砂型鑄造——黏土砂型PPT課件.pptVIP

第6章砂型鑄造 黏土砂型無機(jī)化學(xué)黏結(jié)劑砂型 芯 有機(jī)化學(xué)黏結(jié)劑砂型 芯 造型及砂處理設(shè)備鑄造工藝方案澆注系統(tǒng)設(shè)計冒口設(shè)計鑄造工藝裝備設(shè)計 2020 1 8 1 6 1黏土砂型 6 1 1黏土砂型鑄造特點1 定義 采用鉆土作粘結(jié)劑制成的砂型 2 黏土砂型類別 根據(jù)在合箱和澆注時的狀態(tài)不同可分為 1 濕型 簡稱濕型 造好的砂型不經(jīng)烘干 直接澆人高溫金屬液體 2 干砂型 簡稱干型 在合箱和澆注前將整個砂型送入窯中烘干 3 表面烘干砂型 簡稱表干型 在澆注前對型腔表層用適當(dāng)方法烘干一定深度 一般5一lOmm 大件20mm 2020 1 8 2 6 1黏土砂型 6 1 1黏土砂型鑄造特點1 濕型 簡稱濕型 造好的砂型不經(jīng)烘干 直接澆人高溫金屬液體 1 面砂 特殊配制的在造型時鋪覆在模樣表面上構(gòu)成型腔表面層的型砂 2 背砂 是在面砂背后 填充砂箱用的型砂 3 單一砂 一般中小件造型時 往往不分面砂與背砂而只用一種型砂 稱為單一砂 濕型是使用最廣泛 最方便的造型方法 但是這種方法不適合很大或很厚實的鑄件 2020 1 8 3 6 1黏土砂型 6 1 1黏土砂型鑄造特點2 干砂型 簡稱干型 在合箱和澆注前將整個砂型送入窯中烘干 1 主要用于重型鑄鐵件和鑄鋼件 2 強度高 退讓性差 對于形狀復(fù)雜的砂芯或?qū)κ湛s阻礙較大的砂芯 型 部位 應(yīng)在型砂中加人適量可以改善退讓性和潰散性的附加物如術(shù)屑等 以防止鑄件出現(xiàn)裂紋缺陷和有利出砂 3 干型主要靠涂料保證鑄件表面質(zhì)量 其型砂和砂型的質(zhì)量比較容易控制 但是砂型生產(chǎn)周期長 需要專門的烘干設(shè)備 鑄件尺寸精度較差 2020 1 8 4 6 1黏土砂型 6 1 1黏土砂型鑄造特點3 表面烘干砂型 簡稱表干型 在澆注前對型腔表層用適當(dāng)方法烘干一定深度 一般5一lOmm 大件20mm 與干型比 可節(jié)省烘爐 節(jié)約燃料和電力 縮短生產(chǎn)周期 近年來 干型和表干型已大部分被化學(xué)粘結(jié)的自硬砂型所取代 2020 1 8 5 6 1黏土砂型 6 1 1黏土砂型鑄造特點3 濕型鑄造特點1 基本特點 砂型 芯 無須烘干 不存在硬化過程 2 主要優(yōu)點 1 生產(chǎn)靈活性大 生產(chǎn)率高 生產(chǎn)周期短 便于組織流水生產(chǎn) 易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動化 2 材料成本低 節(jié)省烘干設(shè)備 燃料 電力及車間生產(chǎn)面積 3 延長砂箱使用壽命等 3 缺點 容易產(chǎn)生如夾砂結(jié)疤 鼠尾 黏砂 氣孔 砂眼 脹砂等鑄造缺陷 2020 1 8 6 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求1 水分和緊實率1 水分 含水量 是表示型砂中所含水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 1 測定的原理 稱取定量的型砂 放入105 110 烘干裝置中使之干燥 由烘干前后的質(zhì)量差異計算出型砂的水分 2 一般手工造型水分為4 5 5 5 機(jī)器造型的水分為3 4 這種參數(shù)并不完全反映型砂的干濕程度 型砂的成分不同 達(dá)到最適宜干濕程度的水分一也不同 2020 1 8 7 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求1 水分和緊實率2 緊實率 濕型砂用1MPa的壓力壓實或者在錘擊式制樣機(jī)上打擊3次 用試樣緊實前后高度變化的百分?jǐn)?shù)來表示 1 測定方法的依據(jù) 較干的型砂自由流入試樣筒中時 砂粒松散密度較高 在相同的緊實力作用下 型砂體積減小較少 2 根據(jù)型砂緊實率大小的變化 就可以檢查出型砂水分是否合適 并能較好地反映型砂的造型性能 一般情況下 混砂時的加水量應(yīng)按固定的緊實率范圍來控制 2020 1 8 8 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求1 水分和緊實率 3 通常手工和機(jī)器造型用型砂 在最適水分狀態(tài)下的緊實率接近50 高壓造型和氣沖造型時為35 45 擠壓造型時為35 40 2020 1 8 9 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求1 水分和緊實率1 水分 含水量 是表示型砂中所含水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 1 測定的原理 稱取定量的型砂 放入105 110 烘干裝置中使之干燥 