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砂型铸造的特点及方法

(2012-12-24 09:25:47)
标签:

砂型铸造

特点

方法

造型方法

造型材料

杂谈

分类: 铸造
  
  1铸造的特点与分类
  1.1铸造的特点
  1)成形方便且适应性强。金属液态成形方法对工件的尺寸形状几乎没有任何限制,铸件的材料可以是铸铁,铸钢,铸造铝合金,铸造铜合金等各种金属材料,也可以是高分子材料和陶瓷材料;铸件的尺寸可大可小,形状可简单可复杂。因此,形状复杂或大型机械零件一般采用铸造方法初步成形。在个中批量的生产中,金属液态成形都是重要的成形方法。2)成本较低。由于成形方便,铸件毛坯与零件形状相近,能节省金属材料和切削加工工时;使用原材料来源广泛,可以利用废料,废件等,节约资源;所用设备通常比较简单,投资较少。因此,铸件的成本较低。3)成形的组织性能较差。铸件晶粒粗大(铸态组织),化学成分不均匀,力学性能较差。因此,宜用作受力不大或承受静载荷的机械零件,如箱体,床身,支架等常用铸件毛坯。
  1.2铸造的分类金属铸造的工艺方法很多,一般可分为砂型铸造和特种铸造两大类。当直接形成铸型的原材料主要为型砂,且液态金属完全靠重力充满整个型腔时,这种铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造一般可分为手工砂型铸造和机器砂型铸造。前者主要适用于单件,小批量生产以及复杂和大型铸件的生产,后者主要适用于成批大量生产。凡不同于砂型铸造的所有铸造方法,统称为特种铸造。如金属型铸造,压力铸造,离心铸造,熔模铸造,低压铸造等。砂型铸造目前仍然是国内外应用最广泛的铸造方法。
  2铸件的凝固方式
  铸件的质量与铸件的工艺过程密切相关,其中影响较大的是铸件的凝固。物质由液态转变为固态的过程称为凝固。铸造时由于固态金属均为晶体,因此金属的凝固过程又称为结晶。铸件的质量和力学性能主要取决于柱状晶和等轴晶所占的比例。铸件究竟是以柱状品为主,还是以等轴晶为主,除了和铸造合金的成分有关,还与铸件的凝固方式有关。铸件在凝固过程中,除纯金属和共晶成分合金外,一般都存在三个区域,即固相区,凝固区和液相区。根据凝固区宽度的不同,铸件的凝固方式可分为逐层凝固,糊状凝固和中间凝固三种方式。
  2.1逐层凝固纯金属,共晶类合金及窄结晶温度范围的合金,如灰口铸铁,铝硅合金,硅黄铜及低碳钢等,倾向于逐层凝固方式。其特征是,紧靠铸型壁的外层合金,一旦冷却至凝固点或共晶点温度时,而处于上述温度以上的里层合金,仍为液态。固一液界面分明,平滑,不存在固液交错。随着热量传向型壁,温度不断下降,又一层固态晶体形成。如此凝固过程继续下去,柱状晶向液体内生长,直至彼此抵触为止。断面心部尚未凝固的液体金属及低熔点杂质,被柱状晶所封闭。
  2.2糊状凝固结晶温度范围大的合金,如铝铜合金,锡青铜及球墨铸铁,高碳钢等,倾向于糊状凝固方式。这些合金一旦冷却至液相线温度时,结晶出的第一批晶粒即被周围剩余的液体合金所包围,晶体生长在各个方向上比较均匀;温度继簇下降,新形成的另一批晶粒又被液体合金包围,这使小晶粒充斥整个断面,固液交错,最终在铸件整个断面上生成粗大的等轴晶;尚未凝固的液体合金,则被众多的等轴晶封闭。
  2.3中间凝固中碳钢,白口铁以及部分特种黄铜等,倾向于中间凝固方式。它介于逐层凝固和糊状凝固之间,既有柱状晶又有等轴晶。合金铸件的凝固区不是一成不变的,它还与铸件的温度有关,因此凡是影响铸件温度梯度的因素,都影响凝固区的大小。例如,有些合金在砂型制造时呈中间凝固,而改为金属型铸造时可减小凝固区的宽度。
  3砂型铸造的方法
  3.1砂型铸造的工艺过程砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造工艺方法。砂型铸造应用十分广泛,目前90以上的铸件是用砂型铸造方法生产的。
  砂型铸造工艺过程主要由以下几个部分组成:造砂型;造型芯;砂型及型芯的烘干;合箱;熔炼金属;浇注;落砂和清理;检验。但需注意,有时对某个具体的铸造工艺过程来说并不一定包括上述全部内容,如铸件无内壁时无需制芯,湿型铸造时砂型无需烘干等。造型工艺是指铸型的制作方法和过程,是砂型铸造工艺过程中最重要的组成部分。它包:括制造砂型,制造型芯,以及浇注系统,冒口,排气口的制作和合箱。
  3.2造型材料
  制造铸型用的材料称为造型材料,主要指型砂和芯砂。它由砂,黏结剂和附加物等组成。造型材料。应具备的性能为以下几点。
  1)可塑性。型砂在外力作用下可塑造成形,当外力消除后仍能保持外力作用时的形状,这种性能称为可塑性。可塑性好,易于成形,能获得型腔清晰的铸型,从而保证铸件具有精确的轮廓尺寸。2)强度性。
  型砂承受外力作用而不易破坏的性能称为强度。铸型必须具有足够的强度,这样在浇注时才能承受金属溶液的冲击和压力,不致发生变形和毁坏,如冲砂,塌箱等,从而防止铸件产生夹砂,砂眼等缺陷。3)耐火性。型砂在高温液态金属作用下不软化,不熔融烧结及不黏附在铸件表面上的性能称为耐火性。耐火性差会造成铸件表面粘砂,增加清理和切削加工的困难;严重时还会使铸件报废。4)透气性。型砂在紧实后能使气体通过的能力称为透气性。当金属溶液浇人铸型后,在高温作用下,砂型中产生大量气体,金属溶液内部也会分离出气体。如果透气性差,部分气体就留在金属溶液内不能排除,铸件中便会产生气孔等缺陷。5)退让性。型砂冷却收缩时,砂型和型芯的体积可以被压缩的性能称为退让性。退让性差时,铸件收缩困难,会使铸件产牛内应力,从而发生变形或裂纹等缺陷,严重时甚至会使铸件断裂。
  3.3造型方法
  砂型铸造的造型方法很多,可分为手工造型和机器造型两大类。
  1)手工造型。它是指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按起模特点分为整模造型,挖砂造型,分模造型,活块造型三箱造型等方法。手工造型方法比较灵活,适应性强,生产准备时问短;但生产率低,劳动强度大,铸件质量较差。因此,手工造型多用于单件小批量生产。在大批量生产中,普遍采用机器造型方法。2)机器造型。它是指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型工序。通过填砂,振实,压实和起模等步骤完成造型工作。机器造型必须使用模板造型。通过模板与砂箱机械地分离而实现起模。

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