砂型铸造工艺过程及设备

砂型铸造工艺过程及设备主讲人：王开E-Mail:[e-mail]:159239297782009.7主要内容什么是铸造及铸造特征。铸造加工过程及铸造类型。涉及的砂型铸造五大工部工艺特征及相应的工艺装备。将液态（熔融）的合金浇入到与零件的形状，尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法通常称为铸造。1.1铸造的实质1导论1.2铸造工艺的发展历史公元前3000年，现存最早的铸造零件——铜制武器和崇拜偶像来自中东和印度。1.2铸造的发展历史逐渐采用粘砂土，蜡型等制作消失模；中国的铸造体现在精湛的模和范的制造技术，可以获得具有优良表面质量的铸件(如明永乐大钟)；德国修道士Thophilus在大约1140年，对翻砂和铸造进行了透彻的研究；18世纪下半叶，新技术的发展和铸件逐步增长的需求，极大刺激了金属铸造行业的发展。设计优雅的铸铁件不再只用于制造装饰品，也被用于机器零件和日用品的生产。1.2铸造的发展历史从出现至今，金属铸造工艺就一直被用于生产艺术品。1.3铸造工艺特征适用范围广，据统计：在机械行业中铸件占机器总质量的50%以上；可以制造各种合金铸件；铸件尺寸精度高（与一般焊接件、锻件比较）；成本低廉；可以生产形状复杂的零件。现代各种类型的机器设备中铸件所占的比重很大。机床，内燃机70～80％。农业机械40～70％。农业机械1。适用范围广大型内燃机组1。适用范围广各类机床柴油机缸体200kg,灰铸铁镶宝“戒指树”变速箱轮毂轧钢机机架（铸钢，400吨）大直径管道适用材料范围广泛（钢、铁、铝、铜、锌……)虎牛祭案(春秋晚期）青铜1.3铸造工艺特征（缺点）•铸造生产过程比较复杂；•影响铸件质量的因素多；•废品率一般较高；•铸件容易出现各种缺陷。（浇不足，缩孔，气孔，裂纹等）压力铸造熔模精铸金属型铸造反重力铸造铸造成形砂型铸造特种铸造自硬砂型粘土砂型树脂砂、水玻璃砂、CP法多触头高压、气冲、静压造型消失模铸造离心铸造陶瓷型铸造石膏型铸造半固态铸造1.4铸造方法分类1.5铸造工艺过程铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备。铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素；铸造金属的熔化与浇注。铸造金属（铸造合金）主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金；铸件处理和检验。铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。1.6获得优质铸件的基本要求合理的合金熔炼工艺方法；模具型腔具有理想的形状，且具有足够的强度以保证熔体填充，不能妨碍合金的凝固，模具的设计也必须避免内部气孔和裂纹；模具必须正确布置，以保证合金进入型腔时气体可以排除，避免与气体相关的缺陷；铸件内腔中的任何模具材料（砂芯）必须便于取出，最终必须除去铸件上多余材料。1.7国内外铸造生产技术水平比较项目国外国内尺寸精度气缸体和气缸盖：一般为CT8-CT9气缸体和气缸盖：一般为CT10表面粗糙度Ra气缸体和气缸盖：25μm气缸体和气缸盖：50μm使用寿命气缸套为：6000-10000h气缸套为：3000-6000h铸件废品率美、英、法、日约为2%8%-9%耗能/吨铸件360-370kg标准煤（合格铸件）3650kg标准煤劳动生产率t/(人年)658熔炼技术富氧送风，铁液温度1500℃富氧送风，铁液温度为1400℃项目国外国内造型工艺广泛采用流水线，采用高压造型、射压造型和气冲造型除汽车等行业中少数厂采用半自动、流水线外，很多厂普遍采用20世纪40年代造型技术铸造工艺装备造型机精度和精度保持能力很高；造型线精度可保持1-2年；设备综合开工率80%；装备全部标准化、系列化、商品化精度低；精度保持能力差(小于半年)；设备综合开工率50%;装备标准化、系列化、商品化程度低铸造用工艺材料质量很高，如日本硅砂都经过水洗，喊泥量小于0.2%质量很差，砂只作筛分，含泥量在2%以上。