铸造生产技术1.ppt

,铸造生产技术 教 材：铸造工艺及设备 曹瑜强 参考教材：铸造工艺学 曲卫涛 铸造工（初级工）柳吉荣、彭淑芳,西安航空职业技术学院航空材料工程系,教学目标,CAST,教会学生下述基本能力：1.铸件是如何成形的？2.如何进行典型铸件的工艺设计？3.如何进行铸造生产？（砂型铸造、熔模铸造和压力铸造等铸造工艺分析及操作）4.如何操作铸造机械装备？,CAST,第1讲 铸造概述,在这一讲，我们将在简单介绍铸造工艺发展的同时告诉同学铸造的基本概念和砂型铸造生产过程。标题 1.什么是铸造？2.关于我国铸造工艺发展概况 3.关于铸造工艺方法 4.关于砂型铸造,铸造概述1.什么是铸造？,CAST,连 杆,涡轮增压器,差 壳,大众转向器壳体,曲 轴,CAST,铸造概述1.什么是铸造？,奇瑞气缸盖,2.0 汽车缸体,这些零件有什么特点？用什么方法加工？,电机外壳,CAST,铸造概述1.什么是铸造？,铸 造将金属熔炼成符合一定要求的金属液体，并浇注到具有与零件形状相应的铸型中，待其冷却凝固后获得具有预定形状、尺寸和性能的铸件工艺过程。,CAST,铸造概述1.什么是铸造？,铸造步骤：,CAST,铸造概述1.什么是铸造？铸造的特点？,优点：适合制造形状复杂的铸件，特别是复杂内腔。如箱体，机架，叶轮 铸件大小不受限制，几克数百吨 使用材料广泛。各种合金、铸铁、碳钢，有色金属等。成本低。设备、原料，废料回炉。一般机床类机械，铸件质量占7080，费用仅占2025。缺点：铸件的尺寸精度和表面质量较差 砂型铸造的劳动强度大 砂型铸造的铸造缺陷很难避免。,CAST,铸造概述2.关于我国铸造发展概况,战国铜尊盘（湖北随县曾侯乙墓出土）尊盘通体用陶范浑铸而成，尊足等附件为另行铸造，然后用铅锡合金与尊体焊在一起。尊颈附饰是由繁复而有序的镂空纹样构成，属于熔模铸件。由此可知，早在公元前5世纪，失蜡铸造法在中国已有很高的技艺。,司母戊方鼎（河南安阳出土）中国商代后期（约公元前16世纪至公元前11世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3月19日在河南省安阳市一片农地中出土，因其鼎内部铸有“司母戊”三字而得名，是商朝青铜器的代表作，现藏中国历史博物馆。,青铜冶铸（殷商时期）,CAST,铸造概述2.关于我国铸造发展概况,利用石蜡没有强度、易于雕刻的特点，用普通工具就可以雕刻出与所要得到的曾侯乙墓尊盘一样的石蜡材质的工艺品，然后再附加浇注系统，涂料、脱蜡、浇注，就可以得到精美的曾侯乙墓尊盘。,思考：曾侯乙墓尊盘是如何失蜡铸造而成？,CAST,铸造概述2.关于我国铸造发展概况,生铁冶铸（春秋时代）,古代农具：铁犁,古代农具：铁锄,CAST,如航空、航天工业采用的高温合金单晶体定向凝固熔模铸造燃气轮机叶片见，是精确铸造与高科技的完美结合总之，面向21世纪的、绿色环境下的铸件成形技术的总目标是高质量、短周期(或短流程)及低成本。近年来，我国铸造业有了很大的发展，铸件年产量已达1千万吨左右，为机床、汽车、拖拉机、机车、飞机、船舶、动力、冶金、化工和重型机器制造业等提供了各种铸件。未来世界市场需要什麽样的铸造产品？概括起来为六个字：“精确、柔性、快捷”。,现代铸造,铸造概述3.关于铸造工艺方法,CAST,铸造概述3.关于铸造工艺方法,砂型铸造 特种制造 熔模铸造；压力铸造；离心铸造;,铸造方法：,CAST,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,砂型铸造工艺过程,CAST,铸件：用铸造方法制成的金属件，一般作毛坯用。铸型：用型砂、金属或其他耐火材料制成；包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒系统的组合整体。型砂：型砂一般由铸造用原砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。芯砂：用于制作砂芯的型砂。砂芯：形成铸件内腔的用芯砂制成的实体。,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,砂型铸造工艺简介,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,造型：指用型砂、模样和砂箱等原材料与工艺装备制造铸型的过程。制芯：制造型芯的过程。熔炼：通过加热使金属由固态转变到液态并使其温度、成分等符合要求的工艺过程。浇注：将熔融金属注入铸型的操作。冷却：高温熔融金属由液态转变为固态的过程。落砂：用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的操作。