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制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結劑。最常用的鑄造砂是硅質砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使制成的砂型和型芯具有一定的強度,在搬運、合型及澆注液態金屬時不致變形或損壞,一般要在鑄造中加入型砂粘結劑,將松散的砂粒粘結起來成為型砂。應用最廣的型砂粘結劑是粘土,也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學硬化砂型3種。

粘土濕砂

以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑,制成砂型后直接在濕態下合型和澆注。濕型鑄造歷史悠久,應用較廣。濕型砂的強度取決于粘土和水按一定比例混合而成的粘土漿。型砂一經混好即具有一定的強度,經舂實制成砂型后,即可滿足合型和澆注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工藝因素。

以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型,液態金屬在重力下充填鑄型來生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得,鑄型制造簡便,對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應,長期以來,一直是鑄造生產中的基本工藝。

砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質量,常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩定性好的粉狀材料和粘結劑,另外還加有便于施涂的載體(水或其他溶劑)和各種附加物。

粘土濕砂型鑄造的優點是:①粘土的資源豐富、價格便宜。②使用過的粘土濕砂經適當的砂處理后,絕大部分均可回收再用。③制造鑄型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的時間長。⑤砂型舂實以后仍可容受少量變形而不致破壞,對拔模和下芯都非常有利。缺點是:①混砂時要將粘稠的粘土漿涂布在砂粒表面上,需要使用有搓揉作用的高功率混砂設備,否則不可能得到質量良好的型砂。②由于型砂混好后即具有相當高的強度,造型時型砂不易流動,難以舂實,手工造型時既費力又需一定的技巧,用機器造型時則設備復雜而龐大。③鑄型的剛度不高,鑄件的尺寸精度較差。④鑄件易于產生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。

粘土干砂型制造這種砂型用的型砂濕態水分略高于濕型用的型砂。

粘土砂芯用粘土砂制造的簡單的型芯。

粘土干砂

制造這種砂型用的型砂濕態水分略高于濕型用的型砂。砂型制好以后,型腔表面要涂以耐火涂料,再置于烘爐中烘干,待其冷卻后即可合型和澆注。烘干粘土砂型需很長時間,要耗用大量燃料,而且砂型在烘干過程中易產生變形,使鑄件精度受到影響。粘土干砂型一般用于制造鑄鋼件和較大的鑄鐵件。自化學硬化砂得到廣泛采用后,干砂型已趨于淘汰。

化學硬化砂型

這種砂型所用的型砂稱為化學硬化砂。其粘結劑一般都是在硬化劑作用下能發生分子聚合進而成為立體結構的物質,常用的有各種合成樹脂和水玻璃。化學硬化基本上有3種方式。

① 自硬:粘結劑和硬化劑都在混砂時加入。制成砂型或型芯后,粘結劑在硬化劑的作用下發生反應而導致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用于造型,但也用于制造較大的型芯或生產批量不大的型芯。

② 氣霧硬化:混砂時加入粘結劑和其他輔加物,先不加硬化劑。造型或制芯后,吹入氣態硬化劑或吹入在氣態載體中霧化了的液態硬化劑,使其彌散于砂型或型芯中,導致砂型硬化。氣霧硬化法主要用于制芯,有時也用于制造小型砂型。

③ 加熱硬化:混砂時加入粘結劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。制成砂型或型芯后,將其加熱,這時潛硬化劑和粘結劑中的某些成分發生反應,生成能使粘結劑硬化的有效硬化劑,從而使砂型或型芯硬化。加熱硬化法除用于制造小型薄殼砂型外,主要用于制芯。

型砂和芯砂的質量直接影響鑄件的質量,型砂質量 不好會使鑄件產生氣孔、砂眼、粘砂、夾砂等缺陷。良好的型砂應具備下列性能:

1、透氣性型

高溫金屬液澆入鑄型后,型內充滿大量氣體,這些氣體必須由鑄型內順利 排出去,型砂這種能讓氣體透過的性能稱為透氣性。否則將會使鑄件產生氣孔、澆不足等缺陷。鑄型的透氣性受砂的粒度、粘土含量、水分含量及砂型緊實度等因素 的影響。砂的粒度越細、粘土及水分含量越高、砂型緊實度越高,透氣性則越差

2、強度

型砂抵抗外力破壞的能力稱為強度。型砂必須具備足夠高的強度才能在造型、搬運、合箱過程中不引起塌陷,澆注時也不會破壞鑄型表面。型砂的強度也不宜過高,否則會因透氣性、退讓性的下降,使鑄件產生缺陷。

