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1、第二篇 砂型和砂芯的制造,第一章 湿砂型铸造,第一节 湿型铸造特点,1. 粘土型砂可分为：,湿型（潮型）砂型不烘干，直接浇,干型合型和浇注前送窑烘干。,表面烘干型型腔表层烘干一定深度。,2. 按造型可分为：,背砂填在面砂背面起填充作用的型砂。,单一砂 不分面砂和背砂，只一种造型砂。,面砂造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。,3.湿型铸造法,基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。,主要优点： 生产灵活，效率高，成本低，周期短； 易实现机械化和自动化； 省烘干设备、燃料、电力及空间； 砂箱使用寿命长； 容易落砂。,主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。,应用范围：流水生产和
2、手工造型 500Kg以下的铸件。,4.表干型铸造法,基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时不易产 生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。,工艺规范：砂型表层烘干520，或自然干燥。,技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、制芯、合型、浇注等严格。,5.干型铸造法,基本特点: 粘土砂湿型烘干 。,主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善铸件表面。,主要缺点：需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。,应用范围：表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。,一、型（芯）砂应具备的性能,（1）
3、造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。,1.湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。,2.流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力。,3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。,4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形并保持形状的能力。,第二节 湿型砂性能、检测及方法,5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。,6.不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。,（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。,1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。,2.透气性：砂型让气体通过而逸出的能力。,3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如重油、沥青等）受热挥发气体量称发气量；,4
4、.退让性：型砂随铸件收缩而体积减小的能力,5.溃散性：型芯砂在清理时的溃散性能。,2.1 水分、最适宜干湿程度和紧实率 （1）水分： 型砂中含水质量百分数 测定：称50g型砂，红外烘干105-110，4-8min至恒重，称量质量变化。 X=（G-G1）/G100% 局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。 （2） 手捏感觉 型砂是否容易成团、是否沾手。 易成团，不沾手，有柔和感觉，砂团上的手指痕迹清晰。 局限性：凭经验、不够准确稳定，不能定量，欠科学。,(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确),（3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率。GB2684-81
5、。 紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高100%,依据：较干的型砂堆得密实，相同紧实力下的紧实率高，韧性差，起模易损破；较湿的型砂流动性差，紧实率低，铸件易产生气孔、胀砂、夹砂、表面粗糙。 因此，根据紧实率的大小，可以检查出型砂水分是否合适，并规定在一定范围内浮动。 应用：根据紧实率范围控制的加水量，称为最适宜水分。如：手工造型用型砂，最适宜的紧实率50%左右，高压造型为35-45%，挤压造型为35-40%。,2.2 透气性 （1）概念：紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力，用透气率表示。 对铸造的影响：过低会产生气孔、呛火、浇不足；过高表明砂粒间空隙较大，金属液易渗入，造成表面粗糙、粘砂。 影响透
6、气性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘结剂及加入量、紧实度。 （2） 测量方法 原理：通过在一定条件下气体流过试样时所受到的阻力的大小来间接反映。用在单位压力下通过单位面积和单位长度试样的气体量来度量。,测量方法 标准法：如图2-1-2，在水封钟罩内吸入2000cm3空气，造成10g/cm2的压力条件，用秒表测出在该压力下2000cm3空气通过试样流出的时间t，并记下气压计读数（p）,透气率 k=VH/Spt 式中: V-通过试样的空气体积，2000cm3； p-试样前压力（1mmH2O=9.806Pa）； H-试样高度（cm）； S-试样截面积（cm2）； t-2000cm3空气通过试
7、样的时间（min）。,2.3 湿态强度 （1） 对铸造过程的影响：承受工序中的机械力、浇注时的冲刷、静压力。 过低：塌箱、砂眼、胀砂、跑火。 过高：增加粘土和最适宜含水量，降低透气性；提高成本；增加混砂、紧实、落砂困难。 （2） 测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值表示。MPa、KPa。 指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度,湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或砂芯）形状的能力。 普通机器造型控制在0.06-0.12MPa， 高密度造型控制在0.09-0.20MPa。 许多情况下，砂型破坏是由拉应力引起的。当型砂中粉尘和死粘土含量高时，虽然湿态抗压
8、强度高，但是湿拉强度和变形量很低，可塑性差，很容易破坏，使造型操作困难，并引起铸造缺陷。 单纯地用湿态抗压强度衡量型砂性能并不太合适，引入劈裂强度的概念。,劈裂强度（如图2-1-3所示） 在标准圆柱试样的径向加栽，使试样沿其轴向平面断裂。劈裂强度可以按照下式计算： sF=2F/dL sF型砂湿态劈裂强度（MPa） F劈裂载荷（N）； d试样直径，为50mm； L试样高，为50mm。 劈裂强度可以更正确、更可靠地说明型砂中粘土的粘结作用。,注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。,2.4 流动性 （1） 概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂粒间移动的能力。 （2） 对造型（芯