由烘干前后的質(zhì)量差異計算出型砂的水分 2 一般手工造型水分為4 5 5 5 機(jī)器造型的水分為3 一4 這種參數(shù)并不完全反映型砂的干濕程度 型砂的成分不同 達(dá)到最適宜干濕程度的水分一也不同 2020 1 8 10 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求1 水分和緊實率2 緊實率 濕型砂用1MPa的壓力壓實或者在錘擊式制樣機(jī)上打擊3次 用試樣緊實前后高度變化的百分?jǐn)?shù)來表示 通常手工和機(jī)器造型用型砂 在最適水分狀態(tài)下的緊實率接近50 高壓造型和氣沖造型時為35 45 擠壓造型時為35 40 2020 1 8 11 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求2 透氣性緊實的型砂能讓氣體通過而逸出的能力稱為透氣性 2020 1 8 12 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求3 濕態(tài)強度 1 砂型必須具備一定的強度以承受各種外力的作用 但是 強度也不宜過高 因為高強度的型砂需要加入更多的黏土 不但增加了最適宜的水分和降低透氣性 還會使鑄件的生產(chǎn)成本增加 而且給混砂 緊實和落砂等工序帶來困難 2 型砂的強度用型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣在外力作用下遭到破壞時的應(yīng)力值來表示 常用計量單位為兆帕 MPa 或千帕 kPa 濕型鑄造時 主要檢查型砂的濕態(tài)抗壓強度 簡稱濕壓強度 2020 1 8 13 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求4 流動性 型砂在外力或自重作用下 沿模樣和砂粒之間相對移動的能力稱為流動性 測流動性的方法 在標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣筒中放置一塊高25mm的半圓形金屬塊 測定階梯試樣兩平面的硬度差值 硬度差別越小表明型砂的流動性越好 側(cè)孔法 稱取185克型砂倒入用柱塞堵住 12mm小孔的試樣筒中 放在制樣機(jī)上 拔掉柱塞后沖擊10次 用頂柱將試樣頂出 然后稱量留在小孔中的和被擠出的型砂質(zhì)量 質(zhì)量越大 說明型砂的流動性越好 2020 1 8 14 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求 環(huán)形空腔法 按標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣的質(zhì)量稱取型砂 放入特制試樣筒中 試樣筒的下端有一環(huán)形空腔 在制樣機(jī)上沖擊3次 測量高度h h愈小 表示型砂的流動性愈好 2020 1 8 15 6 1黏土砂型 2020 1 8 16 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求測流動性的方法 環(huán)形空腔法 按標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣的質(zhì)量稱取型砂 放入特制試樣筒中 試樣筒的下端有一環(huán)形空腔 在制樣機(jī)上沖擊3次 測量高度h h愈小 表示型砂流動性愈好 2020 1 8 17 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求5 起模性 變形量 韌性和破碎指數(shù)1 型砂的起模性是表示起模時模樣或模板與砂型分離時 砂型是否容易損壞 產(chǎn)生開裂或掉落的性能 2020 1 8 18 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求起模性的好壞與型砂的濕態(tài)抗壓強度是兩種不同的特性 1 抗壓強度不僅反映了型砂的黏結(jié)力大小 還反映了砂粒受壓力作用而位移時的摩擦阻力 這種摩擦阻力和起模時砂型是否易損壞沒有關(guān)系 抗壓強度高的型砂造的砂型起模時一也有可能容易損壞 2 型砂的濕態(tài)抗拉強度可以代表起模性能 手工造型起模前 在圍繞模樣的砂型棱角上刷水的作用就是提高型砂的變形能力 雖然刷水后局部的砂型強度大為下降 但起模性能明顯改善 2020 1 8 19 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求2 型砂的變形量通常是在用強度試驗機(jī)測定型砂抗壓強度的同時 用一個百分表測出試樣破碎前的變形量 高度減小量 1 可將型砂濕壓強度 MPa 乘變形量 cm 再乘1000的積來表示韌性 MPa cm 2 型砂的韌性與造型時是否容易起模有直接關(guān)系 韌性較能說明起模性好壞 也能說明砂型在受到振動和沖擊時是否容易掉砂或塌落 2020 1 8 20 