砂型铸造的工艺分析.docx
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砂型铸造的工艺分析
摘要:
砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料,制作铸型的传统铸造工艺。
砂型一般采用重力铸造,有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。
砂型铸造的适应性很广,小件、大件,简单件、复杂件,单件、大批量都可采用。
砂型铸造用的模具,以前多用木材制作,通称木模。
此外,砂型比金属型耐火度更高,因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。
但是,砂型铸造也有一些不足之处:
因为每个砂质铸型只能浇注一次,获得铸件后铸型即损坏,必须重新造型,所以砂型铸造的生产效率较低;又因为砂的整体性质软而多孔,所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低,表面也较粗糙。
本片论文主要对砂型铸造的工艺进行研究分析,以及在工业中的运用进行分析。
具体过程,详见本文的论述。
本篇论文是参考《砂型铸造工艺技术手册》上的工艺过程及相关工艺编写的。
本篇论文的内容包括:
目录、正文、参考文献等。
关键词:
砂芯砂型硬模铸造
砂型铸造多用于黑色金属(铸铁或铸钢)的成型。
一般而言,铸型由砂型和砂芯构成,砂型形成铸件的外形,砂芯形成铸件的内腔。
砂芯多采用芯盒制造;砂型一般通过模板翻制。
模板与芯盒都属于铸造模具。
如图。
1.1铸造成型工艺简介
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
铸造毛坯因近乎成形,而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间.铸造是现代制造工业的基础工艺之一。
铸件自浇注冷却的铸型中取出后,有浇口、冒口及金属毛刺披缝,砂型铸造的铸件还粘附着砂子,因此必须经过清理工序。
进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。
砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序,所以在选择造型方法时,应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。
有些铸件因特殊要求,还要经铸件后处理,如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。
铸造是比较经济的毛坯成形方法,对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。
如汽车发动机的缸体和缸盖,船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。
有些难以切削的零件,如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。
另外,铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽,金属种类几乎不受限制;零件在具有一般机械性能的同时,还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能,是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。
因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件,在数量和吨位上迄今仍是最多的。
铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。
所需设备有冶炼金属用的各种炉子,有混砂用的各种混砂机,有造型造芯用的各种造型机、造芯机,有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。
还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。
铸造生产有与其他工艺不同的特点,主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。
铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染,比起其他机械制造工艺来更为严重,需要采取措施进行控制。
铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能,更高的精度,更少的余量和更光洁的表面。
此外,节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。
为适应这些要求,新的铸造合金将得到开发,冶炼新工艺和新设备将相应出现。
铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时,将更多地向柔性生产方面发展,以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。
节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展,少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。
质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面,将有新的发展。
铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。
铸造作为一种金属热加工工艺,在我国发展逐步成熟。
铸造工艺是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
铸造机械一般按造型方法来分类,习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。
普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型铸造三类。
特种按造型材料的不同,又可分为两大类:
一类以天然矿产砂石作为主要造型材料,如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等;一类以金属作为主要铸型材料,如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。
铸造工艺可分为三个基本部分,即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。
铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料,它是以一种金属元素为主要成分,并加入其他金属或非金属元素而组成的合金,习惯上称为铸造合金,主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。
铸造工艺有与其他工艺不同的特点,主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。
铸造工艺会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染,比起其他机械制造工艺来更为严重,需要采取措施进行控制。
铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能,更高的精度,更少的余量和更光洁的表面。
此外,节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。
为适应这些要求,新的铸造合金将得到开发,新铸造工艺和新铸造设备将相应出现。
1.2砂型铸造
1.2.1砂型铸造的基本含义
砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得,铸型制造简便,对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应,长期以来,一直是铸造生产中的基本工艺。
砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。
为了提高铸件的表面质量,常在砂型和型芯表面刷一层涂料。
涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂,另外还加有便于施涂的载体(水或其他溶剂)和各种附加物。
1.2.2砂型铸造的成型特点
砂型铸造常用于金属铸造,金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造,是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法,铝合金金属型铸造大多采用金属型芯,也可采用砂芯或壳芯等方法,与压力铸造相比,铝合金金属型使用寿命长。
1.铸造优点
(1)优点
金属型冷却速度较快,铸件组织较致密,可进行热处理强化,力学性能比砂型铸造高15%左右。
金属型铸造,铸件质量稳定,表面粗糙度优于砂型铸造,废品率低。
劳动条件好,生产率高,工人易于掌握。
(2)缺点
金属型导热系数大,充型能力差。
金属型本身无透气性。
必须采取相应措施才能有效排气。
金属型无退让性,易在凝固时产生裂纹和变形。
2.金属型铸件常见缺陷及预防
(1)针孔
预防产生针孔的措施:
严禁使用被污染的铸造铝合金材料、沾有有机化合物及被严重氧化腐蚀的材料。
控制熔炼工艺,加强除气精炼。
控制金属型涂料厚度,过厚易产生针孔。
模具温度不宜太高,对铸件厚壁部位采用激冷措施,如镶铜块或浇水等。
采用砂型时严格控制水分,尽量用干芯。
(2)气孔
预防气孔产生的措施:
修改不合理的浇冒口系统,使液流平稳,避免气体卷入。
模具与型芯应预先预热,后上涂料,结束后必须要烘透方可使用。
设计模具与型芯应考虑足够的排气措施。
(3)氧化夹渣
预防氧化夹渣的措施:
严格控制熔炼工艺,快速熔炼,减少氧化,除渣彻底。
Al-Mg合金必须在覆盖剂下熔炼。
熔炉、工具要清洁,不得有氧化物,并应预热,涂料涂后应烘干使用。
设计的浇注系统必须有稳流、缓冲、撇渣能力。
采用倾斜浇注系统,使液流稳定,不产生二次氧化。
选用的涂料粘附力要强,浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹渣。
(4)热裂
预防产生热裂的措施:
实际浇注系统时应避免局部过热,减少内应力。
模具及型芯斜度必须保证在2°以上,浇冒口一经凝固即可抽芯开模,必要时可用砂芯代替金属型芯。
控制涂料厚度,使铸件各部分冷却速度一致。
根据铸件厚薄情况选择适当的模温。
细化合金组织,提高热裂能力。
改进铸件结构,消除尖角及壁厚突变,减少热裂倾向。
(5)疏松
预防产生疏松的措施:
合理冒口设置,保证其凝固,且有补缩能力。
适当调低金属型模具工作温度。
控制涂层厚度,厚壁处减薄。
调整金属型各部位冷却速度,使铸件厚壁处有较大的激冷能力。
适当降低金属浇注温度。
1.2.3原料及工艺特点
砂型制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。
最常用的铸造砂是硅质砂。
硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。
为使制成的砂型和型芯具有一定的强度,在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏,一般要在铸造中加入型砂粘结剂,将松散的砂粒粘结起来成为型砂。
应用最广的型砂粘结剂是粘土,也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。
砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。
粘土湿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。
湿型砂的强度取决于粘土和水按一定比例混合而成的粘土浆。
型砂一经混好即具有一定的强度,经舂实制成砂型后,即可满足合型和浇注的要求。
因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工艺因素。
粘土湿砂型铸造的优点是:
①粘土的资源丰富、价格便宜。
②使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后,绝大部分均可回收再用。
③制造铸型的周期短、工效高。
④混好的型砂可使用的时间长。
⑤砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏,对拔模和下芯都非常有利。
缺点是:
①混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上,需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备,否则不可能得到质量良好的型砂。
②由于型砂混好后即具有相当高的强度,造型时型砂不易流动,难以舂实,手工造型时既费力又需一定的技巧,用机器造型时则设备复杂而庞大。
③铸型的刚度不高,铸件的尺寸精度较差。
④铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。
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0.5兆帕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。
粘土干砂型制造这种砂型用的型砂湿态水分略高于湿型用的型砂。
砂型制好以后,型腔表面要涂以耐火涂料,再置于烘炉中烘干,待其冷却后即可合型和浇注。
烘干粘土砂型需很长时间,要耗用大量燃料,而且砂型在烘干过程中易产生变形,使铸件精度受到影响。
粘土干砂型一般用于制造铸钢件和较大的铸铁件。
自化学硬化砂得到广泛采用后,干砂型已趋于淘汰。
化学硬化砂型这种砂型所用的型砂称为化学硬化砂。
其粘结剂一般都是在硬化剂作用下能发生分子聚合进而成为立体结构的物质,常用的有各种合成树脂和水玻璃。
化学硬化基本上有3种方式。
①自硬:
粘结剂和硬化剂都在混砂时加入。
制成砂型或型芯后,粘结剂在硬化剂的作用下发生反应而导致砂型或型芯自行硬化。
自硬法主要用于造型,但也用于制造较大的型芯或生产批量不大的型芯。
②气雾硬化:
混砂时加入粘结剂和其他辅加物,先不加硬化剂。
造型或制芯后,吹入气态硬化剂或吹入在气态载体中雾化了的液态硬化剂,使其弥散于砂型或型芯中,导致砂型硬化。
气雾硬化法主要用于制芯,有时也用于制造小型砂型。
③加热硬化:
混砂时加入粘结剂和常温下不起作用的潜硬化剂。
制成砂型或型芯后,将其加热,这时潜硬化剂和粘结剂
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