9、）的影响：均匀性、光滑性、紧实力、生产率。 （3） 测量（无统一标准）,（4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面状态，粘结剂的性质、混砂质量。形态圆、粒度大而集中的砂粒流动性好。,阶梯试样硬度差法 测量A、B点的硬度，对比两点的硬度差。差值小说明型砂的流动性好，差值大说明流动性差。 思考：流动性对紧实度的影响,侧孔法： 拔出柱塞，顶出试样，称量被挤出的型砂多少，数量越大流动性越好。,环形空腔法： 冲击3次后看h的大小， h越小进入圆环中的型砂越多，流动性越好。 检测有凹槽、窄缝模样，及要求轮廓非常清晰的砂型（芯）。,2.5 起模性、变形量、韧性和破碎指数 起模性：表示起模时模样或模板与砂
10、型分离时是否容易损坏（开裂、掉砂）。起模性的好坏与型砂的湿态抗压强度是两种绝然不同的特性。 影响因素：拉应力、受力破碎前的变形量。 变形量：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形，一般很小。 韧性：型砂的湿压强度（MPa）变形量（cm）乘1000。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。,韧性的测定 落球法：标准抗压试样、50mm，510克钢球，12.7mm的筛。 破碎指数：留在筛网上的型砂质量占试样质量的比值。 表示在冲击条件下的韧性 高，表示型砂的起模性好，过高，流动性差，不够致密。 跌碎法：试样从1.8米的高度直接坠落到铁砧上。,其它新方法 我国新研制的型砂压力变形曲线测试仪。,2.
11、6 抗夹砂结疤缺陷的能力 （1） 夹砂类缺陷产生的原因 水分迁移：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。 热压应力：石英573急热相变出现较大的热膨胀受到阻抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。,（2）测量 测热湿拉强度 见图2-1-9。模拟金属浇入铸型后型砂的受热情况。湿型砂试样50mm50mm，加热板温度32010，紧贴20-30s，形成5mm左右的干砂层及水分凝聚区，测定热湿拉强度。,（3）其它方法 激热性能试验法： 圆饼形型砂试样，开V形槽，在13000C，的高温下烘烤。观测型砂表面开始脱落的时间，当时间脱落或者开裂下垂1mm的时间越长，说明抗夹砂
12、结疤能力越好。,2.7 发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂） （1）目的：防止机械粘砂 （2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理： 浇注烘烤大量挥发分分解反应砂粒表面沉积形成光泽碳防止机械粘砂，提高表面光洁度。,方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟推入850管式加热炉加热产生的气体经冷凝进入带刻度的玻璃管中测量大气压力下型砂的发气体积。,（3）测量 方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称量残留物的质量，判断发气量大小。,小 结 1 了解湿型铸造的特点； 2 掌握型砂的七个方面的性能； 3 熟悉型砂性能对铸造质量的影响； 4 了解型砂性能的测试
13、方法。,一、铸造用原砂,1.石英质原砂及应用,石英砂以石英为主要矿物成分的天然硅砂。,特点：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。,天然硅砂形成：由火成岩风化形成。,第三节 湿型砂用原料及质量要求,火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。,山砂风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多， 粒形不规则，如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。,河砂、湖砂、海砂经过水力搬运，含泥量少，颗
14、粒较圆，粒度均匀，海砂如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；湖砂如江西都昌砂、星子砂；河砂如上海吴淞砂、河南郑庵 砂；,风砂经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更圆整而均匀。,石英砂岩 沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南湘潭的石英砂岩。,石英岩 沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高的SiO2，质地极为坚硬。经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。,对铸造用
15、原砂质量要求,（1）含泥量含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20m）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括细的砂子和其它非粘土质点。,检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，可将原砂中颗粒直径20m 与直径20m的颗粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。,铸造用硅砂分级： 根据国家标准GB/T94421998的规定，铸造用硅砂按SiO2含量可分为五级。,表1-1 铸造用硅砂按SiO2含量分级,（2）原砂的颗粒组成,原砂的颗粒组成（粒
16、度）砂粒的粗细程度和分布,测定方法：筛分法，用一套（11 个）筛孔尺寸自大而小的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。,国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：,表1-2 铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸,(单位：mm),原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法,1）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛子上砂子质量，选出余留量之和为最大值的相邻三筛，即得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺寸(单位为mm)小数点后的两位数作为粒度分组代号。,表1-3 铸造用硅砂按粒度分组,2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组成。,表1-4 江西湖口砂的颗粒组成（质量分数）,（3）原砂的颗粒形状 ：用光学显微镜或扫描电镜观察，可清楚看出砂粒的轮廓形状（即“粒形”）。,铸造常用原砂的主要颗粒分类法 ：,按粒形：尖角、角、半角、半圆、圆、很圆形六种；,按圆球度