清理：落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂和多余金属等的过程,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,型 腔：铸型中造型材料所包围的空腔部分。模 样：由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,砂 芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的，安放在型腔内部的铸型组元。芯 盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,一个砂型只能使用一次，耗费大量的造型工时。砂尘污染，劳动条件差。适应性广。,砂型铸造的特点：,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,作业：国内外铸造发展状况？,铸造概述4.砂型铸造工艺过程,CAST,第2讲 液态金属成形理论基础,在这一讲，我们将重点讲授金属由液态转变为固态的凝固过程所发生的现象。标题 1.关于液态合金的充型 2.关于铸件的收缩 3.关于铸造内应力、变形和裂纹,液态金属成形理论基础 1.关于液态合金的充型,CAST,充型：液态合金填充铸型的过程。充型能力：液态合金充满型腔，获得轮廓清晰，形状准确的铸件能力。,影响合金充型能力的因素主要有：合金的流动性 浇注条件 铸型条件,CAST,合金的流动性 指液态金属的流动能力。在铸造时指液态合金充满型腔，获得轮廓清晰，形状准确的铸件能力。常用铸造合金中，灰铁、硅黄铜流动性最好，铸钢最差。,液态金属成形理论基础 1.关于液态合金的充型,流动性测定：螺旋型标准试样,CAST,液态金属成形理论基础 1.关于液态合金的充型,影响合金流动性的因素：液态合金的成分 纯金属、共晶成分合金流动性好。浇注条件 浇注温度越高，充型能力越好。液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越好。浇注系统越复杂，流动阻力越大，在静压头相同的情况下，充型能力越差。铸型条件 铸型的蓄热系数、温度、气体等。,CAST,液态金属成形理论基础 2.关于铸件的收缩,收缩：合金从浇注、凝固直至冷却到室温，其体积或尺寸缩减的现象。收缩是合金的物理本性。合金收缩的三个阶段：液态收缩：从浇注温度到凝固开始温度间的收缩。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终止温度间的收缩。固态收缩：从凝固终止温度到室温间的收缩，,铸件的实际收缩率与其化学成分，浇注温度，铸件结构和铸型条件等有关。,收缩导致铸件产生缩孔，缩松，变形，裂纹等缺陷。,CAST,液态金属成形理论基础 2.关于铸件的收缩,铸件中的缩孔,铸件中缩松,产生原因：液态/凝固收缩得不到补充，形成的孔洞。,CAST,液态金属成形理论基础 3.关于铸造的内应力、变形和裂纹,铸件的内应力热应力:由于铸件各部分冷却速度不同，在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。性质：铸件缓冷处受拉伸，快冷处受压缩,机械应力：在固态收缩时受到铸型或 型芯时机械阻碍而形成应力。性质：落砂后消除。,CAST,液态金属成形理论基础 3.关于铸造内应力、变形和裂纹,铸件的变形,防止铸件变形的措施：1.壁厚均匀，形状对称；2.同时凝固；3.反变形法、拉肋4.时效处理。,CAST,液态金属成形理论基础 3.关于铸造内应力、变形和裂纹,铸件的裂纹,热裂：缝隙宽,形状曲折,缝内呈氧化色 选择凝固温度范围小的合金，提高砂型和芯砂的退让性,严格控制硫的含量冷裂：裂纹细小,呈连续直线状,轻微氧化色 减小内应力和降低合金脆性的因素，控制磷的含量。,CAST,思考题：如何获得优质铸件？,液态金属成形理论基础,CAST,在这一讲，我们将重点讲授铸型在金属液热作用下发生的变化及其对铸件质量的影响。标题 1.关于金属液和铸型的热作用 2.关于金属液和铸型的机械作用 3.关于金属液和铸型的物理化学作用,第3讲 液态金属 砂型铸型的相互作用,CAST,第3讲 液态金属 砂型铸型的相互作用 关于铸型与金属液的热作用,铸型与金属液的热作用铸型的温度场 研究内容：不同时间内铸型各点的温度变化及铸型在不同时间内所吸收的热量。研究方法：数学分析法、模拟法、实测法,CAST,特点：铸型表层温度迅速接近液体金属的温度 砂质铸型存在很大的温度差 干型表层温度比湿型高,CAST,2.湿型砂在浇注时的水分迁移,干燥区、水分饱和区、过渡区、正常区,CAST,3.砂型在加热时的膨胀 原砂加热时,湿粘土含水量越高，则收缩值越大。,CAST,4.夹砂 夹砂结疤 常发生在铸件的上表面、浇口 附近等。