材料成型设备-铸造机械化1

材料成型设备chapter1刘胜新[e-mail]14:40:4921造型机和造芯机的工作基础造型机和造芯机实质上是相同的，有的造型机可用于制芯。其主要作用为：填砂、实砂和起模。1.1紧实度和对紧实度的要求实砂－关键环节。1.1.1紧实度及砂型硬度（1）紧实度：型砂被紧实的程度。即：)/(3cmgVG型砂的紧实度型砂的重量型砂的体积注意：包括砂粒间的空隙。！！14:40:4931造型机和造芯机的工作基础表1.1常见型砂紧实度1.1.2紧实度的测量方法及分布状况型砂种类松散砂一般紧实高压非常紧密紧实度，g/cm3≤1.31.55-1.71.6-1.81.8-1.9（2）常见型砂紧实度a.砂型的平均紧实度c.实际生产中常用砂型硬度计测量砂型的紧实程度b.砂型内不同位置的紧实度－紧实度的分布状况衡量实砂效果的方法。14:40:4941造型机和造芯机的工作基础1.1.3对紧实度的工艺要求表1.2常见砂型表面硬度型砂种类一般砂型高压硬度单位60-80＞90a.砂型紧实后的强度能够经受住搬运或翻转过程中的震动而不脱落；型腔表面能抵抗浇注时铁水的压力。b.紧实后的砂型应起模容易，并能保证铸型的精度。c.砂型应具有必要的透气性，以避免产生气孔等缺陷。14:40:4951造型机和造芯机的工作基础主要包括：压实、震击及微震、射砂及气流、抛砂等（1）压实实砂—直接加压的方法使型砂紧实。1.2.1压实法实砂1.2实砂方法图1-2-1压实造型压实所得砂型的平均紧实度与压实比压有关。例图1-2-2。压实后压实前14:40:4961造型机和造芯机的工作基础图1-2-3说明：砂型内不同部位的紧实度不同。其变化与压实过程中砂粒间、砂粒与砂箱壁及模样壁间的摩擦力有关。图1-2-2不同型砂的压实紧实曲线（2）影响紧实度分布的因素a.同一砂型内部，位置的影响图1-2-3平板压实后砂型内紧实度分布3-砂箱角上2-靠砂箱壁中心1-砂型中心14:40:4971造型机和造芯机的工作基础1.2.1压实法实砂b.砂箱高度的影响图1-2-4砂箱高度对砂型内紧实度的影响1－H＝400mm2－H＝250mm3－H＝120mm压板侧模板侧对实际工作的指导意义：砂箱高度应适当。说明：随砂箱高度增大，近模板一侧的紧实度逐渐降低。当砂箱高度过大时，型砂基本上不能被紧实。14:40:4981造型机和造芯机的工作基础1.2.1压实法实砂c.模型特性的影响图1-2-5带高模样的砂型H－深凹处的高度Bmin－深凹处短边宽度(a)深凹比(A)深凹处的高度（H）和其短边宽度(Bmin)之比（A）。minBHAA越大，则深凹处底部型砂越不易紧实。对于粘土砂，当A＞0.8时，深凹处底部型砂紧实度则难以保证。14:40:4991造型机和造芯机的工作基础1.2.1压实法实砂c.模型特性的影响该比值影响砂柱的变形难易程度。当B≥1~1.25时，模样顶上的砂柱易变形，受挤滑出，补充到模样四周的砂量越大，提高紧实度的均匀性。(b)模样顶上砂柱的高宽比（B）模样顶上窄边宽度模样顶上砂柱的高度B(c)压缩比14:40:49101造型机和造芯机的工作基础1.2.1压实法实砂H图1-2-6压缩比对紧实度的影响a－加压前b－加压后h/H和h/(H-m)可看作压缩比，δ1和δ2分别为压实后模样四周和模样顶部的平均紧实度。在h相同的情况下，δ2迅速增大，对压实的阻力迅速增长。当m大时，压实的作用力主要是通过高紧实度的δ2区传到模样顶上而被抵消。此时可能δ1还很低。14:40:49111造型机和造芯机的工作基础1.2.1压实法实砂d.压实比压的影响图1-2-7比压大小对紧实度的影响1、2、3、4、5、6、7－实砂比压（各代表×100KPa）说明：比压越大，型砂的均匀性越高。常用压实比压：一般的压实和震击造型机的比压为：300-400MPa;高压造型机的常用压实比压为：700-1500MPa。14:40:49121造型机和造芯机的工作基础1.2.1压实法实砂（3）提高压实法实砂紧实度的方法a.