1.7国内外铸造生产技术水平比较1.8砂型铸造工艺过程砂型铸造基本工艺过程：造型、混砂、制芯、熔炼、清理等五大工部。铸造车间布置、设备也相应分为五个工部。1.8砂型铸造工艺过程2造型工艺及装备砂型铸造模具型腔结构2.1造型工艺过程砂型的制造是整个铸造生产的核心，通常需要首先确定造型工部的工艺和设备。首先需要通过分析所生产的铸件材质、重量、尺寸大小、结构形状、表面质量和其他工艺要求，以及生产规模（批量）等因素，从而确定将要采用的造型工艺和流程，选择与之相适应的造型方式和设备、模板布置、砂箱尺寸，进而确定设备的型号规格，并为熔炼、砂处理、熔化和清理工部的设计提供依据。1）砂型铸造造型过程2.2造型方法分类造型是砂型铸造的重要工序，造型方法有手工造型和机器造型两类。手工造型：即紧砂与起模是由人来完成的。手工造型操作灵活，工装简单，但劳动强度大，生产率低，常用于单件和小批生产。机器造型能够满足大批量、高精度的生产，易于实现机械化和自动化。2.3机器造型分类按照紧实形成机理不同机器造型包括震实造型机、震压造型机、压实造型机、射压造型机和气流紧实造型机五大类。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。1）震实造型机型砂装填于模板上的砂箱内，型砂、砂箱和模样受到反复震击，型砂靠重力和惯性作用在模板表面得到紧实而成形。震击紧实工作原理震击紧实时的紧实度分布2)震压造型机型砂装填于模板上的砂箱内，震实紧实后在砂型背面再用挤压方法使型砂紧实得到进一步提高，整个砂型的硬度分布也更加均匀。震压造型的工作示意图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3)压实/高压造型机(1)平板压实紧实原理压实紧实图不同型砂的压实紧实曲线借助压力将辅助框内的型砂压入砂箱内而使型砂得到紧实。多触头高压造型工艺过程a)准备加砂b)加沙c)压实d)脱模e)推出铸型1-砂斗2-多触头3-填砂框（辅加框）4-砂箱5-模板6-挂砂板(2)多触头压实图2-38多触头压头（a）压实前（b）压实后1-小液压缸2-多触头3-辅助框4-模样5-砂箱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(3)典型的多触头高压微震造型机的结构图高压微震造型机的结构1-压实缸2-压实活塞3-立柱4-模板穿梭机构5-震动器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多触头压头多触头压头是由许多小的压头组装成为一个压头体。一个压头体上触头的数目，在20—l20个之间，甚至更多。触头一般呈矩形，单个触头边长100－200mm，相邻两触头之间的间隙为6－10mm。边触头外缘与砂箱内壁之间应有10－15mm的间隙。多触头大都用油压缸推动，其作用方式可以分成主动式及浮动式两种。主动式多触头主动式多触头指在其工作过程中触头由独立的油压推动主动加压的结构。浮动式多触头其工作的特点是：在压砂过程中，多触头本身并不采用液压驱动，而是由向上运动的砂型接触多触头时，产生压力，实现压实。浮动式多触头压头有弹簧复位和补偿液压缸复位等几种提高边触头压砂力的方法1)把位于四周的边触头做成带凸棱的；2)使边触头的截面积小一些；3)对于主动式多触头、可将边触头后面的油缸另接一条较高的油压回路。4）射压造型机（1）射砂紧实方法图射砂机构示意图1－射砂筒2—射腔3—射砂孔4—排气塞5—砂斗6—加砂闸板7—射砂阀8—贮气包9—射砂头10—射砂板11—芯盒12—工作台首先用低压射砂，然后再用高压压实。采用该法生产的砂型紧实度高，均匀性好，生产率高。