3、耐火性

高溫的金屬液體澆進后對鑄型產生強烈的熱作用,因此型砂要具有抵抗高溫熱作用的能力即耐火性。如造型材料的耐火性差,鑄件易產生粘砂。型砂中SiO2含量越多,型砂顆粒越大,耐火性越好。

4、可塑性

指型砂在外力作用下變形,去除外力后能完整地保持已有形狀的能力。造型材料的可塑性好,造型操作方便,制成的砂型形狀準確、輪廓清晰。

5、退讓性

鑄件在冷凝時,體積發生收縮,型砂應具有一定的被壓縮的能力,稱為退讓性。型砂的退讓性不好,鑄件易產生內應力或開裂。型砂越緊實,退讓性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退讓性。

①化學硬化砂型的強度比粘土砂型高得多,而且制成砂型后在硬化到具有相當高的強度后脫膜,不需要修型。因而,鑄型能較準確地反映模樣的尺寸和輪廓形狀,在以后的工藝過程中也不易變形。制得的鑄件尺寸精度較高。

②由于所用粘結劑和硬化劑的粘度都不高,很易與砂粒混勻,混砂設備結構輕巧、功率小而生產率高,砂處理工作部分可簡化。

③混好的型砂在硬化之前有很好的流動性,造型時型砂很易舂實,因而不需要龐大而復雜的造型機。

④用化學硬化砂造型時,可根據生產要求選用模樣材料,如木、塑料和金屬。

⑤化學硬化砂中粘結劑的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末狀輔料,如采用粒度相同的原砂,砂粒之間的間隙要比粘土砂大得多。為避免鑄造時金屬滲入砂粒之間,砂型或型芯表面應涂以質量優良的涂料。

⑥用水玻璃作粘結劑的化學硬化砂成本低、使用中工作環境無氣味。但這種鑄型澆注金屬以后型砂不易潰散;用過的舊砂不能直接回收使用,須經再生處理,而水玻璃砂的再生又比較困難。

⑦用樹脂作粘結劑的化學硬化砂成本較高,但澆注以后鑄件易于和型砂分離,鑄件清理的工作量減少,而且用過的大部分砂子可再生回收使用。

為了保證鑄件的質量,砂型鑄造中所用的型芯一般為干態型芯。根據型芯所用的粘結劑不同,型芯分為粘土砂芯、油砂芯和樹脂砂芯幾種。

粘土砂芯

用粘土砂制造的簡單的型芯。

油砂芯

用干性油或半干性油作粘結劑的芯砂所制作的型芯,應用較廣。油類的粘度低,混好的芯砂流動性好,制芯時很易緊實。但剛制成的型芯強度很低,一般都要用仿形的托芯板承接,然后在200~300℃的烘爐內烘數小時,借空氣將油氧化而使其硬化。這種造芯方法的缺點是:型芯在脫模、搬運及烘烤過程中容易變形,導致鑄件尺寸精度降低;烘烤時間長,耗能多。

樹脂砂芯

用樹脂砂制造的各種型芯。型芯在芯盒內硬化后再將其取出,能保證型芯的形狀和尺寸的公差。根據硬化方法不同,樹脂砂芯的制造一般分為熱芯盒制芯、殼芯和冷芯盒制芯三種方法。①熱芯盒法制芯:50年代末期出現。通常以呋喃樹脂為芯砂粘結劑,其中還加入潛硬化劑(如氯化銨)。制芯時,使芯盒保持在200~300℃,芯砂射入芯盒中后,氯化銨在較高的溫度下與樹脂中的游離甲醛反應生成酸,從而使型芯很快硬化。建立脫模強度約需10~100秒鐘。用熱芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比較高,但工藝裝置復雜而昂貴,能耗多,排出有刺激性的氣體,工人的勞動條件也很差。②殼芯采用覆模砂熱法制芯,砂芯強度高,質量好;③冷芯盒法制芯:60年代末出現。用尿烷樹脂作為芯砂粘結劑。用此法制芯時,芯盒不加熱,向其中吹入胺蒸汽幾秒鐘就可使型芯硬化。這種方法在能源、環境、生產效率等方面均優于熱芯盒法。70年代中期又出現吹二氧化硫硬化的呋喃樹脂冷芯盒法。其硬化機理完全不同于尿烷冷芯盒法,但工藝方面的特點,如硬化快、型芯強度高等,則與尿烷冷芯盒法大致相同。