减小压缩比(a)应用成形压板（图1-2-8和1-2-9）(b)应用多触头压头（图1-2-10）(c)压模造型（图1-2-11）(d)应用模样退缩装置（图1-2-12）14:40:4913图1-2-8用成形压板压实a)加压前b)加压后图1-2-9用带凸棱的压板实砂a－加压前b－加压后图1-2-10多触头压头的实砂原理原理：使用多触头压实时，压头能随着模样的高低，压入不同的深度，使砂型各部分的压缩比均匀化。但当砂型上有小于多触头的深凹处时，多触头不能使该处得到充分的紧实。14:40:4914原理：用一块弹性的橡皮膜作压头，压缩空气作用于橡皮膜的内部，对型砂进行压实。缺点：橡皮模易损坏，砂箱上不宜设箱带。压头橡皮模砂箱模样图1-2-11压模实砂原理压缩空气14:40:4915原理：压实时，在压力的作用下，模样压缩下面的弹簧，向下退缩。压实结束时，模样高度达到铸件所要求的高度。齿轮、凸轮、圆筒等较高的圆柱形铸件，采用模样退缩装置可得到良好的紧实度分布。图1-2-12模样退缩装置原理14:40:49161造型机和造芯机的工作基础b.模板加压与对压法（3）提高压实法实砂紧实度的方法PP图1-2-13模板加压与压板加压特点a)压板加压法模板不动，压板向下运动加压b)模板加压法压板不动，模板向上运动加压14:40:49171造型机和造芯机的工作基础对压法－将压板加压与模板加压结合起来。图1-2-14对压法a)垂直分型水平对压b)水平分型垂直对压b)14:40:49181造型机和造芯机的工作基础c.提高压前的型砂紧实度（3）提高压实法实砂紧实度的方法提高填砂紧实度、复合实砂和压实前预实砂。d.多次加压与顺序加压特别高的模样，如钢锭模，可用多次加压与多次填砂的方法，提高紧实度的均匀性。顺序加压是指：采用多触头进行加压时，各个小触头不是同时动作，而是按照模样的形状，按一定的顺序动作。，见图1-2-15。14:40:49191造型机和造芯机的工作基础图1-2-15多触头压实时，顺序加压原理（Ⅰ）两边压头下压（Ⅱ）两边压头上提，中间压头下压。型砂向两边补充。（Ⅲ）整体加压14:40:49201造型机和造芯机的工作基础（4）其它压实实砂方法挤压法、滚压法、气鼓法、叶片压实法等。对于一些条状的砂芯，可用挤压法来制造，相应的制芯机称为挤芯机。图1-2-16挤压压实制芯14:40:49211造型机和造芯机的工作基础1.2.2震击及微震实砂（1）震击实砂图1-2-17震击实砂a)工作台举起b)下落震击a.实砂原理：工作台及型砂升到一定高度，然后让其下落，与机体发生撞击。型砂下落产生的冲击力作用于下面的砂型上，使型砂层层得到紧实。b.紧实度分布特点随砂箱高度的增加，紧实度逐渐降低。如图1-2-18。14:40:49221造型机和造芯机的工作基础1.2.2震击及微震实砂图1-2-18震击实砂紧实度分布曲线模样对紧实度分布影响不大。且越靠近模板的砂型深凹处，紧实度越高。靠近模板处最高。c.补充压实方法原因？－表层得不到紧实方法手工或风冲子－－多用于中大型铸件的造型。动力补充紧实－砂型上外加铁板等重物，主要用来中大型铸件的造型。补充加压法－－震击后压实，用于中小型铸件的造型。14:40:49231造型机和造芯机的工作基础1.2.2震击及微震实砂震击造型机－只有震击机构，用前两种方法补充紧实。震压造型机－同时具有震击机构和压实机构。d.应用高的砂型，特别是模样较高或比较复杂的砂型适合采用震击或震压实砂。但因其噪声大，生产率低，故目前处于被淘汰的地位。（2）微震实砂微震实砂是在震击实砂方法基础之上进行改进而得到的一种实砂方法。和震击实砂相比，其主要优点是减少了对地基的影响。即对震击机构采取一定的减震措施。14:40:49241造型机和造芯机的工作基础1.2.2震击及微震实砂减震方法：在机座和地基间添加木质减震垫、在震击气缸下面添加气缸垫或螺旋弹簧。其特点是能实现压震。