材料成形工艺11.02

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料成形工艺,宁波工程学院,周志斌,2011.11.02,3.4,树脂砂型（芯）,3.4.1,砂芯的分级,砂芯,主要用来形成,铸件,的内腔、孔洞和凹坑等部分，在浇注时，排气条件也差，出砂、清理困难，,因此对芯砂的性能要求一般比型砂高,。为了便于合理地选用砂芯用芯砂的,粘结剂,和有利芯砂的管理，根据砂芯形状特征及在浇注期间的工作条件和产品质量的要求，生产上常将砂芯分为,5,级。,1.I,级砂芯,砂芯剖面细薄、形状复杂、芯头窄小，大部分表面被金属包围，在铸件内形成不加工的表面质量好、光洁的内腔。例如,缸盖水套砂芯,、,液压件的多路阀体砂芯,等就属于,I,级。此级砂芯应具有很高的干强度、好的断裂韧性和高温强度，好的透气性、出砂性、防粘砂性和低的发气性。,2.,级砂芯,砂芯大部分表面被液体金属包围，形状较复杂，有局部薄断面，芯头比,I,级砂芯的大，在铸件中构成表面质量好、光洁、部分完全不加工的内腔，例如,排气管,、,暖气片,、,潜液压泵叶轮,、,阀体的砂芯,。此级砂芯也应具备高的干强度、高温强度、耐火度、防粘砂性、透气性、出砂性、以及低的发气性。,3.,级砂芯,形状中等复杂，没有很薄的部分，但局部有凸缘、棱角、肋片、在铸件中构成重要的不加工表面的各种体积较大的砂芯，例如,车床溜板箱砂芯,、,缸体的缸筒砂芯,等属于此级。另外受到冲刷的砂芯，大铸件靠近浇道的砂芯以及复杂的外廓砂芯也属于此级。所有这些砂芯应具有较好的干强度、透气性、出砂性、容让性和较高的表面强度。,4.,级砂芯,外形不复杂，在铸件中构成还需机械加工的内腔，或形成虽不加工但对粗糙度要求不很严格的表面的砂芯，例如,离合器外壳,、,车床主轴箱体,的砂芯属于此级。另外具有一般复杂程度和中等复杂程度的外廓砂芯也属于此级。这些砂芯在表面强度足够的条件下应具有适度的干强度、良好的容让性。,5.V,级砂芯,在大铸件中构成很大内腔的简单大砂芯，例如,机床床腿砂芯,属于此级。这些砂芯在浇注过程中只能热透很少一层，因此，砂芯中如加有有机粘结剂，就不能完全燃烧和分解，而使出砂性很差，此类砂芯应有很高的容让性。,各级砂芯所需的湿强度大都取决于,砂芯特点和造芯工艺,。,如果砂芯在芯盒内硬化成形，则要求芯砂湿强度宜低，以保证有好的流动性和减轻造芯劳动强度。,如果脱模后硬化，则,、,、,V,级砂芯要求有高的湿强度,。对于,I,、,级砂芯，尤其是,I,级砂芯，为使砂芯流动性好、发气性低，湿强度可低一些。,3.4.2,覆膜砂和壳法造型（芯）,覆膜砂的概念：,砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂 。,覆膜砂的组成：,1.,原砂：,原砂是构成覆膜砂的主体，对原砂的要求是：耐火度高，挥发物少，颗粒自身强度高，一般选用,天然硅砂,，这主要是由于其储量丰富，价格便宜，能满足铸造要求。只有特殊要求的铸件才采用特种砂（如锆砂、铬铁矿、陶粒砂、磁铁矿砂等）作为覆膜砂的原砂。,2.,粘接剂,目前普遍采用,热塑性酚醛类树脂,作为粘结剂,粘结剂的性能对覆膜砂的质量有重要影响,人们一直在致力于研究如何提高酚醛树脂的性能,国外已开发出不同性能的专用树脂,如高强度低发气树脂、易溃散树脂等，也有采用改性聚酯树脂替代酚醛树脂的报道，但未得到全面推广，至今仍普遍采用,改性酚醛树脂,。,3.,固化剂,覆膜砂常规的固化剂是,乌洛托品,，其加入量是树脂的,5%-20%,。,4.,润滑剂、添加剂,润滑剂的作用是防止结块,并提高覆膜砂的流动性及脱模性,.,主要有,硬脂酸钙、硬脂酸铣铵,等。润滑剂应尽量选用熔点高的产品，以防止覆膜砂在使用过程中产生脱壳现象。,添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能,.,目前广泛使用的添加剂主要有耐高温添加剂、易溃散添加剂、增强增韧添加剂、防粘砂添加剂和湿态添加剂等。许多覆膜砂厂都有独特的添加剂配方，添加剂的性能对特种覆膜砂的生产具有重要作用，是目前覆膜砂市场的核心竞争力之一。