材料精确成形技术：第五讲 砂型铸造

砂型造型材料砂型造型材料材料精确成形技术材料精确成形技术第五讲第五讲造型、造芯方法造型、造芯方法物理固结物理固结化学粘结化学粘结机械粘结机械粘结真空实型真空实型磁型磁型模具内冷硬模具内冷硬模具内热硬模具内热硬模具外热硬模具外热硬粘土砂粘土砂烘炉内硬化烘炉内硬化温芯盒温芯盒热芯盒热芯盒热壳热壳自硬法自硬法气硬法气硬法铸型按粘结力产铸型按粘结力产生的机制分类生的机制分类:砂型铸造材料砂型铸造材料砂型铸造：砂型铸造：用型砂作材料制备铸型的铸用型砂作材料制备铸型的铸造方法。造方法。铸型材料铸型材料:把把耐火材料耐火材料(骨干材料骨干材料)、粘结粘结剂剂，必要时再加少量的，必要时再加少量的水水和和附加物附加物均匀均匀混合后配成混合后配成型砂、芯砂、涂料型砂、芯砂、涂料等。等。原砂原砂:用于铸型的颗粒较大的耐火材料颗粒，是铸用于铸型的颗粒较大的耐火材料颗粒，是铸型中用量最大的原材料。型中用量最大的原材料。粉料：粉料：用于涂料的颗粒较小的用于涂料的颗粒较小的耐火材料颗粒耐火材料颗粒。粘结剂：粘结剂：将这些耐火材料颗粒结合到一起的材料。将这些耐火材料颗粒结合到一起的材料。附加物：附加物：为了改善铸型材料的性能而加入的某些起为了改善铸型材料的性能而加入的某些起辅助作用的材料。辅助作用的材料。造型用原材料造型用原材料天然砂天然砂人工砂人工砂沉积砂沉积砂砂岩砂砂岩砂石英砂石英砂非硅砂非硅砂镁砂镁砂橄榄石砂橄榄石砂锆砂锆砂铬铁矿砂铬铁矿砂石灰石砂石灰石砂熟料砂熟料砂刚玉砂刚玉砂钛铁矿砂钛铁矿砂铝矾土砂铝矾土砂原砂原砂常用材料常用材料 内蒙大林砂是标准砂内蒙大林砂是标准砂江西湖口砂江西湖口砂江苏六合红砂江苏六合红砂原砂原砂ZGS-ZGS-（）铸造用硅砂铸造用硅砂SiOSiO2 2分级代号分级代号主要主要粒度组粒度组成首筛号成首筛号AFSAFS细度细度主要主要粒度组粒度组成尾筛号成尾筛号目：目：2.54cm(1 in)2.54cm(1 in)长度内的筛孔数长度内的筛孔数莫氏硬度：用标准矿物和代定矿物互相刻划的方法测出的矿物莫氏硬度：用标准矿物和代定矿物互相刻划的方法测出的矿物硬度，共分硬度，共分1010级，金刚石定为级，金刚石定为1010级。级。石英砂的牌号石英砂的牌号AFSAFS细度细度标准筛号标准筛号标准筛号标准筛号 目目目目 6122030405070100140200270底盘底盘底盘底盘相应乘数相应乘数相应乘数相应乘数35102030405070100140200300标准筛号标准筛号标准筛号标准筛号 目目目目 6 6121220203030404050507070100100140140200200270270筛孔大小筛孔大小/mm/mm3.363.361.681.680.850.850.600.600.420.420.300.300.210.210.150.150.110.110.080.080.050.05各筛号相对应的各筛号相对应的筛孔尺寸筛孔尺寸非石英质材料非石英质材料 耐火度高耐火度高导热性好导热性好蓄热系数大蓄热系数大热扩散率大热扩散率大热膨胀系数小而且膨胀均匀热膨胀系数小而且膨胀均匀热化学稳定热化学稳定价格较高价格较高来源稀缺来源稀缺粘结剂粘结剂无机粘结剂无机粘结剂有机粘结剂有机粘结剂粘土粘土膨润土膨润土水泥水泥硅溶胶硅溶胶水玻璃水玻璃硅酸乙酯硅酸乙酯植物油植物油合脂合脂各种树脂各种树脂无机粘结剂无机粘结剂 粘土粘土(clay)(clay)化学式化学式:mAl2O3nSiO2xH2O。