材料成型与控制工程专业培训课件

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1、铸 造 机 械 化,主讲人:孙清洲,课程简介,课程简介:本课程是材料成型与控制工程专业的一门专业课。主要介绍铸造车间造型制芯设备,砂处理设备,落砂清理设备,冲天炉熔化工部配料及加料设备,机械化运输设备,铸造车间给料及定量设备,常用除尘设备的原理、结构以及选用。 教学基本要求: 掌握各种设备的工作原理,了解设备的基本结构。 考核形式:闭卷笔试+作业、考勤+随堂测试 教材及主要参考书:铸造机械化、铸造设备选用手册、铸造设备,序,机械:人们在改造自然的过程中总结和创造出来的,用于代替或帮助人们完成某项工作的设备的总称 分类:专用机械、通过机械 铸造机械:为铸造生产工艺服务的机械设备的总称 实现铸造机

2、械化的意义:提高铸件质量;减轻工人劳动强度;提高劳动生产率 铸造机械和其它机械的关系: 1.各种机械所基于的传动原理、控制原理等各方面具有共性 2.为了满足铸造生产的需要,铸造机械在其工艺适应性上有其特殊性,共性和特殊性的结合就构成了各种设备。,第一讲 粘土砂造型机和制芯机工艺基础,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,本讲所要解决的主要问题,1.对铸型的工艺要求是什么? 2.如何获得满足铸造工艺要求的铸型? 3.铸型紧实与否如何衡量? 4.紧实铸型的方法有几种?其实砂原理是什么? 5.不同实砂方法所获得的紧实度分布规律及影响紧实度大小及分布

3、的因素。,第一节 型砂的紧实度及实砂要求 一、铸造工艺方法及工艺过程 铸造工艺方法主要分为两类: 砂型铸造:用砂型及砂芯形成铸型的型腔 特种铸造:除砂型铸造之外的铸造方法的总称 二、铸造对砂型的工艺要求 成型:形成具有一定的强度、尺寸精度和表面精度的型腔;工艺性能:透气性、耐火度、溃散性 使铸型成型的方法:紧实型砂,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,三、紧实度 紧实度:砂粒间排列及堆积的紧密程度 紧实度的表达方式: 1.容重法:=m/v (g/cm3) 用容重法表征的造型材料的紧实度: 松散型砂 :1.21.3g/cm3; 一般紧实型砂: 1.551.7g/cm3 高紧实度型砂: 1.61.8g/

4、cm3 非常紧实型砂: 1.81.9g/cm3,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,2.硬度法:用砂型的表面硬度表征型砂的紧实度 硬度的测量:采用硬度计 硬度计分类: A、B型:压头为球形,用于测量一般砂型的表面硬度 C型:压头呈锥形,用于测试硬度高的砂型 用硬度法表征的砂型紧实度: 一般为6080;高压造型可达到90 常用实砂方法:压实、震实、气流紧实等,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,第二节 压实实砂 一、压实实砂的原理:直接加压使型砂紧实,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,压实实砂根据压实速度不同分为慢速压实(加压速度0.01m/s,一般压实(压实速度0.51m/s)、高速压实(压实速度7 m/s)

5、,一般压实造型机上均为一般压实,因此,在此仅讨论一般压实实砂的情况。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,一般压实的紧实过程: 工作台自下向上运动,压头从上向下压入铸型 工作台从静止开始上升 砂型碰到压头,上层砂子受撞击而紧实,并将紧实力向下传递。上层砂子受到的冲击力及压力大,紧实度高,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,在砂型紧实的未尾,铸型、砂箱、模板具有较大的速度,最终和铸型发生撞击。 二、压实所得紧实度平均分布 靠近压板处最高,中间有所降低,而靠近模板处又有所提高。,1.砂型中心紧实度分布 2.砂型角上紧实度分布 3.砂型边上中间紧实度分布,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,三、影响压实法实砂紧实度大