鼠尾 常发生在铸件的下表面,产生原因：在铸件表面还未凝固或凝固壳强度很低时，因砂型表面层膨胀发生拱起和裂纹而造成的。,防止措施：正确选用和配制型砂 优化铸造工艺 铸件结构合理,CAST,铸型与金属液的机械作用,1.冲刷作用,造成表面局部粗糙、冲砂、砂眼等缺陷 提高铸型抗冲刷能力 在保证铸件质量的前提下，降低浇注温度 提高铸型表面强度和高温强度 如：提高砂型的紧实度、采用表面干型、水玻璃砂型、树脂砂型、采用涂料等。,CAST,2.金属液对铸型表面的静压力和动压力,静压强,动压强,铸型在静压力和动压力作用下，会产生型壁移动、箱盖抬起、砂芯漂移等现象。,CAST,铸型与金属液的物理化学作用,1.气孔,特征：表面内壁光滑，有金属或氧化膜的色泽,危害：降低铸件强度、产生渗漏、损坏铸件表面,分类：侵入性气孔、析出性气孔、反应性气孔,CAST,侵入性气孔,特征：常发生在湿型铸造的铸件浇注位置的上部、体积较大 多呈圆形或梨形。,形成机理：,防止措施：减少型芯的发气量和发气速度；刷涂料，以增大气体浸入金属液的阻力 提高浇注温度和速度，使气泡能从金属液中浮出。,CAST,析出性气孔,特征：整个铸件断面布满小孔，铝合金铸件最容易产生析出性气孔。,形成机理：金属液在熔炼过程中吸收了较多的气体，如氢气、氮气、氧气等，在凝固过程中，气体析出，而此时金属液的流动性差，气体较难聚集漂浮，就在铸件中形成大量分散的气孔。,防止措施：减少金属液原始含气量；提高冷却速度。冷却速度越快，气孔越不易形成。提高气体的扩散速度,CAST,反应性气孔,特征：孔洞四面光滑，铝合金铸件最容易产生析出性气孔。,形成机理：金属液与铸型之间或在金属液内部发生化学反应产生的气体来不及排出。,防止措施：减少金属液原始含气量；严格控制型砂水分，提高铸型的透气性 提高浇注温度,CAST,2.燃烧（镁合金常见缺陷）,特征：表面有分散或成群的孔穴，或黑色或灰色的连续氧化 皱纹，或金属燃烧产物的菌状瘤疤,形成机理：,CAST,防止措施：,加防燃附加物，如3-4%烷基磺酸钠+1.5-2.5%硼酸 型（芯）砂无煤屑、草根等有机物 金属液中加入少量的铍，以减少镁合金的燃烧倾向,CAST,3.粘砂（铸钢、铸铁件常见缺陷）,机械粘砂：金属渗入到砂粒间空隙，将砂粒固定在铸件表面,防止措施：,采用细砂、提高铸型紧实度或铸型表面刷涂料 对于铸铁件，在型砂中加入煤粉 降低浇注温度,铸铁件中常出现机械粘砂,CAST,化学粘砂：金属或金属氧化物和造型材料形成化合物，将砂 层粘接在铸件表面,防止措施：,在型砂中加入煤粉、重油、沥青等 在铸型表面刷涂料 采用铬铁矿砂、锆砂、镁砂等 在型砂中适当加入氧化铁粉（3-5%）,铸钢件中常出现化学粘砂,CAST,第4讲 型砂的组成及性能要求,认识型砂 型（芯）砂的组成 型（芯）砂应具备的的性能,CAST,第4讲 型砂的组成及性能要求,认识型砂,型砂一般由铸造用原砂、型砂粘结剂和附加物等造型材料按一定的比例混合而成。,造型材料是指造型、制芯的各种原砂、粘结剂和附加物等原材料，以及各种原材料配制的型砂、芯砂、涂料等,CAST,型砂的组成,由原砂、粘结剂和附加物（如煤粉、木屑）等组成,1砂粒 2粘土胶体 3 孔隙 4附加物,第4讲 型砂的组成及性能要求,型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的3050,CAST,1.湿 度,型砂中所含水分重量的百分数称为型砂的湿度。,型砂的湿度低 韧性差、表面强度低 铸件砂眼、冲砂,型砂的湿度高 粘模、流动性差、发气量大 铸件质量差,测定方法：,型（芯）砂应具备的性能,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,2.流动性,型砂在外力和本身重力的作用下，沿模样（或芯盒）表面颗粒质点互相移动的能力称为流动性。,型砂流动性好，易于造型且铸型质量高，可实现机械化。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,3.强 度,型砂、芯砂试样抵抗外力破坏的能力。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,湿压强度：表示物体在饱水状态下，抵抗外部压力能力的物理量,以试样受力作用时的应力值表示。,测定方法：标准型砂2000克,膨润土100克,蒸馏水80毫升放入轮辗式混合机中混合成试料,将试料盛于带盖容器内或塑料袋内,放置时间不少于10分钟,但不得超过l小时。称取l55160克混合料,放入特制的圆形试样筒内,制成三个标准试样块。将试样块放人手摇压力机中进行抗压试验。s曾Dil负荷的速度为每分钟1 96 X 105帕,加压至样块破坏,记录观察值。湿压强度值应为三个试样的平均值。