水玻璃砂芯

用水玻璃做黏結劑 做的砂芯可分成以下幾種:水玻璃CO2法、酯硬化水玻璃自硬法、水玻璃甲酸甲酯冷芯盒法。

砂型鑄造是鑄造工藝中的一種,砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得,鑄型制造簡便,對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應,長期以來,一直是鑄造生產中的基本工藝。目前,國際上,在全部鑄件生產中,60~70%的鑄件是用砂型生產的,而且其中70%左右是用粘土砂型生產的。

主要原因在于:砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產工藝簡單、生產周期短。所以像汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生產的。當濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤,而粘土干型生產的鑄件可重達幾十噸。因砂型鑄造具有以上的優勢,所以,其在鑄造產業中應用越來越廣泛。未來,其將會在鑄造業中扮演著越來越重要的角色。

"八五"期間鑄造受到了原機電部高度重視,投入了建國以來最大的一次專項技改貸款和攻關費用,扶持了鑄造機械行業產品的開發和發展。"大型拋丸清理機的制造","垂直分型無箱射壓造型機","水玻璃砂舊砂再生設備的研制","金屬型鑄造設備"等等相繼被開發應用。

"九五"期間,鑄造行業承擔并樹立完成了"轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術與裝備"的任務,"缸體高效連續拋丸清理線的開發與研制"也取得圓滿成功,1999年完成了國家攻關高水平的氣沖造型線項目的成功。

"十五"期間,鑄造行業主要經濟指標的年均增長都在30%以上,高于機床工具全行業平均增長水平,特別是利潤增長更快,年均利潤增長高達46%,同時也保持較高的市場銷售水平。另外,樹脂砂鑄造成套設備,基本可以滿足國內市場需求,改變了過去主要依賴進口的局面;已經能夠生產出較高水平的鑄造自動生產線,達到可部分替代進口的水平,部分的解決了轎車發動機缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進口的情況;高水平自動制芯機、自動鑄件清理機、自動砂處理機、大型自動壓鑄機以及精密鑄造設備等鑄造機械,國內基本上都能生產制造。應當說"十五"期間鑄造機械行業的產品水平有了很大提高,為中國鑄造機械行業今后的進一步發展打下良好基礎。

"十一五"期間,鑄造業在巨大市場需求的刺激下,仍將繼續保持較高速度增長。由于鑄造機械產品的技術水平仍然與市場需求差距較大,使行業的發展存在巨大的發展潛力和擴展空間,為鑄造機械行業的快速增長帶來機遇。

"十二五"時期,整個鑄造行業特別要在鑄造新工藝和新材料上下工夫,鑄造材料的價格居高不下,要求精密鑄造行業必須而且快速開發出新的可替代的低價新材料;下游客戶的的要求的不斷提高,驅使我們必須提升工藝水準;人力資源成本的不斷上升,我們必須在精密鑄造裝備上多下工夫,多開發,多投資!例如,中國鑄造權威機構中國鑄造協會及國際鑄業咨詢網一致推薦的新材料精鑄專用剛玉及臺灣的鑄造手機器人等,都是精密鑄造下一步發展的方向。

制圖

傳統方法是取得鑄造圖紙然后把圖紙送往鑄造廠。這一過程可以在報價中完成。如今,越來越多的客戶及鑄造廠商使用電腦輔助設計以代替。

模具:

在砂型鑄造中模具是使用木頭或者其他金屬材料制成。在這個過程中,我們要求我們的工程師,使模具尺寸略大于成品,其中的差額稱為收縮余量。其中目的是熔化金屬向模具作用以確保熔融金屬凝固和收縮,從而防止在鑄造過程中的空洞。

制芯:

制芯只要通過把樹脂砂粒置于模具中,以形成內部表面的鑄件。因此芯與模具之間的空隙最終成為鑄造。

成型

在熔煉成型過程中需要準備一付模具。成型通常涉及模具的支承構架,拉出模具使其在澆鑄過程中分離,在先前放置的芯在模具中融化然后關閉模具口。

清潔

清潔的目的是去除砂粒, 打磨以及鑄件中過剩的金屬。焊接, 除砂能夠改善鑄件表面外觀

被燒毀的砂土和規模都拆除,以改善表面外觀的鑄造。過量金屬及其他冒口被清楚。再近一步焊接打磨等步驟。最后檢查其缺陷及綜合質量。

整理

發運前,再加工。根據不同客戶的要求我們可以為其再做熱處理,表面處理,額外的檢查等。