高岭石：高岭石：Al2O32SiO22H2O 蒙脱石：蒙脱石：Al2O34SiO2H2OnH2O按照所吸附的交换性阳离子的种类不同，膨润按照所吸附的交换性阳离子的种类不同，膨润土大体上可分为两类：以土大体上可分为两类：以CaCa2+2+、MgMg2+2+为主的称为为主的称为钙膨润土钙膨润土，以，以K K+、NaNa+为主的称为为主的称为钠膨润土钠膨润土。钠。钠膨润土的粘结性能好，吸水后膨胀大，抗夹砂膨润土的粘结性能好，吸水后膨胀大，抗夹砂能力也强。能力也强。粘土的种类粘土的种类 粘结性粘结性可塑性可塑性较高的干强度较高的干强度复用性复用性资源丰富资源丰富价格低廉价格低廉粘土的特性粘土的特性用符号用符号N表示表示耐火度高于耐火度高于1580的称为耐火粘土，用的称为耐火粘土，用符号符号NG表示表示耐火度低于耐火度低于1580的称为普通粘土，用的称为普通粘土，用符号符号ND表示表示牌号由耐火度、湿压强度、干压强度等牌号由耐火度、湿压强度、干压强度等级组成级组成NG-3-5普通粘土普通粘土用符号用符号P表示表示钙膨润土钙膨润土PCa-表面和内部晶层吸附物主要是钙离子。表面和内部晶层吸附物主要是钙离子。钠膨润土钠膨润土PNa-表面和内部晶层吸附物主要是钠离子。表面和内部晶层吸附物主要是钠离子。膨润土的牌号包括膨润土类别、酸膨润土的牌号包括膨润土类别、酸(S)碱碱(J)性、湿压性、湿压 强度和热湿拉强度。强度和热湿拉强度。PCaS-03-6膨润土膨润土吸水速度慢吸水速度慢吸水率大吸水率大膨胀倍数大膨胀倍数大胶质价高胶质价高热稳定好热稳定好可塑性好可塑性好强度高强度高抗夹砂能力强抗夹砂能力强钠基膨润土钠基膨润土混砂时间短混砂时间短型砂实压强度高型砂实压强度高型砂流动性好型砂流动性好落砂性能好落砂性能好钙膨润土钙膨润土在钙膨润土中加入含有钠离子的盐，如苏打在钙膨润土中加入含有钠离子的盐，如苏打(Na(Na2 2COCO3 3)、食盐、食盐(NaCl)(NaCl)等，使粘土颗粒中吸附的等，使粘土颗粒中吸附的钙离子被钠离子置换。采用阳离子交换的方法对钙离子被钠离子置换。采用阳离子交换的方法对钙膨润土进行处理，使它变为钠膨润土，提高钙钙膨润土进行处理，使它变为钠膨润土，提高钙膨润土的粘结性能，通常称为膨润土的粘结性能，通常称为“粘土的粘土的活化处理活化处理”或或“粘土的粘土的阳离子交换处理阳离子交换处理”。粘土的活化处理粘土的活化处理粘结力粘结力耐火度耐火度抗夹砂能力抗夹砂能力复用性复用性粘土的选用粘土的选用水玻璃水玻璃水玻璃商业名称为水玻璃商业名称为“泡化碱泡化碱”，是硅，是硅酸钠或硅酸钾、硅酸锂的水溶液，除酸钠或硅酸钾、硅酸锂的水溶液，除特别注明外，铸造生产所用的水玻璃特别注明外，铸造生产所用的水玻璃均指钠水玻璃。均指钠水玻璃。主要技术参数是模数和密度主要技术参数是模数和密度 在一定条件下逐渐变硬的过程称为水玻璃在一定条件下逐渐变硬的过程称为水玻璃的硬化。水玻璃可以通过各种方法使之硬的硬化。水玻璃可以通过各种方法使之硬化，如化，如自然干燥、真空脱水、加热硬化、自然干燥、真空脱水、加热硬化、吹干燥的压缩空气硬化、吹吹干燥的压缩空气硬化、吹COCO2 2硬化硬化等。等。水玻璃的水玻璃的硬化硬化CO2硬化硬化植物油植物油干干 性性 油油半干性油半干性油不干性油不干性油亚麻油、桐油、大豆油亚麻油、桐油、大豆油苏子油、罂粟油苏子油、罂粟油棉花油、菜子油、蓖麻油棉花油、菜子油、蓖麻油橄榄油、花生油、茶油橄榄油、花生油、茶油合成脂肪酸蒸馏残渣。