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1、精品课程,材料成形装备及自动化 第二章 （2.3-2.4） 华中科技大学材料科学与工程学院 School of Material Science and Technology ， HUST,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,2.3.1 砂处理装备概述 砂处理装备，一般包括旧砂的回用（或再生）处理装备、混砂装备、搬运及辅助装备等。 旧砂回用装备的主要功能是：去除旧砂中的金属屑、杂质灰尘、降温冷却及贮藏等。 再生装备主要用于：化学粘结剂砂（树脂砂和水玻璃砂等），其作用是去除包覆在砂粒表面的残 留粘结剂膜。 混砂装备则是：完成砂、粘结剂及附加物等的称量和
2、混制，获得满足造型要求的高质量型砂。 根据粘结剂的不同，分为粘土砂、水玻璃砂、树脂砂三类。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3 砂处理装备及自动监测系统,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,型砂制备工艺流程图,原材料运入,烘干,破碎 磨粉 吸送,烘干,破碎 磨粉 吸送,破碎,烘干 过筛 吸送,松砂,旧砂斗新砂斗 混,砂,粘土斗 煤粉斗 机,造型,浇注,落砂,破碎,冷却,增湿,过筛,磁选,造芯,旧砂再生 （干法或湿法）,废砂斗,废砂运出,原材料处理工段,型砂制备工段,旧砂处理工段,旧砂再生工段,带 式 输 送,带式输送,第2章,金属液态成形装备及
3、自动化,2.3.1 砂处理装备概述,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.1 砂处理装备概述 一个组成简单（典型）的粘土旧砂处理系统,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,旧砂回用系统的自动化重点是: 旧砂冷却,即旧砂温度的检测与控制 为提高旧砂的冷却效率，普遍的方法是采用增湿冷却方法； 其原理是将水加入到热的旧砂中，水吸热汽化带走砂的热量使砂温降低； 因此，在自动化的旧砂回用系统中须设置型砂温度传感器、水分传感器、加水装置、搅拌装 置、除尘装置等。 而型砂混制系统的自
4、动化重点则是型砂性能的控制，其主要控制对象是以型砂紧实率为中心 的型砂性能在线检测装置、水分检测装置、加水装置等。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.1 砂处理装备概述,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,粘土旧砂处理装备常有：夹杂物分离设备、冷却设备等。对于化学粘结剂砂还包括旧砂的再生 设备。 （1） 夹杂物分离设备 对于混杂在旧砂中的断裂浇冒口、飞边、 铁豆等铁磁性物质可用磁分离的方法去除。 对于没有磁性的金属、砂芯芯头等则可 用筛分的方法去除。 常用的磁分离设备有：磁分离滚筒、磁 分离带轮和带式磁分离机三种； 常用的筛分装置有：滚筒筛砂
5、机、摆动 筛砂机、振动筛砂机等。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.2 旧砂处理装备,EAMP,材料成形装备及自动化,第2章,金属液态成形装备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院,2.3.2 旧砂处理装备 常用的磁分离设备： 精 品 课 程,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（2） 旧砂冷却装备 自动化造型生产线的型砂使用频率很高，浇注后型砂温度升高，必须对旧砂进行冷却。 常用的冷却装备中有加水和吹冷空气冷却方法。 采用吹冷空气方法的设备有冷却提升机、振动沸腾冷却床等。 回转冷却滚筒,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.2 旧砂处
6、理装备,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.2 旧砂处理装备 振动提升冷却设备：集冷却 与垂直提升于一体。,EAMP,材料成形装备及自动化,第2章,金属液态成形装备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院,2.3.2 旧砂处理装备 振动沸腾冷却： 精 品 课 程,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（3）旧砂再生装备 对于化学粘结剂砂（树脂砂、水玻璃砂等）而言，如象粘土旧砂一样，对旧砂进行 简单的处理（破碎、去磁、除尘等）较难达到回用之目的，必须对旧砂进行再生。 随
7、着环保要求的日益严格和资源的减少，旧砂再生已成为现代化的铸造企业必须考 虑的重要课题之一。 旧砂再生的方法很多，不同的旧砂由于其性质的明显不同，适合不同的再生方法。 根据其再生原理可分为：干法再生、湿法再生、热法再生等。 各种旧砂再生装备系统将在第9章中介绍。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.2 旧砂处理装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,混砂装备是自动化砂处理系统中最重要的设备，应根据铸件大小、造型方法、型砂类 型、粘结剂等来选择合适的混砂装备。混砂装备种类繁多，结构各异。 （1）粘土砂混砂机 粘土砂混砂机，按混砂装置可分为：碾轮式、转子式、