,普通机器造型用湿型砂，通常控制湿压强度为0.060.12MPa之间，高密度造型用湿型砂，湿压强度常控制在0.090.20MPa。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,影响因素：,粘土种类及加入量,原砂颗粒特性,型砂紧实度,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,干强度：表示型砂经烘干或硬化后的强度。,影响因素：,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,高温强度：指型砂在高温作用下的强度。,影响因素：,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,表面强度：指铸型或砂芯的表层强度。,一般采用测定表面硬度来评定表面强度。,提高表面强度的措施,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,4.成型性与韧性,成型性：型砂在外力作用下，外力去除后仍保持所赋予形状的能力,型砂中粘土含量越多，砂粒越细可塑性越好。,韧性：型砂抵抗外力破坏的能力,韧性差的型砂起模时铸型容易损坏。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,5.粘模性,型砂粘附模样的性质。,影响因素：,型砂的温度；含水量；粘结剂含量；模样的材质；模样的表面粗糙度,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,6.耐火度,型砂（芯砂）承受高温的能力成为耐火度。,影响因素：,原砂的化学成分、组成及含量,铸件越大采用的原砂越粗。,粗砂、圆形砂的耐火度比细沙、尖角形、多角形砂的耐火度高。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,7.透气性：型砂使气体逸出的能力,影响因素,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,8.发气量和有效煤粉含量,型砂在高温作用下产生气体的能力称为发气性。用发气量衡量。,影响因素,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,9.退让性,型砂在合金凝固、冷却过程中，能相应的变形、退让而不阻碍铸件收缩的性能称为退让性。,型砂的退让性小，铸件内产生的内应力大，严重时导致铸件开裂。,型砂的热强度越大，退让性越差。,型砂中加入木屑、焦炭粒等可提高退让性。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,10.溃散性,浇注后型（芯）砂是否容易解体而脱离铸件表面的性能。,第4讲 型砂的组成及性能要求,CAST,第5讲 粘土型（芯）砂,一、粘土型（芯）砂的分类及应用二、铸造用原砂三、铸造用粘土及应用 四、附加物 五、型砂的制备,CAST,一、粘土型（芯）砂的分类及应用,1.分类,或,CAST,2.应 用,湿型砂主要用于500kg以下的铸件。,表干型砂主要用于重量较大的铸件。,干型砂主要用于铸件质量要求高，或结构复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。,CAST,二、铸造用原砂,第5讲 粘 土 型 砂,石 英 砂,非石英砂,CAST,1.石 英 砂（硅 砂）,又名硅砂，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状。,人工硅砂（90%SiO2）山砂（江苏六合红砂）（1）分类 天然硅砂（85-93%SiO2）海砂、河砂、湖砂 风积砂（大林砂）铸造用硅砂（75%SiO2）,第5讲 粘 土 型 砂,CAST,1.石 英 砂（硅 砂）,（2）组成：,（3）性能要求：,第5讲 粘 土 型 砂,除主要成分二氧化硅外，还含有氧化铁、粘土、云母和有机杂质。,含泥量：直径小于0.02mm的细小颗粒的含量（表1-1）,颗粒组成：粗细程度、砂粒粗细分布集中程度（表1-3）,颗粒形状：圆形、钝角形、尖角形（表1-5）角形因数E表示粒形,CAST,1.石 英 砂（硅 砂）,（4）牌号：,第5讲 粘 土 型 砂,ZGS93-40/100（53）表示什么含义？,ZGS93-40/100（53）表示铸造用硅砂的SiO2为93级，主要粒度组成为四筛，其首筛筛号为40，尾筛筛号为100，其粒度平均细度值为53。,CAST,CAST,1.石 英 砂（硅 砂）,（5）硅砂的选用：,第5讲 粘 土 型 砂,原则是什么？如何选？