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1、主要的工艺环节简述如下: 1. 配砂型砂( 包括芯砂) 是多种造型材料的混合物。根据铸件对型砂的要求, 将造型材料按一定的比例均匀地混和, 这项工作叫做配砂。型砂通常是由砂子和粘结剂所组成。砂子是耐高温的材料, 是型砂中的主体。 粘结剂的作用是把砂粒粘结在一起。粘结剂中应用最广泛的为粘土。有时为了满足某些性能要求, 型砂中还加入其它造型材料, 如煤粉、 术屑等。 型砂性能对铸件产量和质量的影响很大。例如型砂的可塑性不好, 就不易得到清晰的型腔; 型砂的强度不高, 则容易在起模和搬运过程中发生损坏, 在浇注过程中发生冲砂等; 型砂的透气性差, 就不能将浇注过程中产生的大量气体及时排出, 而这些气
2、体进入金属液, 就会使铸件产生气孔; 型砂的耐火性不好, 在浇入高温的金属液后 ,型砂就会因熔化而粘结在铸件的表面上, 形成粘砂 ; 型砂的退让性不好, 会对凝固后的铸件收缩产生较大的阻力, 由此可能使铸件形成裂纹等造型材料的质量, 配砂工作的好坏等, 将影响型砂的性能, 进而影响铸件的质量。生产中 对配制好的型砂, 经常用仪器进行测定, 以保证型砂的各项附合要求。较为简便的检验方法, 用手抓起一把型砂, 紧捏后放开,如砂团不松散而且不粘手,手印清楚,把它折断时, 断面平整均匀, 则 表示型砂的强度、可塑性等性能较好。2. 造型利用铸模或其它方法制成所需的砂型, 这项工作叫做造型。实际生产中,
3、 铸件的形状、大小和技术要求等, 变化很大, 因而造型方法也是多种多样的。现粗略分类简述如下 : (1) 按造型方法分, 有手工造型和机器造型。虽然手工造型没有机器造型产量高、质量好, 但由于需要准备的工作量较少, 灵活性和适应性又较大, 所以当铸件生产的批量不大时 , 目前还是采用手工造型。(2) 按造型用的铸模分, 有实样模造型和刮板造型。对造型来说, 实样模造型比刮板造型容易, 但做铸模的工时和所用去的材料较多。生产中一般是采用实样模造型, 特别是铸件的生产数量较多时。(3) 按砂型所处的地点分, 有砂箱造型和地面造型。把砂型做在地坑内, 可以节省砂箱,但不能搬移, 造型较不方便。一般情
4、况下, 宜采用砂箱造型。(4) 按砂型是否烘干分, 有湿型和干型。 砂型在浇注前不进行烘干的叫湿型( 又叫潮模), 在浇注前要进行烘干的叫干型( 又叫烘模。两者相比较, 干型的强度等性能较好, 但要多经一道烘干工序。重量较大, 质量要求较高的铸件常用干型浇注。造型工作中, 不仅要用经济、简便的方法把砂型制造出来, 而且要根据具体的铸件, 采取有效的措施, 防止铸件产生缺陷。例如: 浇注的金属液在型腔内流动时, 温度要不断下降 , 如果浇口大小开得不合适, 就有可能在金属液还未充满型腔, 就停止流动, 使铸件某些部分, 尤其是细薄或是棱角的部分浇不足。为了使金属液能很好地充满型腔, 对于薄壁的铸
5、件, 造型时, 浇口就要开得大些。还要指出的, 各种金属液的流动性是不相同的, 例如灰铸铁比铸钢的流动性要好得多, 所以灰铸铁可以浇出壁厚更薄的铸件。金属液从高温冷却到凝固, 再冷却到室温, 在体积或尺寸方面都要缩小, 也就是说具有收缩性。收缩性大的铸件, 当表层凝固而内部金属液继续收缩时, 往往会在铸件厚大的部分形成孔洞, 即所谓缩孔, 为防止铸件产生缩孔, 造型时要考虑补缩的问题, 最常用的方法就是设置冒口。当铸件凝固后继续收缩时, 如果受到砂型和泥芯的阻碍, 就可能产生裂纹。为此, 造型时常需要采用一定的防裂措施。各种金属的收缩性是不相同的, 例如: 灰铸铁的收缩性比铸钢小得多, 是常用
6、金属中最小的一种, 所以灰铸铁件比较不容易产生缩孔、裂纹缺陷。3. 熔炼将固态的金属炉料熔成具有一定成分和温度的液态合金, 这项工作叫做熔炼。铸工车间中, 熔炼金属的炉子的类型很多, 如冲天炉、电炉、增锅炉等。熔炼铸铁的炉子, 最广泛应用的为冲天炉。冲天炉的炉壁是用耐火材料制成,外面围以钢板炉壳。 金属炉料和焦炭等按一定的比例分批从加料口加入炉中。从鼓风机来的空气, 经过炉身下部的风箱和进风口进入炉中。焦炭燃烧时放出的热量使金属炉料熔化。熔化了的铁水贮在炉底或前炉 , 待积到一定数量时,凿去出铁口内的泥塞, 铁水便流出, 通过出铁槽流入铁水包中。熔炼工作中, 要控制好金属浓的成分和温度, 否则