6、小及分布的因素 1.压实比压的影响 压实比压:型砂单位面积上受到的压实力 压实比压高,紧实度高,紧实度的均匀性提高,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,2.砂箱高度的影响 在砂箱的高宽比(砂箱高度/窄边宽度)小于1时,砂箱中心部位紧实度上下均匀。 当砂箱高宽比大于1时,只有在接近1的范围内砂箱中心部位上、下坚实度均均,远离压板处紧实度降低。 右图:断面为100100mm,不同高度砂箱中心部位紧实度在高度方向的分布。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,3.模型的影响 1)具有模型时砂型的紧实过程 2)具有模型时铸型的紧实度分布,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,3)影响因素 压缩

7、比的影响 A、压缩比的产生 B、压缩比的概念 (H+h)0=H1 (H+h-m)0=(H-m)2 1=0+(h/H)0 2=0+h/(H-m)0 h/H及h/(H-m)称为压缩比,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,模型顶上砂柱的高宽比B 砂柱高宽比的概念:,当B11.25时,压缩比的影响小,反之则大,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,深凹比A的影响 深凹比的概念:,当A小于0.8时深凹处易紧实,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,四、提高压实法实砂紧实度的措施 1.提高压实比压:压实比压高,紧实度高并且分布均匀。 2.减小压缩比的差别:紧实度均匀 措施: 应用成型压头 应用多触头压头 压膜造型,粘土砂造型机

8、和制芯机工艺基础,应用成型压头(目的是使各处的压缩比相同),粘土砂造型机和制芯机工艺基础,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,多触头压头(万能式成型压头),粘土砂造型机和制芯机工艺基础,压膜造型(万能式成型压头),粘土砂造型机和制芯机工艺基础,3.模板加压与对压法 压板加压法:压板压入砂箱 紧实度分布:靠近压板处高,远离压板处低 模板加压法:压实时压板不动,模板压入砂箱 紧实度分布:靠近模板处高,远离模板处低,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,对压法:压板和模板从两个方向同时加压 紧实度分布:较均匀,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,4.控制型砂的紧实率:在满足要 求的情况下选择较低的紧实率的型砂,一般机器

9、造型型砂的坚实率为45-55%,高压造型35-45% 5.提高压前型砂的紧实度:进行压前预紧实,如:射砂加砂、负压加砂、压前震击预实砂等,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,第三节 震击及微振实砂 一、震击实砂 1.震击实砂原理 惯性紧实,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,2.震击实砂的紧实度分布: 紧实度下高,上低 3.影响震击实砂紧实度的因素 震击次数:一般为2050次,随震击次数的增加,紧实度提高。 震击高度:一般为2050mm,最大不 超过80mm,震击高度大,紧实度高。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,模型上尖角的影响:在水平的尖角处 紧实度明显降低 4.使震击实砂紧实度均匀化的措施 震击压实

10、动力补充紧实 人工辅助紧实 5.震击法实砂的应用 单纯用震击实砂时,应和辅助人工紧实相结合 大多数情况下是做为对型砂进行预紧实的手端,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,二、微震实砂 微震实砂是相对普通震击实砂而言的,普通震击实砂时,其震幅一般为2050mm,频率为200 500次/分,而微震实砂时其震幅一般在525mm,频率在500 1000次/分。 1.微震实砂紧实度分布: 类似于普通震击实砂,靠近模板处高,远离模板处低 2.影响紧实度大小的因素: 同普通需击实砂,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,3.改善微震法实砂紧实度分布的措施 微震和压实相结合 微震+压实:微震起 到预实砂的作用 微震+压震:

11、预紧实+压实,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,压震 压实的同时进行震击的实砂方法称为压震 进行实震,强化了压实实砂的效果 原因:由于动压实力的存在使实际压实力大大增加,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,第四节 射砂法实砂 一、射砂法实砂的工作原理 1.射砂的过程及原理 射前期:压缩空气快速进入射砂筒,射砂筒内压力升高,但砂子还没有射出,射前期约需0.0080.011s,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,自由射砂阶段:砂粒由气流推动形成气固两相流射入芯盒,时间约为0.30.5s,近80 90%的砂子在这一阶段射入芯盒 压砂团紧实:将稀疏的气砂流变为密集流,最后被推入芯盒,称为