适用于中小铸件的大批量生产。如果所生产的铸件无砂芯或少砂芯，则设备的高生产率特点可以得到充分发挥。(2）垂直分型无箱射压造型机a.工作流程b.垂直分型无箱射压造型机结构垂直分型无箱射压造型机1－射砂筒2—加砂口3—射砂阀4—贮气包5—主液压缸6—导杆7—机座8—正压板9—造型室5)气流紧实造型机气流紧实造型机分为气流冲击造型机和静压造型机两种。静压造型机加砂后先用压缩空气进行预紧实，然后再用压头压实成型。此种造型机生产的砂型紧实度高，均匀性好，铸件工艺出品率高，噪声低，适合生产复杂铸件，可组成自动线进行大批量生产。气流冲击造型机加砂后利用压缩空气快速释放产生的强烈冲击波使型砂得到紧实。该种造型机结构简单，能好少，生产率高，砂型透气性好。适用于中小型铸件的大批量生产，并可组成自动化生产线。(1)静压造型机气流渗透实砂法的工作原理a.气流渗透紧实方法，是用快开阀将贮气罐中的压缩空气引至砂箱的砂粒上面，使气流在较短的时间内透过型砂，经模板上的排气孔排出。b.静压造型机的工作过程静压造型机的工作原理c.静压紧实的铸型强度分布静压紧实的铸型强度分布(2)气冲造型机a.气流冲击紧实是先将型砂填入砂箱内，然后压缩空气在很短的时间内（10~20ms）以很高的升压速度（dp/dt=4.5~22.5MPa/s）作用于砂型顶部，高速气流冲击将型砂紧实，其工作原理如图所示。气流冲击紧实过程示意图b.气冲紧实的工作原理气冲紧实的工作原理气冲紧实的砂型强度分布c.气冲装置（关键部件）BMD液控栅格式气冲装置结构图BMD液控栅格式气冲装置结构图1-贮气室2-气动锁紧凸轮3-控制阀盘启闭的液压缸4-活塞5-控制阀盘启闭的气缸6-活塞杆7-动阀板8-定阀板9-预填框10-砂箱11-模板栅格式气冲造型机的结构1-底座2-液压举升缸3-机座4-支柱5-辅助框辊道及驱动电机6-气冲阀7-气动安全锁紧缸8-胶胆阀9-阻流板10-辅助框11-砂箱12-模样及模板框13-工作台14-模板辊道起模机构大多数采用液压或气压油传动，以取得起模平稳，而且起模的速度可以调节。起模的方式有顶箱起模及翻转起模两种。(1)顶箱起模就是在造型完毕后，砂型不经翻转，将模样自砂型中起出。可以有顶杆和托箱二种方法。2.4造型机起模机构和起模方式顶杆起模——模板不动，砂箱向上运动托箱法：回程起模或漏模法砂箱不动，模板向下运动(2)翻转起模对于有大的砂胎的砂型，常用翻转起模法。翻转法起模按结构还可以分为转台法及翻台法2.5造型生产线造型生产线是根据生产铸件的工艺要求，将造型机和辅助机械（如翻箱机、合型机、压铁机、捅箱机、落砂机等）按照工艺流程用运输机械（铸型输送机、辊道等）连接起来，并采用一定的控制方法组成的机械化或自动化造型生产体系。（1）造型生产线的辅机在造型生产线上，为完成整个工艺过程须设置必要的辅助机械，如翻箱机、扎气孔机、合型机、捅箱机等。（2）铸型输送机铸型输送机是造型生产线各工序之间的主要运输连接设备，常见的铸型输送机有水平连续式、脉动式和间歇式铸型输送机。1）封闭式多触头高压造型自动线1-落砂机2-压铁机3-砂型传送啉板带4-砂型推送装置5-移箱捅箱机6-分箱机7-上主机8-下箱提升机9下主机10-小车清扫机11-下箱落箱机12-下箱翻转机器13-合箱机14-铸工输送带15-上箱翻转机16-通风冷却除尘罩2）开放式机械化造型线1-造型机2-单轨吊3-回箱轨道4-分箱机5-落砂装置6-落砂机7-过度小车8-砂型输送带9-单梁天车单主机布置的静压造型线1-搬运小车2-落砂筛3-捅箱机4-分箱机5-刷箱机6-造型机7-砂型输送带8-铸工小车台面清扫机9-造型滚道10-翻转机11-下箱移箱机12-上箱移箱机13-铣浇口机14-钻通气孔机15-上箱滚道16-下芯机17-合箱机18-冷却带19-浇注段树脂砂造型生产线3造型材料及砂处理设备概论砂处理工艺流程砂处理设备3.1概论3.1.1型、芯砂构成型砂稀释剂原砂粘结剂铬铁矿砂水溶剂粘土水玻璃树脂石英砂锆