7、会产生成批的废品。4. 浇注以合适的温度和速度, 将符合要求的金属液浇入砂型中, 这项工作叫做浇注。浇注是通过浇包进行的。浇注的时候, 浇包要靠近浇口, 不要太高, 否则金属液会从浇口溅出来; 要使浇口保持注满状态, 以免熔渣( 垃圾) 进久型中, 使铸件产生夹渣缺陷 。浇注前, 要穿戴好防护用具, 和金属液接触的工具要预热, 以免引起金属液飞溅时伤人。5. 清理清除铸件上的浇冒口和表面粘砂等, 这项工你叫做清理。铸铁件的浇冒口可用敲断方法去除, 铸钢件等常用气割方法去除。铸件表面清理工作可用滚筒、抛丸等设备来完成。在缺乏设备或是铸件上难以清理的部位, 可用手锤、凿子和钢丝刷等来进行。锤击时应
8、注意锤打的方向和力的大小, 以兔损坏铸件。用粘土粘结砂作造型材料生产铸件,是历史悠久的工艺方法,也是应用范围最广的工艺方法。说起历史悠久,可追溯到几千年以前;论其应用范围,则可说世界各地无一处不用。值得注意的是, 在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天,粘土湿型砂仍是最重要的造型材料,其适用范围之广, 耗用量之大,是任何其他造型材料都不能与之比拟的。据报道,美国钢铁铸件中,用粘土湿型砂制造的占80%以上;日本钢铁铸件中,用粘土湿型砂制造的占73%以上。适应造型条件的能力极强,也是粘土湿型砂的一大特点。1890 年震压式造型机问世,长期用于手工造型条件的粘土湿型砂,用于机器造型极为成功,并为此后造型作业
9、的机械化、自动化奠定了基础。近代的高压造型、射压造型、气冲造型、静压造型及无震击真空加压造型等新工艺,也都是以使用粘土湿型砂为前提的。各种新工艺的实施,使粘土湿型砂在铸造生产中的地位更加重要,也使粘土湿型砂面临许多新的问题,促使我们对粘土湿型砂的研究不断加强、认识不断深化。现今, 随着科学技术的速发展,各产业部门对铸件的需求不断增长,同时,对铸件品质的要求也越来越高。 现代的铸造厂, 造型设备的生产率已提高到前所未有的水平,如果不能使型砂的性能充分适应具体生产条件,或不能有效的控制其稳定、一致, 则不用多久就可能将铸造厂埋葬于废品之中。随着科学技术的发展, 目前采用粘土湿型砂的铸造厂,一般都适
10、合其具体条件的砂处理系统,其中包括:旧砂的处理、新砂及辅助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的监控。粘土湿砂系统中, 有许多不断改变的因素。如某一种或几种关键性能不能保持在控制范围之内,生产中就可能出现问题。一个有效的砂处理系统,应能监控型砂的性能,如有问题,应能及时加以改正。由于各铸造厂砂处理系统安排不同,选用的设备也不一样,要想拟定一套通用的控制办法是做不到的。 这里, 打算提出一些目前已被广泛认同的控制要点。各铸造厂认真地理解了这些要点之后, 可根据自己的具体条件确定可行的控制办法。而且, 还要随着技术的进步和工厂的实际能力(包括人员和资金)不断改进对型砂系统的控制。一旧砂的处理用粘土湿型
11、砂造型, 浇注以后,除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外,大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。配制粘土湿型砂时,旧砂用量一般都在90%以上,如果对旧砂的处理不当,无论怎样加强混砂,无论添加什麽辅助材料,都不可得到好的型砂。所以,对旧砂进行有效的处理,是保证型砂质量的前提。1旧砂温度的控制热砂问题, 已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高, 铸件容易产生夹砂、 表面粗糙、 冲砂、气孔等缺陷。 热砂对铸件质量的负面影响,主要由于以下几个方面: 由于热砂使水分蒸发,混砂时无论怎样注意,也难以控制型砂的性能; 将热型砂送往造型机的过程中,由于水份损失
12、,型砂性能改变,造型时实际上用的型砂,其性能与混砂时控制的性能差别很大; 造型时,热型砂的水分容易在模样表面上凝结,型砂粘模; 合型后,热砂的水分蒸发,凝结在冷的芯子上,会使芯子的强度降低,铸件也易于产生气孔; 如果旧砂要贮存在砂斗中备用,则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时,砂斗四周堵满了型砂,只剩中间一个孔洞,使系统中的型砂只有一部分周期使用,这部分型砂周转快、温度又会进一步提高,使热砂问题更加严重。多高温度的砂算是热砂?判断热砂的温度界限,是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面出现问题。 对此, 许多研究者从个方面进行了研究;有人研究了型砂温度对其性能稳定性的影响;有人研究了温度对膨润土-水系