8、摆轮式、叶片式、逆流式等。 混砂机对混制粘土砂的要求是：将各种成分混合均匀，使水分均匀湿润所有物料；使粘 结剂膜均匀地包覆在砂粒表面；将混砂过程中产生的粘土团破碎，使型砂松散。,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,碾轮式混砂机:是目前使用最广泛的混砂装备之一,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,Vt Vt,Ve Vt 华中科技大学材料科学与工程学院,碾轮的运动分析： 在辗轮上的任一点的速度都由三个分速度合成。这三个分速
9、度表示了辗轮的三种运动，从 而形成了对型砂的三种作用：垂直方向的辗压作用，水平方向的搓研作用，辗轮轴向的拖抹作用 。 z y ,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（2）化学粘结剂砂混砂机 用于化学粘结剂如树脂、水玻璃砂的混砂机有双螺旋连续式混砂机和球形混砂机,只要求 充分搅拌。 1）球形混砂机 1转轴 2球型外壳 3搅拌叶片 4反射叶片 5卸料门,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,2）双螺旋连续式混砂机
10、 图2-25 双螺旋连续式 混砂机 1螺旋混砂装置 2，4闸门气缸 3机身 5快速混砂装置,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（3）粘土混砂的自动控制及在线检测 1）型砂中的水分是影响型砂质量的关键要素，型砂紧实率是反映型砂性能的重要指标。因此 ，混砂的自动检测及控制多以水分及紧实率的测量及控制为中心进行。 2）混砂自动控制装置的控制方法：,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,型砂性能在线检测仪
11、工作原理图,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,以紧实率为目标的自动混砂系统,第2章 金属液态成形装备及自动化,EAMP 2.3.3 混砂装备,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程, 造型是金属液态成形的主要工艺过程，其目的是获得一个紧实高而且分布均匀的砂型。 造型过程主要包括：填砂、紧实、起模、下芯、合箱及砂型、砂箱的运输等工序。 造型机是整个造型过程的核心装备，它的作用有三个：填砂、紧实和起模。其中紧实是 关键的 一 环。 所谓的紧实就是：将包覆有粘
12、结剂的松散砂粒在模型中形成具有一定强度和紧实度的砂块或砂型 。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4 造型设备及自动化生产线,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,紧实后的砂型应具有如下性能： （1）有足够的强度。能经受起搬运、翻转过程中的震动或浇注时金属液的冲刷而不破坏。 （2）容易起模。起模时不能损坏或脱落，能保持型腔的精确度。 （3）有必要的透气性，避免产生气孔等缺陷。 上述要求，有时互相矛盾。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4 造型设备及自动化生产线,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,
13、常用紧实型砂的方法（简称实砂）有震击紧实、压实紧实、射砂紧实、气流紧实等。 根据其紧实原理造型机可分为震击/震压造型机、高压造型机、射压造型机、静压造型机、气 冲造型机等。 根据是否使用砂箱又可分为有箱造型机和无箱/脱箱造型机。,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（1）震击/震压造型机 1）震击紧实工作原理 震击紧实时的紧实度分布 震压造型的工作示意图,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品
14、 课 程,2）Z145型震压造型机 1机身 2按压阀 3起模同步架 4震压气缸 5起模导向杆 6起模,顶杆,7起模液压缸 8震动器 9转臂动力缸,10装臂中心轴,11,垫块,12压板机构,13工作台,14起模架,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,图2-33,Z145型震压造型,机的震压气缸结构 1压实气缸 2压实活塞及震击气缸 3密封圈 4排气孔 5震击活塞 6导杆 7折叠式防尘罩,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备 3）主要部件,华中科技大学材料科学与工程
15、学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,图2-35,压实紧实,图2-36,不同型砂的压实紧实曲线,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备 （2）压实/高压造型机 1）平板压实紧实原理,EAMP,材料成形装备及自动化,图2-38 （a）压实前,多触头压头 （b）压实后,1-小液压缸,2-多触头,3-辅助框 4-模样,5-,砂箱 华中科技大学材料科学与工程学院,图 平压板压实后砂型内紧实度分布情况,1砂型中心部分 2靠近箱壁或落箱角处 精 品 课 程,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备 2）多触头压实,EAMP,材料成形装备及自动化,6-工作台 7-模板框 8-加砂斗 9-压头移动缸 10-横梁 11-导轨 12-缓冲器 精 品 课 程,13-多触头压头 14-辅助框 15-边辊道 16-模板夹紧器 17-气动微震缸 18-机座 华中科技大学材料科学与工程学院,第2章,金属液态成形装备及自动化,2.4.1 粘土砂用造型设备 3）典型的多