,对于铸铁件用：,大件（93、90号硅砂），小件（85号硅砂）,干型、表干型（粒度较粗，如筛号30、42）,湿型（粒度较细，如筛号70）,CAST,1.石 英 砂（硅 砂）,（5）硅砂的选用：,第5讲 粘 土 型 砂,原则是什么？如何选？,对于铸钢件用：,98、96号硅砂，对于大件为人造硅砂,粒度细的原砂，如07、10号原砂,对于铸铜件用：,对于铸铝件用：,粒度细的原砂，如10、15号原砂,注意：树脂型砂的原砂不能选用海砂。,CAST,2.非 石 英 砂,第5讲 粘 土 型 砂,CAST,粘土,铸造用普通粘土（高岭石类）铸造用膨润土（蒙脱石类）,钙膨润土 PCa钠膨润土 PNa,二、铸造用粘土及应用,1.粘土的分类,粘土的活化处理：粘土的阳离子交换过程。,CAST,用粘土作粘结剂时，水是一个重要因素，因为单是粘土并不能使型砂具有强度，只有在它和水混合成粘稠的粘土膏后，才具有粘结能力,二、铸造用粘土及应用,2.粘土的粘结机理,CAST,粘土的粘结机理,粘土在水中形成的粘土-水体系是胶体，带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己周围，形成胶团的水化膜，依靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中水化阳离子所起的“桥”或“键”的作用，使粘土颗粒相互结合起来，在水化膜中处在吸附层的水分子被粘土质点表面吸附很紧，而处于扩散层中的水分子较松，公共水化膜就是粘土胶粒间的公共扩散层。粘土和水比例适宜时，才获得最佳的湿态粘结力。,结论:(1)粘土颗粒所带负电越多或粘土颗粒越细小，比表面积越大，则湿粘结力越大。(2)膨润土的湿态粘结能力比普通粘土好,CAST,粘土的干态粘结机理：,砂型经烘干过程逐步失去水分，使砂粒和粘土颗粒之间相互靠近，紧密接触而产生附着作用。,(1)粘土失去结构水后将导致矿物结构被破坏，成为不再具有粘结能力的失效粘土，又称为死粘土。(2)粘土在加热过程中主要是收缩状态。,CAST,2.粘土的应用,(1)粘土湿型砂和表干型一般选用膨润土。(2)湿型铸铁件型砂中混合使用钠基膨润土和钙基膨润土。（3）手工造型生产大型铸钢件采用干型时，采用耐火度高的 优质普通粘土。,CAST,三、附加物,改善透气性材料：锯木屑、稻草、亚麻皮及其他纤维物。,防止铸件粘砂的材料：煤粉、石墨粉、硅石粉等。,(1)煤粉在湿型砂中的作用,产生还原性气氛受热变成胶质体，具有可塑性形成光亮碳,CAST,三、附加物,(2)淀粉在湿型砂中的作用,减少夹砂结疤、砂孔和冲砂缺陷提高韧性和可塑性润滑作用，便于起模,CAST,四、型砂制备,1.湿型砂的性能和配方特点,组成：新砂、旧砂、粘土、水分、煤粉、重油等,（1）铸铁件湿型砂,原砂：92%SiO2，筛号为100的细砂,粘土：活化膨润土或天然钠基膨润土，或钙基膨润土,水分：4.5%-6%,煤粉：5%-8%，薄壁小件3%-4%,CAST,四、型砂制备,1.湿型砂的性能和配方特点,（2）铸钢件湿型砂,原砂：96%SiO2，筛号为100或70的硅砂。,粘土：活化膨润土或天然钠基膨润土,水分：4%-5%,附加物：渣油液或淀粉防止冲砂、砂孔,CAST,四、型砂制备,1.湿型砂的性能和配方特点,（2）铸造非铁合金用湿型砂,原砂：筛号为140的硅砂或天然粘土砂（六合红砂）。,粘土：天然粘土,CAST,四、型砂制备,2.干型砂的性能和配方特点,（1）铸铁件干型砂,原砂：92%SiO2，筛号为50、40、30的粗硅砂。,粘土：耐火度高的普通粘土，10%,水分：9%,附加物：纸浆残液、糖浆等提高干强度；木屑、焦炭,CAST,四、型砂制备,2.干型砂的性能和配方特点,（2）铸钢件干型砂,原砂：96%SiO2 天然硅砂或人造硅砂、筛号为30-70 的粗砂和中粒砂。镁砂、锆砂、铬铁矿砂,粘土：耐火粘土15%-20%；膨润土9%-10%,水分：见表1-13,CAST,四、型砂制备,3.砂型（芯）烘干工艺,（1）目的：除去水分、降低发气量，提高强度及透气性,（2）烘干工艺,烘干温度、烘干时间、烘干设备,CAST,五、型砂的混制工艺,1.混砂设备,碾轮式、摆轮式、叶片式,2.原则：混均匀,CAST,一、粘土型（芯）砂的性能及其影响因素,强度2.透气性3.可塑性与韧性4.流动性5.发气性6.不粘模性7.耐火度8.退让性9.复用性,CAST,强度,CAST,湿型砂,特点,以膨润土（蒙脱石）作粘结剂所制成的砂型不经烘干就可浇注金属液的型砂,优点：灵活、方便、成本低、易于实现机械化、自动化,缺点：若操作不当，易产生铸造缺陷（如夹砂结疤、鼠尾、砂眼、粘砂等）,组成,原砂(或旧砂)100、粘土（膨润土）1-5%、煤粉8%、水6%及其他附加物,CAST,煤粉,目的：提高型砂的抗粘砂和抗夹砂的能力。,理由：与铁液中较多的碳长生大量还原性气氛，使与铸型接触的金属液基本不氧化，无化学粘砂现象。