将微震和压实组合，可有：①单纯微震②预震加压实③单纯压震④先预震后压震微震的实砂作用与震击相似，所得得紧实度分布曲线与震击的相似。14:40:49251造型机和造芯机的工作基础1.2.3射砂法实砂（1）射砂方法实砂原理：利用压缩空气将型秒以很高的速度射入芯盒(或砂箱)而得到紧实。根据图1-2-19说明射砂法实砂原理。进气方式：顶上进气和筒壁上均匀进气（在部分射芯机采用）。排气方式：上排气、下排气及上下同时排气。图1-2-19射砂法实砂原理压缩空气进口射砂筒射砂头射孔芯盒14:40:49261造型机和造芯机的工作基础1.2.3射砂法实砂图1-2-21上排气和下排气射砂头排气塞芯盒砂芯上排气下排气（2）射砂所得紧实度及其影响因素14:40:49271造型机和造芯机的工作基础图1-2-22射砂所得紧实度分布a)上排气b)下排气近芯盒壁处试样心部近芯盒壁处试样心部紧实度分布特点：芯盒下部较高，愈到上部，紧实度逐渐降低。只有在芯盒最上面，接近射孔处，紧实度又重新有所提高。上排气法所得紧实度的均匀性低于下排气法。影响射砂紧实度的主要因素射砂气压及气压梯度、型砂性能（油砂、树脂砂等流动性好的芯砂，易于射出）、进气方式、排气孔尺寸与位置、射孔大小。14:40:49281造型机和造芯机的工作基础（3）射砂的应用射砂法的主要缺点是：所得型砂的紧实度不够高，因此主要用于造芯，相应的造芯机又称射芯机。树脂砂特别适合采用射砂紧实。热芯盒造芯，大多采用射芯机。将射砂与压实相结合得到射压实砂方法。垂直分型无箱射压造型机、水平分型无箱射压造型机、有箱的射压造型机等采用的是射压实砂的紧实方法。此处射砂的主要作用是：快速填砂并给予一定的预紧实。14:40:49291造型机和造芯机的工作基础1.2.4气流实砂法（1）实砂原理先将型砂填入砂箱，然后用高压的气体骤然加在型砂上，或使气流通过砂层使砂型得到紧实。（2）实砂方法类型a.气流渗透实砂法用快开阀将气罐中的压缩空气引至砂箱上面，使气流在很短时间内透过型砂，而使型砂紧实的方法，如图1-2-23。压缩空气入口分流器砂箱模样排气孔底板图1-2-23气流渗透紧实法14:40:49301造型机和造芯机的工作基础1.2.4气流实砂法静压造型：气流由分流板上的分散小孔进入，使其能较均匀地作用于砂层上面。多数新型造型机采用此方法。b.气流冲击实砂法工作原理:先将型砂填入砂箱及辅助框中，并压紧在气冲喷孔下面，然后迅速打开冲击阀，砂箱顶部空腔气压迅速提高，产生冲击作用，将型砂紧实。气冲阀图1-2-24一种气冲造型机的原理升压速度可达每秒80-100MPa。14:40:49311造型机和造芯机的工作基础1.2.4气流实砂法b.气流冲击紧实过程图1-2-25气冲紧实过程示意图a）急剧升高的气压使砂型顶上的型砂初步被紧实并向下运动b）初步被紧实并向下运动的型砂愈来愈厚，且向下发展的速度加快c）与模板发生碰撞，最下层的砂层先得到紧实d）和e）上面的型砂逐层被紧实14:40:49321造型机和造芯机的工作基础1.2.4气流实砂法c.气流冲击紧实度分布特点图1-2-26气冲紧实所得紧实度分布下部紧实度高，上部低。与实砂过程中型砂受到的冲击力有关。气流冲击紧实的关键是进气时砂型顶上气压升高的速度，升压速度越高，则气流冲击力愈大。14:40:49331造型机和造芯机的工作基础1.2.4气流实砂法特点：紧实度高用相对均匀，靠近型面处紧实度高，符合工艺要求。紧实度高、噪音小、机器结构简单。砂型顶上约10-30mm厚的一层砂的紧实度很低。d.气流紧实方法的特点及应用应用：不宜用于低矮的砂型。e.气流紧实方法发展真空射砂、喷射实砂及气冲气推成形多触头实砂。14:40:49341造型机和造芯机的工作基础1.2.5抛砂法实砂用机械的方法将砂块以高速抛入砂箱，使砂层在高速砂团的冲击作用下得到紧实的实砂方法，称为抛砂法实砂。送砂胶带弧板叶片抛砂头转子图1-2-27抛砂机工作原理型砂由送砂胶带送入，叶片接住，带着旋