合成脂肪酸蒸馏残渣。合脂合脂酚醛树脂（热塑性）：酚类、醛类缩合而成酚醛树脂（热塑性）：酚类、醛类缩合而成的树脂的树脂糠醇树脂（热固性）：脲呋喃树脂、酚呋喃糠醇树脂（热固性）：脲呋喃树脂、酚呋喃树脂、脲树脂、脲-酚呋喃树脂酚呋喃树脂尿烷树脂（自硬）：醇酸油尿烷树脂、多元尿烷树脂（自硬）：醇酸油尿烷树脂、多元醇尿烷树脂、酚醛尿烷树脂醇尿烷树脂、酚醛尿烷树脂尿醛树脂尿醛树脂聚乙烯醇树脂聚乙烯醇树脂树脂树脂煤粉煤粉渣油渣油淀粉淀粉糖浆糖浆亚硫酸纸浆残液亚硫酸纸浆残液附加物附加物糊精糊精松香松香沥青沥青羧甲基纤维素羧甲基纤维素聚乙烯醇聚乙烯醇 工作性能工作性能强度强度透气性透气性发气性发气性耐火性与热稳定性耐火性与热稳定性退让性退让性工艺性能工艺性能可塑性可塑性流动性流动性落砂性落砂性不粘模性不粘模性韧性韧性保存性保存性型砂性能型砂性能型砂性能指标型砂性能指标粘土砂粘土砂 粘土型粘土型(芯芯)砂是由砂是由砂、砂、普通普通粘土粘土或或膨润膨润土、水土、水和和附加物附加物按一定比例混制而成。按一定比例混制而成。按合箱和浇注时砂型的状况分：按合箱和浇注时砂型的状况分：湿型、干型、表面干型湿型、干型、表面干型按造型时的使用情况分：按造型时的使用情况分：面砂面砂、背砂、单一砂、背砂、单一砂粘土砂分类粘土砂分类型型(芯芯)砂按所浇注的合金种类分砂按所浇注的合金种类分:铸钢用型铸钢用型(芯芯)砂砂铸铁用型铸铁用型(芯芯)砂砂非铁合金用型非铁合金用型(芯芯)砂砂粘土砂分类粘土砂分类按粘按粘结剂结剂的种的种类类分分:粘土砂粘土砂水玻璃砂水玻璃砂油砂油砂树树脂砂等脂砂等粘土砂分类粘土砂分类采用粘土作为主要粘接剂采用粘土作为主要粘接剂生产率高生产率高成本低成本低易产生夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、易产生夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等缺陷胀砂等缺陷粘土型砂铸造的特点粘土型砂铸造的特点湿型砂湿型砂湿型砂湿型砂(Green molding sand)(Green molding sand)一般由新一般由新砂、旧砂、膨润土、附加物和适量水所组砂、旧砂、膨润土、附加物和适量水所组成。成。湿型砂性能指标主要的有水分、透气性、湿型砂性能指标主要的有水分、透气性、湿态强度、流动性、可塑性与韧性。湿态强度、流动性、可塑性与韧性。实用于中小型（实用于中小型（500kg）铸铁件。）铸铁件。原砂采用原砂采用70/140、100/200细粒砂或细粒砂或40/70、50/100 中粒天然石英砂。中粒天然石英砂。小件用钙膨润土，大件用钠膨润土。小件用钙膨润土，大件用钠膨润土。普遍加入煤粉。普遍加入煤粉。湿型湿型干型干型与湿型相比与湿型相比湿态强度可以稍低一些。湿态强度可以稍低一些。含水量可以稍高一些。含水量可以稍高一些。对原砂化学成分和耐火度要求不很高。对原砂化学成分和耐火度要求不很高。砂型表面可以涂刷水基涂料。砂型表面可以涂刷水基涂料。用于中大型和质量要求较高的铸件用于中大型和质量要求较高的铸件常选用常选用40/70、30/50、20/40粗粒石英砂粗粒石英砂常采用普通粘土作粘结剂常采用普通粘土作粘结剂烘干温度在烘干温度在300 -400一般需用涂料一般需用涂料干型干型常采用常采用12/30、20/40、30/50粗粒粗粒ZGS砂。