,CAST,湿型砂的制备,加料顺序：旧砂、新砂、粘土、煤粉、水,制备工艺：现干混2-3min，再湿混6-10min；出砂,CAST,第6讲 水玻璃粘结剂型（芯）砂和树脂砂,一、掌握水玻璃粘结剂型（芯）砂的特性及混制 二、掌握树脂砂的特性及混制,CAST,一、水玻璃砂的特性及混制,1.何谓水玻璃砂？,以水玻璃作粘结剂所配制而成的化学硬化砂称为水玻璃砂。,问题提出：在砂型铸造中，应用最广泛的型砂是粘土砂、水玻璃砂和树脂砂，何谓水玻璃砂？何谓树脂砂？其特性如何？为什么在砂型铸造中得到广泛应用？如何混制？,水玻璃是各种聚硅酸盐（硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂）水溶液的统称。铸造生产所用的水玻璃均指钠水玻璃，是铸造生产中广泛应用的无机化学粘接剂。化学式：Na2OmSiO2nH2O 硅酸钠的水溶液为无色粘稠液体，呈灰色或绿色，PH值11-13。,CAST,2.水玻璃砂的特点：,型（芯）流动性好，易于紧实，故造型（芯）劳动强度低。硬化快，强度较高，可简化造型工艺，缩短生产周期，提高劳动效率。可在型（芯）硬化后起模，型（芯）尺寸精度高。可取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件。,CAST,3.钠水玻璃的重要参数：,（1）模数 钠水玻璃中SiO2和Na2O的物质的量之比称为模数，用M表示。模数只表明钠水玻璃中SiO2和Na2O的相对含量关系。模数越高，硬化速度越快，型砂用钠水玻璃的模数一般为2.0-2.6。调整模数的方法：加入NaOH水溶液降低模数，加入NH4Cl水溶液增大模数。其加入量按下面公式计算：,CAST,（2）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，不宜作为型（芯）砂的粘结剂；反之，密度大，粘稠，也不便定量和不利于砂子混合。铸造上通常采用密度为1.321.68克/立方厘米钠水玻璃。水玻璃的密度可用液态重度计测定。调整密度的方法：设调整密度所需的水量为C(g),按硬化方法不同分,CAST,4.水玻璃砂的分类 按硬化方法不同可分为：,（1）二氧化碳硬化水玻璃砂,+,2,用CO2使水玻璃硬化的型砂称为二氧化碳硬化水玻璃砂。主要用于铸钢件生产。硬化机理：CO2与钠水玻璃中的水作用形成碳酸：CO2+H2O 2H+CO3 产生的氢离子使表面钠水玻璃的PH值不断降低，并达到硬化。,按硬化方法不同分,CAST,4.水玻璃砂的分类,-,2+,硬化方法,（1）二氧化碳硬化水玻璃砂,插管硬化法盖罩硬化法,按硬化方法不同分,CAST,4.水玻璃砂的分类,（1）二氧化碳硬化水玻璃砂,配方 原砂、粘土（膨润土1-3%，普通粘土3-6%）、水玻璃（5-8%）,混制工艺,原砂+干粉+重油+NaOH水溶液+钠水玻璃 出砂,溃散剂：氧化铁粉、氧化镁粉或石灰石粉,（2）水玻璃自硬砂 在水玻璃中加入硬化剂，使之能自行硬化的型砂称为水玻璃自硬砂。常用硬化剂有：硅铁粉、硅酸二钙、氟硅酸钠等,混砂工艺：对于硅酸二钙-水玻璃自硬砂：干混2-3min，加水玻璃湿混2-3min，出砂 对于硅铁粉-水玻璃自硬砂：干混2-3min，加水玻璃湿混，出砂,5 钠水玻璃砂目前存在的问题及解决方法：,（1）出砂性差,在钠水玻璃中加入附加物；减少钠水玻璃的用量；减低易熔融物质的含量；,（2）铸铁件粘砂,刷涂料，最好使用醇基涂料；一 般铸铁件也可以在钠水玻璃中加入适量的煤粉或者适量具有填料性能的高岭土式粘土,（3）型、芯表面粉化（白霜）,控制钠水玻璃的水分不要偏高，吹CO2的时间不宜过长，型、芯不要放置太久；据有关工厂的经验，在钠水玻璃中加入占砂质量1%左右，密度为1.3克立方厘米的糖浆，可以有效防止粉化。,（4）砂芯抗吸湿性差,在钠水玻璃砂中加入锂水玻璃或在钠水玻璃中加入Li2CO3、CaCO3、ZnCO3等无机附加物；在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，粘结剂。,二、树脂砂的特性及混制,1.树脂砂,2.树脂砂的特点,以树脂为粘结剂配制的型（芯）砂 为树脂砂,不需烘干，硬化反应快，生产效率高 易于实现机械化、自动化 铸件质量高 缺点：成本高，易产生皮下气孔缺陷。