,覆膜砂的制备工艺,经历了,干混法,、,冷覆膜法,、,温覆膜法,、,热覆膜法,4,个阶段，目前覆膜砂的生产几乎都是采用,热覆膜法,。,热法覆膜工艺是先将原砂加热到一定温度，然后分别与树脂、乌洛脱品水溶液和硬脂酸钙混合搅拌，经冷却破碎和筛分而成。由于配方的差异，混制工艺有所不同。,壳法造型（芯）,壳法：,铸造生产中，砂型（芯）直接承受金属液作用的只是表面一层厚度仅数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑砂壳的作用。如果砂壳的强度、刚度足够时，就可去掉或减薄支撑部分砂。这样制得的型或芯就是壳型或壳芯。, 预热，,250-300,度，喷分型剂,翻转，结壳（,15,50s),复位，烘烤（,30,90s),顶出,一、壳型（芯）的制造,1.,翻斗法,制作壳型,翻斗法制造壳型工序示意图,吹砂法制造壳芯示意图,大型复杂砂芯,底吹法制造,小砂芯,覆膜砂及壳法造型（芯）的特点,具有适宜的强度性能，应用广泛。,流动性优良，砂芯成形性好，能制造最复杂的砂芯。,砂芯表面质量好，可以获得较好铸件表面质量。,溃散性好，有利于铸件清理，提高产品性能。,砂芯不易吸潮，可长时间存放，便于存储、运输和使用。,覆膜砂可以作为商品供应，使用单位具有较大的选择余地。,3.4.3,热芯盒法造型（芯）,热（温）芯盒法概念,：,用液态热固性树脂粘结剂和催化剂制成的芯砂，填入加热到一定温度（,175 ,；,200 ,左右）的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间内即缩聚而凝化。砂芯表层有数毫米厚结成硬壳即可自芯盒中取出，中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量即可自行硬化。,与壳法相比：生产率高，价格低，但表面质量差。,热芯盒用粘接剂,热芯盒用的树脂有,呋喃树脂,和,酚醛树脂,，大多数是以,脲醛,、,酚醛,和,糠醇,改性为基础的一些化合物。,常用的呋喃树脂, 糠醇改性的液态脲醛树脂脲呋喃树脂，如呋喃,型,脲呋喃树脂中糠醇的改性作用：降低氮的质量分数，提高树脂的热强度，降低发气性，改善抗吸湿性，延长树脂储存期，扩大树脂适应性。但增加成本，略增加砂芯脆性。主要用于铸铁件、有色件。,糠醇改性的液态酚醛树脂酚呋喃树脂，如呋喃,型,增加糠醇作用：提高砂芯强度，降低脆性，改善硬透性，延长树脂储存期，扩大树脂适应性。但增加成本,此类树脂不含氮或含极少量氮，主要用于铸钢和球墨铸铁件,脲酚呋喃共聚物,脲醛改善了硬化性能,常用于铸铁和铸钢件。,常用的酚醛树脂, 热塑性酚醛树脂乌洛托品,用于截面细薄的小型砂芯,由脲醛改性的以酚醛为基的酚脲醛树脂,成本低，砂芯脆性改善。,热芯盒法用催化剂,潜伏性催化剂,常温下呈中性或弱酸性，而在加热时释放出强酸，促使树脂迅速硬化的酸性盐。如氯化铵、硝酸铵、磷酸铵的水溶液。,呋喃,型树脂砂最常用的催化剂：,氯化铵：尿素：水,1,：,3,：,3,水溶液,尿素作用：与甲醛生成羟甲脲，减弱硬化时的甲醛气味；稳定氯化铵溶液，防止存放期间析出氯化铵结晶。,3.4.4,自硬冷芯盒法砂型（芯）,自硬冷芯盒法概念,：,将砂子、合成液态树脂及液态催化剂均匀混合后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加紧实，即可于室温下在芯盒（或砂箱）中硬化成型。,自硬法分三种,： 酸催化树脂自硬法,尿烷树脂自硬法,酚醛,-,酯自硬法,自硬冷芯盒法造型的特点,优点：,1.,提高了铸件的尺寸精度，改善了表面质量。,2.,型砂（芯）的硬化不需要烘干，节省能源，而且可以采用廉价的木质或者塑料芯盒和模板。,3.,型砂易紧实，易溃散，铸件清理容易，旧砂可以再生回用，减轻了劳动强度，易实现机械化和自动化。,4.,砂中树脂的质量分数低，原材料综合成本低。,缺点：,对原砂的质量要求高；生产效率低；受环境温度和湿度影响大；混砂造型时有刺激性的气味。,自硬冷芯法不仅用于制芯，而且用于造型，不仅适用于单件和小批量生产，而且适用于大批量生产线生产。,可使用时间,：,指自硬树脂砂混砂后能够制出合格砂芯的那一段时间。