12、“压砂团”,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,气流流过砂层而形成渗透压,当渗透压大于砂粒之间的阻滞力时,砂子以气固两相流的方式被气流射出。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,形成气压梯度(顶上进气、和均匀进气形成的气压梯度不同),粘土砂造型机和制芯机工艺基础,2.射砂实砂的紧实原理 气砂流受滞止时形成的高气压的作用(动压+静压) 气压砂团的紧实作用,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,芯盒的排气方式 上排气:排气孔设在射砂头上,射砂气体由芯盒的上方排出 下排气:将排气孔设在芯盒的下部,射砂气体由芯盒的下方排出 综合排气:即有上排气,也有下排气,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,3.射砂所得紧实度分布 在芯盒高度

13、方向上:靠近射孔及远离射孔处高,中间低 在芯盒的横断面上:中心高,周边低 C:中心处的紧实度P:靠近芯盒壁处紧实度,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,4.影响射砂法实砂紧实度的因素 1) 射砂筒内的气压梯度及射砂气压 气压梯度及气压高则紧实度高 控制气压梯度的方法:快速进气、射砂筒的结构、射砂气压 2)芯盒上排气孔的位置和大小 一般排气孔的总面积为芯盒截面的0.30.35倍。 3)射孔的面积 一般射孔面积为射筒面积的0.20.5倍;射孔面积与排气孔面积之比约为1:3 三、射砂法实砂的应用 特点:填砂和紧实一次完成,紧实度低 1、在化学硬化砂中用于填砂和紧实 2、在粘土砂中用于填砂和预紧实,粘土砂造

14、型机和制芯机工艺基础,第五节 气流渗透压实砂法 1.气流渗透压实砂的原理 将型砂加入砂箱之中,将吹气头压到砂箱之上,迅速通入压缩气体,使气体的升压速度达到5-7MPa/s,气流迅速作用于砂子的表面,并产生从砂层表面到模板(模型)之间的渗透,砂层中形成渗透压,最终气体从模板上的排气孔排出。在渗透压的作用下,使型砂获得紧实。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,2.气流渗透实砂的紧实度分布: 靠近排气塞处紧实度高,上部的紧实度低 3.影响气流渗透实砂紧实度的因素 工作气压:工作气压高,紧实度高; 升压速度:升压速度高,紧实度高,一般升压速度为57MPa/s 排气孔的面积及位置:排气孔面积大紧实度高,但排

15、气孔面积占模板面积的2.53.5%之后,面积再增加,强度增加较少。 砂箱高度:砂箱高度大,紧实度高。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,4.气流渗透实砂的应用 型砂的紧实度低,主要用于型砂的预紧实,通常气渗紧实后再加压实方能达到铸造工艺要求,这种先气渗紧实再加压实的实砂方法称为“静压造型” 5.气流渗透压实砂和射砂实砂的异同点: 相同点:均利用有压气体进行实砂 不同点:实砂机理不同。射砂实砂时形成气砂两相流,靠气砂流受滞止时的动压+静压以及最后的气压砂团原理紧实;气流渗透压实砂是靠渗透压实现实砂 工作过程不同:射砂实砂将填砂和实砂溶为一体,渗透压实砂时应先填砂,然后再进行渗透压紧实。,粘土砂造型机

16、和制芯机工艺基础,第六节 气流冲击实砂 1.气流冲击实砂的工作过程 将砂箱加满型砂并压到气冲头上,开启快速进气阀,压缩气体以80100MPa/s的升压速度作用于型砂的表面,由于升压速度高,气体来不及向砂层内渗透,在砂层表面形成冲击波,使上层砂子首先受到冲击预紧实,预紧实层逐渐向下扩展,直到模板。经预紧实的型砂和模板冲击,将冲击能转变为压力能而获得终紧实,终紧实层从下向上逐层紧实直至砂层的顶面,实砂过程结束。,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,2.气冲法实砂的工作原理 气冲实砂的过程就是初实层的形成、扩大及冲击的过程,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,3.气冲紧实所得紧实度分布 在高度方向上:靠近模板处紧实度高,远离模板处紧实度低,最上层的砂子紧实度最低。 在铸型的横断面上:紧实度相对均匀,粘土砂造型机和制芯机工艺基础,4.影响紧实度大小的因素 砂层表面的升压速度:升压速度高,初实层簿,更有利于气冲紧实,型砂的紧实度高。一般气

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