,三、常用树脂砂及其特性,呋喃树脂自硬砂,壳芯用酚醛树脂砂,热芯盒用呋喃树脂砂,冷芯盒用树脂砂,三、常用树脂砂及其特性,（1）呋喃树脂自硬砂,组成：原砂、呋喃树脂、催化剂、添加剂等,原砂,需酸值5，PH值 7，含泥量0.2%，微粉含量0.2%,含水量0.2%,三、常用树脂砂及其特性,（1）呋喃树脂自硬砂,组成：原砂、呋喃树脂、催化剂、添加剂等,呋喃树脂,种类：糠醇呋喃树脂、脲醛呋喃树脂、酚醛呋喃树脂、脲醛酚醛共聚呋喃树脂,说明：随含氮量增加，常温强度提高、高温强度降低，铸件易于产生气孔,随糠醇含量增加，强度提高，但溃散性变差,加入量为原砂重量的1%-2%,三、常用树脂砂及其特性,（1）呋喃树脂自硬砂,组成：原砂、呋喃树脂、催化剂、添加剂等,催化剂,种类：无机酸（如磷酸）、有机酸（如甲苯磺酸等）,说明：催化剂的加入量应适中，为树脂重量的30%左右,随催化剂加入量增多，可使用时间和脱膜时间缩短,三、常用树脂砂及其特性,（1）呋喃树脂自硬砂,组成：原砂、呋喃树脂、催化剂、添加剂等,添加剂,种类：硅烷、氧化铁粉、甘油等,说明：硅烷可明显提高树脂自硬砂的强度，降低成本。,硅烷的加入量为树脂量的0.2%-0.4%,三、常用树脂砂及其特性,（1）呋喃树脂自硬砂,混制工艺：混砂机、加料顺序、混砂时间,混砂机：快速混砂机,加料顺序：先加酸后加树脂,混砂时间：在保证混均匀的条件下，时间越短越好,详见P37页表1-20,三、常用树脂砂及其特性,（1）呋喃树脂自硬砂,常见缺陷：机械粘砂、脉纹、气孔、热裂等,防止措施详见P38页.,组成：原砂、酚醛树脂、固化剂和附加物等,原砂：石英砂应符合“圆、纯、净、细”的要求。酚醛树脂：聚合度快、软化点高、流动性适中、游离酚的含量低。固化剂：乌洛托品附加物：硬脂酸钙（防止结块、增加流动性）石英粉,三、常用树脂砂及其特性,（2）壳芯用酚醛树脂砂（壳芯砂、覆膜砂）,三、常用树脂砂及其特性,（2）壳芯用酚醛树脂砂（壳芯砂、覆膜砂）,壳芯法工艺过程,壳芯法工艺过程,热芯盒用树脂砂：将砂子同粘结剂和固化剂混合，射入到加热至50300的芯盒里，热量使酸蒸汽从固化剂中释发出来，促使树脂迅速硬化。砂芯从芯盒中取出来以后继续硬化，直到完全硬化。固化剂常用酸类或酸性盐。,(3)热芯盒用呋喃树脂砂,种类：呋喃型树脂砂、呋喃型树脂砂,热芯盒造芯工艺,(4)冷芯盒用树脂砂,三乙胺冷芯盒法是将雾化的三乙胺吹入芯盒，使砂芯硬化。载体气体目前多用CO2或氮。,方法：自硬冷芯盒法、扩散气体冷芯盒法,冷芯盒造芯法是砂芯在常温的芯盒内硬化后再起芯的造芯方法,二氧化硫冷芯盒法是将二氧化硫气体吹入芯盒，与砂中的过氧化物释放出来的新生态氧反应生成SO3，SO3溶于粘结剂的水分中生成硫酸，催化树脂迅速发生放热缩聚反应，导致砂芯瞬时硬化。,1.混制好的型砂，用手捏成砂团，将砂团用手掰成两半，（）则说明型砂强度基本符合要求。A.掰开后型砂松散不成团 B.掰成两半时用力较大 C.掰成两半时用力适当，断口整洁,2.型砂混制好后，用手将型砂捏成团，观察砂团表面的手纹情况：（），则说明型砂的成形性好。A.手纹清晰 B.手纹模糊 C.松手后呈松散状,3.将混制好的型砂用手捏成团，在手掌中搓散成颗粒，一般来说：（），其透气性好。A.颗粒分布均匀 B.颗粒分布不均匀 C.颗粒表面有一层稀泥,4.砂型烘干时，水分迁移的主要因素是（）。A.湿度差和温度差 B.砂型的大小 C.烘干时间的长短,5.水玻璃砂的溃散性（）。A.很差 B.很好 C.一般,6.大型铸钢件，为提高铸件表面质量，防止粘砂，可用（）作面砂。A.硅砂 B.锆砂 C.镁砂 D.熟料,硅砂含（）越高，其耐火度越高。A.SiO2 B.AL2O3 C.Fe2O3,8.石英砂由常温加热到515，体积膨胀（）。A.1%B.2%C.4%,9.玻璃砂混碾时间过长，会使水玻璃砂失掉（）。A.可塑性 B.水分 C,透气性,10.在铸钢用的冷硬呋喃树脂中，固化剂的加入量为树脂的（）。A.60%70%B.15%50%C.75%80%,11.在铸钢用的冷硬呋喃树脂砂中，通常采用（）作固化剂。A.氯化铵 B.尿素 C.有机磺酸溶液、磷酸溶液和硫酸乙酯,12.提高水玻璃模数的方法是往水玻璃中加入（）。A.NaOH B.NH4CL C.H2CO3,树脂砂不是傻瓜砂,要充分发挥树脂砂的优越性，必须掌握四个主要因素：模样、原砂、涂料、操作过程的管理。,铸造涂料是提高铸件表面品质的重要手段。铸造行业历 来对涂料的配制很重视。,第7讲 涂料应用,一、铸造涂料 铸造涂料是涂覆于铸型（芯）表面上的涂料，是提高铸件表面质量的重要手段。铸型涂料的用量约占型（芯）砂总重的1.02.0%。,二、涂料的作用,提高铸件表面质量2.防止铸钢、铸铁件粘砂 热粘砂、化学粘砂、机械粘砂3.防止和减少镁合金铸件产生氧化或燃烧等缺陷可实现铸件表面合金化 隔热作用，提高熔融铸造合金流动性。,三、铸造涂料应具备的性能,较高耐火度和热化学稳定性2.良好悬浮性、涂刷性、流平性、渗透性3.良好的表面强度及抗裂性4.发气量少，对人体无害，不污染环境。,三、涂料的组成,由耐火材料、粘结剂、载体、悬浮剂、附加物等。,耐火材料 阻止液态金属与铸型材料相互间发生热作用、机械作用和物理化学作用。,2.粘结剂,作用：使涂料中的耐火材料不易沉淀，提高涂料层的强度，并使涂料牢固地粘附在铸型和砂芯表面。