,脱模时间,：,是指从混砂结束开始，在芯盒内制的砂芯（或未脱模的砂型）硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出（或脱模）而不致发生砂芯（或砂型）变形所需的时间间隔。,3.4.5,气硬冷芯盒法砂型（芯）,热芯盒法、壳法，耗能高，芯盒工装的设计和制造周期长、成本高，制芯时工人要在高温和强烈刺激性气味下工作，从而限制了其应用。而自硬冷芯法制芯，芯砂可使用时间短，起模时间长，不利于高效大批量制芯。,而气硬冷芯盒法造型可以弥补上述几种方法的不足。,气硬冷芯盒法,：将树脂砂填入芯盒，而后吹气硬化制成砂芯。,气硬冷芯盒法,三乙胺法,SO2,法,无毒、低毒气体促硬制芯法，如,CO2,、甲醛甲酯等,一、三乙胺法（酚醛尿烷冷芯盒法）,粘结剂：两部分液体酚醛树脂和聚异氰酸酯,催化剂：液态叔胺，可用三乙胺、二甲基乙胺等。,三乙胺法制芯工艺过程,混砂,射砂,吹气,洗涤,取芯,后硬化,3.5,砂型（芯）的烘干合箱、浇注及落砂清理,一、,砂型与砂芯的烘干,(,一,),烘干的作用,以除去其水分，提高其强度和透气性，减少发气量，使铸件不易产生气孔、砂眼、夹砂和粘砂等缺陷，从而保证铸件的质量。,(,二,),烘干原理,砂型和砂芯是多孔性物体，其水分的去除大致可分为两步进行：表面水分的蒸发和内部水分的迁移,(,扩散,),。因此，砂型或砂芯的干燥速度决定于表面层水分蒸发的速度和内部水分的扩散速度。表面水分蒸发速度与饱和水蒸气压力与炉气中水蒸气压力的差成正比。水分迁移的速度决定于砂型内外的湿度梯度和温度梯度。,(,三,),烘干过程,(1),升温预,(,匀,),热阶段,(2),高温加热，水分大量蒸发阶段,(3),炉内冷却阶段,(,四,),烘干方法,(1),表面烘干,(2),整体烘干,二、合 箱,合箱就是把砂型和砂芯按要求组合在一起成为铸型的过程。习惯上也称拼箱、配箱或扣箱。,合箱工作一般按以下步骤进行：,(1),全面检查、清扫、修理所有砂型和砂芯，特别要注意检查砂芯的烘干程度和通气道是否通畅。不符合要求者，应进行返修或废弃。,(2),按下芯次序依次将砂芯装入砂型，并严格检查和保证铸件壁厚、砂芯固定、芯头排气和填补接缝处的间隙。,(3),仔细清除型内散砂，全面检查下芯质量，在分型面上沿型腔外围放上一圈泥条或石棉绳，以保证合箱后分型面密合，避免液态金属从分型面间隙流出。随后即可正式合上箱。,(4),放上压铁或用螺栓、金属卡子固紧铸型。放好浇口杯、冒口圈。在分型面四周接缝处抹上砂泥以防止跑火。最后全面清理场地，以便安全方便地浇注。,三、浇 注,(,一,),浇注前的准备工作,铸型合箱紧固后浇注前应做好下述浇注准备工作：,(1),了解浇注合金的种类、牌号、待浇注铸型的数量和估算所需金属液的重量。,(2),检查浇包的修理质量、烘干预热情况及其运输与倾转机构的灵活性和可靠牲。,(3),熟悉各种铸型在车间所处的位置，以确定浇注次序。,(4),检查浇口、冒口圈的安放及铸型的紧固情况。,(5),清理浇注场地，保证浇注安全。,(,二,),浇注工艺,为了获得合格铸件，必须控制浇注温度、浇注速度，严格遵守浇注操作规程。,(1),浇注温度,浇注温度对铸件质量影响很大，因此应根据合金种类、铸件结构和铸型特点确定合理的浇注温度范围。金属液由炉中注入浇包时，温度都会降低。,(2),浇注操作要点, 浇注之前需除去浇包中金属液面上的熔渣。, 依规定的浇注速度和时间范围进行浇注。, 有冒口的铸型，浇注后期应按工艺规范进行点注和补注。, 浇注后待铸件凝固完毕，要及时卸除压铁和箱卡，以减少铸件收缩阻力，避免裂纹。,四、铸件的落砂、清理,铸件凝固冷却到一定温度后，把铸件从砂箱中取出，去掉铸件表面及内腔中的型砂和芯砂的工艺过程称为落砂，落砂通常分为,人工落砂,和,机械落砂,两种。,人工落砂,机械落砂,落砂,单件小批生产,效率高、机械易损坏，维修困难，噪声大,铸件的清理,（,1,）浇冒口的切除：,铸件在清理前后，必须除去浇注系统和冒口。中小型铸铁件可以用锤打掉浇冒口。铸钢件一般用氧气切割或电弧切割来去掉浇冒口。,（,2,）铸件的表面清理：,(1),手工清理：,(2),滚筒表面清理：,(3),喷、抛丸表面清理：,