砂。选用活化膨润土作粘结剂。选用活化膨润土作粘结剂。用柴油喷枪烘干或可燃性涂料点燃烘干。用柴油喷枪烘干或可燃性涂料点燃烘干。需用石墨涂料。需用石墨涂料。表干型表干型原材料的性质原材料的性质型砂配比型砂配比混制工艺混制工艺型砂的紧实程度型砂的紧实程度温度温度影响粘土砂性能的因素影响粘土砂性能的因素涂料涂料 涂料涂料(Coating)(Coating)是用来涂敷在铸型型腔是用来涂敷在铸型型腔(或砂芯或砂芯)表面的薄层材料，用来改善铸件表面的薄层材料，用来改善铸件的表面质量、调节铸型和金液间的作用强的表面质量、调节铸型和金液间的作用强度或对铸件表面进行合金化。各种铸造方度或对铸件表面进行合金化。各种铸造方法几乎都要使用涂料。法几乎都要使用涂料。避免铸件产生表面粗糙、机械粘砂、化避免铸件产生表面粗糙、机械粘砂、化学粘砂；学粘砂；防止减少铸件产生与砂子有关的其他铸防止减少铸件产生与砂子有关的其他铸造缺陷或质量问题；造缺陷或质量问题；用涂料来产生冶金效应，改善铸件局部用涂料来产生冶金效应，改善铸件局部的表面性能和内在质量。的表面性能和内在质量。涂料的作用涂料的作用特种涂料特种涂料 铸渗工艺铸渗工艺铸渗工艺铸渗工艺按铸造合金材料可分为铸钢、铸铁和按铸造合金材料可分为铸钢、铸铁和 非铁合金涂料；非铁合金涂料；按铸造方法可分为砂型、实型、金属按铸造方法可分为砂型、实型、金属 型和压铸型等用涂料；型和压铸型等用涂料；按涂料载体可分为水基和醇基涂料；按涂料载体可分为水基和醇基涂料；按涂料涂刷方法可分为喷涂、刷涂、按涂料涂刷方法可分为喷涂、刷涂、浸涂和淋涂用的涂料。浸涂和淋涂用的涂料。涂料分类涂料分类好的悬浮性及再搅匀性；好的悬浮性及再搅匀性；一定的触变性；一定的触变性；好的覆盖能力，对砂芯（型）施涂时，涂料能以好的覆盖能力，对砂芯（型）施涂时，涂料能以一定厚度遮盖砂芯（型）表面的性能；一定厚度遮盖砂芯（型）表面的性能；具有适当的渗透性；具有适当的渗透性；具有良好的粘结强度和耐激热性，不应出现开裂具有良好的粘结强度和耐激热性，不应出现开裂或剥落；或剥落；好的抗粘砂性；好的抗粘砂性；低的发气性；低的发气性；好的贮存性；好的贮存性；各种原材料资源丰富，成本低廉，环境友好。各种原材料资源丰富，成本低廉，环境友好。优质涂料应具有的性能优质涂料应具有的性能耐火粉料耐火粉料载体液体载体液体悬浮剂悬浮剂 粘结剂粘结剂 其他添加剂其他添加剂 涂料的基本组成涂料的基本组成刷涂法刷涂法 浸涂法浸涂法 喷涂法喷涂法 流涂法流涂法 静电喷涂法静电喷涂法 涂敷方法涂敷方法练习题练习题（P68-5P68-5、6 6、9 9、1212）普通粘土与膨润土有何区别？何谓膨润土的活化处理，普通粘土与膨润土有何区别？何谓膨润土的活化处理，有何实用价值？说明其活化原理。有何实用价值？说明其活化原理。湿型砂中加入煤粉、炸油等附加物将起何作用？如何湿型砂中加入煤粉、炸油等附加物将起何作用？如何控制其加入量？控制其加入量？说明水玻璃模数的意义和调节水玻璃模数和密度的措说明水玻璃模数的意义和调节水玻璃模数和密度的措施。说明水玻璃砂的特性及其应用。列举一种水玻璃施。说明水玻璃砂的特性及其应用。列举一种水玻璃配方并分析其原材料的作用及用量控制范围。配方并分析其原材料的作用及用量控制范围。铸造涂料有何作用？主要由哪些基本组分组成？各有铸造涂料有何作用？主要由哪些基本组分组成？各有何功能？铸造涂料配制时应注意哪些问题？何功能？铸造涂料配制时应注意哪些问题？