,常用粘结剂：水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐、糖浆、干性植物油 等。,3.载体,作用：分散、运载耐火材料并使耐火材料悬浮在载体内、使涂料保持一定的粘度和密度，便于刷涂或喷涂。,铸造涂料按涂料中载体可将其分为水基涂料、醇基涂料和有机溶剂自干涂料。,水基涂料的载体是水。醇基涂料和有机溶剂自干涂料的载体是乙醇、甲醇、正丁醇二氯甲烷、四氯化碳,自硬树脂砂醇基涂料的性能要求：涂料的密度要求在/；涂料的悬浮性；涂料的条件粘度为。,4.悬浮剂,作用：使耐火材料有效地悬浮在在体内。,常用悬浮剂：水基涂料：膨润土、聚乙烯醇等高分子化合物。醇基涂料：松香、醇溶性树脂、硅酸乙酯等,5.附加物,表面活性剂：如洗衣粉 消泡剂：如正丁醇 防腐剂：如硅烷,三、涂料的涂覆方法,流涂、浸涂、喷涂、刷涂,流涂这是将半个铸型竖起，斜搁在一个涂料池上方，利用一个小泵和小口径软管，把涂料射向铸型内腔的方法，对树脂砂比较最适合，因为可以施涂均匀且不会留痕迹，但用于大件铸型则比较困难。,选择原则：上涂料最好用流涂或浸涂(型芯)，其次用喷涂不得已时再用刷涂。,三、涂料的涂覆方法,流涂、浸涂、喷涂、刷涂,2.浸涂(蘸涂)这是适用于型芯的一种施涂方法，优点也是不留痕迹和可避免死角。但和流涂一样，都希望在上完涂料后，其粘度立即恢复。故以采用有假塑性特征的涂料为好。,选择原则：上涂料最好用流涂或浸涂(型芯)，其次用喷涂不得已时再用刷涂。,3.喷涂这是利用喷漆的喷枪来上涂料。这种方法因空气压力高，气流携带的液滴速度高，撞击型面后回弹者不少，影响涂料层表面品质，而且浪费涂料。再则铸造涂料的骨料多为硬的磨料(除石墨粉和滑石粉外)，喷漆枪不能耐受其磨擦作用。喷嘴很易磨损而影响射流特性。较适用的喷涂工艺是低压热空气喷漆工艺，或无气喷枪，即压力射枪。,4.刷涂这是最简便易行的传统方法，但也是最费时、易在型腔底部堆积和要求高度技巧的一种方法。用刷涂法时，刷子的选择很重要，要同涂刷涂表面强度和涂料粘度相适应。,流涂涂料操作：1.用吊装带把砂芯吊装到涂料流涂装置上方，注意尽量不要吊装砂芯的工作表面部分，操作者调整好涂料的质量，特别是涂料的密度，若涂料粘度大可以用酒精进行稀释，以砂芯的工作表面涂料涂层厚度均匀，不存在严重的涂料的涂料结疤为宜，涂料流涂时按照自上而下原则进行，最后把流涂不均匀的部分进行补流涂，再把积存的涂料流到涂料池中。2.砂箱砂型的流涂质量控制与砂芯的流涂一样，另外要注意砂型的浇冒口部分一定要充分进行流涂，不得有流涂不上的情况发生。流涂时砂箱的平面角度以与地面成为宜。,流涂涂料：3.流涂后的砂芯、砂型安放到平稳位置后，马上进行点燃涂料，点燃涂料要注意安全操作，不要引发火灾，特别是夏天季节不要离铸型太近，用火柴点燃后扔到铸型内点燃涂料。然后检查砂芯、砂型的工作表面是否有涂料积存和流涂不上的情况，若有要进行刮平和补刷，然后用帆布或其他较为柔软的布料把砂芯、砂型的工作表面擦拭一遍，以露出石墨的亮色为宜。这一操作时间尽量要缩短。有补刷涂料的地方还要进行点燃涂料。4.流涂涂料和修整砂型、砂芯的费砂、工具按照要求进行处置，注意现场的环境卫生和定置管理。,第8讲 混砂及旧砂再生设备,将型砂中各成分混合均匀，粘结剂膜均匀的包覆在砂粒表面。,1.混砂的目的是什么？,2.何谓旧砂？旧砂能直接使用吗？,旧砂是指重复使用过的型砂。,生产1吨铸件约需要5-10吨湿型型砂，配制型砂时尽量回用旧砂。,第8讲 混砂及旧砂再生设备,3.旧砂处理与旧砂再生区别是什么？,旧砂处理是指将用过的旧砂经破碎、去磁、筛分、除尘、冷却等处理后重复或循环使用。,第8讲 混砂及旧砂再生设备,旧砂再生是指将用过的旧砂块经破碎并除去废旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜及杂物，恢复接近于新砂的物理和化学性能而代替新砂继续使用。,旧砂再生？,第8讲 混砂及旧砂再生设备,旧砂再生？,第8讲 混砂及旧砂再生设备,浇注后的砂箱及铸件由行车吊至惯性振动落砂机上，经落砂处理后，铸件运到清铲车间，砂箱运至砂箱库备用。大块夹皮，冒口由人工分拣，通过落砂栅格的砂子、砂团以及小块冷铁落至磁选皮带机，经磁选后输送至多功能振动破碎再生机进行破碎、脱膜、筛分，经过筛分后的砂子进1#斗式提升机，由提升机提升至离心转子二级再生机进行强力再生，充分脱膜。混合着微粉、灰尘、树脂膜的再生砂经流砂槽流入流幕式风选机，风选机连接着旋风除尘器及脉冲式反吹除尘器，将微粉、灰尘去除。再生砂再经2#斗式提升机提升至砂库备用。移动双臂式连续树脂砂混砂机上方进料口由气动闸板与砂库下方出砂口相连，按下混砂机电控箱混砂按扭后，气动闸板自动打开，定好量的砂子由砂库流入混砂机。在混砂机中砂子经螺旋片向前输送至混砂开始端，自近端控制