13、统流变性的影响;有人研究了型砂温度与铸件质量的关系。各方面的研究,得到了一致的结论,即:为保证型砂的性能稳定,温度应保持在50以下。使型砂冷却,最有效的办法是加水,但是,简单的加水,效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发,才能有效地冷却。以下,给出一个简略的计算比较:型砂的比热大致是:9.22 102J/kg ,水的比热是: 4.19 103J/kg ,水的蒸发热是:2.26 106J/kg,1 吨砂中加20的水 10kg(加水 1%) ,使其温度升到50,所能带走的热量为4.19 103 10 30,即 12.57 105J。1 吨砂温度降低1,需散热9.22 102 1000 J,即
14、9.22 105 J。所以,在旧砂中加水1%,只能使温度降低24.5。使 1 吨砂中的水分蒸发1%(10kg) ,能带走的热量为2.26 107J,却可使砂温降低24.5。以上的分析表明:简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水,冷却效果是很差的。即使加水后向砂表面吹风,也不能有多大的改善。加水后, 要使水在型砂中分散均匀,然后向松散的砂吹风,使水分迅速蒸发,同时将蒸汽排除。目前,型砂冷却装置的品种、规格很多,主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等,都是利用水分蒸发冷却型沙。其中,冷却沸腾床效果较好。2旧砂的水分控制几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分,但是, 对于严格控制旧砂水分的重要性,很多
15、铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。进入混砂的旧砂水分太低,对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。试验研究和经验都已证明,加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难得多。型砂中的膨润土和水,并非简单的混在一起就行,要对其加搓揉, 使之成为可塑状态。这就像用陶土和水制陶器一样,将水和土和一和,是松散的,没有粘接能力;经过搓揉和摔打,使每粒土都充分吸收了水分,就成为塑性状态,才可以成形,制成陶器毛坯。铸型浇注以后,由于热金属的影响,很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了,加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低, 在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限
16、的,旧砂的水分越低,混成砂的综合质量就越差。目前, 各国铸造工作者已有了这样一种共识:进入混砂机的旧砂,水分只能比混成砂略低一点。较好的做法是: 在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样, 从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间,水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。更好的做法是: 在系统中设混砂机对旧砂进行预混,冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混,以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国外,有的铸造厂预混时,将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。天津的新伟祥铸造公司,用德国制造的EiRich 混砂机预混。经过预混的旧砂,进入混砂机后加水量很少,只是略微调整。 型砂中的膨润土和水在混砂机进一步得到调制,型砂的性能就更为稳定一致。3旧砂的粒度对于用粘土湿型砂制造的铸铁件,型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上,决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少,不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以,应该经常检测旧砂的粒度。检测粒度时,取样后先清洗除去泥分(可用测定含泥量时剩