂重的,1.0%-2%,。,射砂工艺：,采用干燥压缩空气进行射砂。射砂压力,0.30-0.48MPa,，射砂时间,2-3s,。,射砂紧实机理,:,芯盒中芯砂的紧实是动能和压力差综合作用的结果，而动能是主要的，在动能达不到的地方，靠压力差作用来紧实芯砂。,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,第四节 树脂砂型（芯）,固化工艺：,三乙胺经胺发生器加热雾化，以,N2,、,CO2,或干燥压缩空气为载体将三乙胺气雾吹入芯盒。三乙胺发生器工作温度一般设定在,70-90,。吹胺压力,0.30-0.45MPa,，吹胺时间一般低压吹胺,4-10s,，高压吹胺,5-15s,。,洗涤工艺：,吹胺固化后，向芯盒内吹入压缩空气洗涤残余三乙胺，使其通过净化塔中的盐酸溶液，中和后排入大气。洗涤压力,0.35-0.45MPa,，洗涤时间,10-20s,。每盒砂芯总循环时间,50-90s,。,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,固化迅速、均匀，不受砂芯厚溥的影响。,由于对该工艺研究开发较早，因而在工艺的成熟性与原材料、设备配套的完善性上占有明显优势，便于推广应用。,对设备和工装腐蚀较轻。,催化剂气味也较小。,对原砂和环境的要求较高，原砂质量、环境湿度及压缩空气质量等都会对砂芯强度产生较大影响。,砂芯存放性不好，由于组分,II,聚异氰酸酯会遇水反应，降低粘接剂的质量。,三乙胺法优点：,三乙胺法缺点：,Company Logo,第四节 树脂砂型（芯）,酯硬化法,第四节 树脂砂型（芯）,粘结剂由水溶性甲阶酚醛树脂和易挥发形成气雾的酯组成。酚醛树脂与原砂混合后即可吹或射砂法成型；将液态有机酯汽化，以气体形成通过芯砂使砂芯硬化。,酯硬化法,物理硬化法：用聚苯乙烯作粘结剂，制成砂芯后，向芯盒中吹入压缩空扡，让其溶剂挥发而达到硬化。,物理和化学硬化法：在树脂砂中加入催化剂，吹入压缩空气使溶剂挥发，加速砂芯硬化。,