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求6 抗夾砂結(jié)疤類缺陷的能力1 夾砂結(jié)疤 鼠尾缺陷是擴(kuò)大濕型鑄造法應(yīng)用范圍的主要障礙之一 熱濕拉強度是判斷型砂抗夾砂結(jié)疤 鼠尾缺陷的主要指標(biāo) 熱濕拉強度越高 越不易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤 鼠尾缺陷 2 熱濕拉強度的測定方法如圖6 2所示 2020 1 8 21 6 1黏土砂型 2020 1 8 22 6 1黏土砂型 6 1 2濕型砂性能要求7 發(fā)氣量和有效煤粉含量1 型砂中的煤粉或其他有機(jī)附加物在澆注受熱后 產(chǎn)生的揮發(fā)物在高溫下進(jìn)行氣相分解后 在砂粒表面沉積形成光亮碳 從而可以防止鑄鐵件表面機(jī)械黏砂 降低鑄件表面粗糙程度 2 煤粉等附加物的光亮碳含量可以用特殊裝置測出 算出型砂中有效煤粉含量 我國普遍采用的是測定型砂發(fā)氣性的辦法 發(fā)氣性測定大都是讓待測定量樣品在密閉體系中加熱氣化 或測定所產(chǎn)生氣體的容積 用單位質(zhì)量析出的氣體體積表示 m3 g 或測定氣體的壓力或稱量殘留物的質(zhì)量 以確定發(fā)氣量 2020 1 8 23 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求濕型砂是由原砂 黏土 附加物及水按一定配比組成的 其中原砂是骨料 黏土為黏結(jié)劑 經(jīng)過混碾后 黏土 附加物和水混合 包覆在砂粒表面形成一層黏結(jié)膜 為了制得性能合乎要求的型砂 必須考慮以下3方面的因素 1 原材料的選擇 選用高質(zhì)量的原材料是能否制成高質(zhì)量型砂的先決條件 2 型砂配方 各種材料之間要有一個合理的配合比例 3 混制工藝 目的在于使各種材料分布均勻 并使黏土膜完整地包覆在砂粒表面上 2020 1 8 24 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求1 石英質(zhì)原砂1 鑄造生產(chǎn)中使用量最大的原砂是以石英為主要礦物成分的天然硅砂 天然硅砂是由火成巖風(fēng)化形成的 一般說來 砂中除了主要成分石英以外 還混有一些長石 云母和鉆土礦物等夾雜物 2 風(fēng)化后就地儲集的砂礦稱為山砂 含泥分較多 粒形比較不規(guī)則 經(jīng)過水力搬運的砂稱為海砂 湖砂或河砂 河砂 湖砂 海砂經(jīng)過水流的沖洗和分選 含泥量少 顆粒較圓 大小比較均勻 經(jīng)風(fēng)力搬運形成的砂稱為風(fēng)積砂 風(fēng)積砂 其顆粒形狀圓整而均勻 2020 1 8 25 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求3 除了細(xì)小顆粒狀的天然硅砂外 還有其他兩種形式存在 石英砂巖和石英巖 1 沉積的石英顆粒被膠體的二氧化硅或氧化鐵 碳酸鈣等物膠結(jié)成塊狀 稱為石英砂巖 石英砂巖的質(zhì)地比較松散 易加工破碎 顆粒大多呈多角形 例如湖南湘潭的石英砂巖 2 如果沉積的石英砂粒在地殼高溫高壓作用下 經(jīng)過變質(zhì)而形成堅固整體的巖石則稱為石英巖 2020 1 8 26 6 1黏土砂型 對原砂提出的質(zhì)量要求 1 含泥量 含泥量指原砂中直徑小于0 02mm 20 m 的細(xì)小顆粒的含量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 其中既有黏土 也包括極細(xì)的砂子和其它非粘土質(zhì)點 原砂含泥量檢測方法 利用不同顆粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同 將原砂中顆粒直徑 20 m與直徑 20 m的顆粒分開 檢驗時 稱量烘干的原砂并置入燒杯中 加入水及分散劑 煮沸及攪拌使其充分分散 然后反復(fù)按規(guī)定時間沉淀 虹吸排除渾水和沖入清水 直到水清后 由烘干的殘留砂樣質(zhì)量即可計算出原砂含泥量 2020 1 8 28 6 1黏土砂型 對原砂提出的質(zhì)量要求 含泥量對濕型砂性能的影響 1 原砂中泥分增多 型砂的空隙直徑減小 透氣性下降 2 原砂中含泥量增多 型砂的濕態(tài)抗壓強度提高 達(dá)到最適宜的型砂含水量也提高 3 如果原砂的泥分中不含黏土礦物 則原砂中含泥量增多會使型砂變脆 起模性能變壞 2020 1 8 29 6 1黏土砂型 對原砂提出的質(zhì)量要求 2 原砂的顆粒組成 1 原砂的顆粒組成包括兩個概念 砂粒的粗細(xì)程度和砂粒粗細(xì)分布的集中程度 2 采用篩分法鑒定不同原砂的顆粒組成 我國鑄造用實驗篩規(guī)格如表6 1 2020 1 8 30 6 1黏土砂型 對原砂提出的質(zhì)量要求 3 原砂的顆粒形狀及表面狀況圖6 3為鑄造常用原砂的主要粒形分類法 2020 1 8 31 6 1黏土砂型 對原砂提出的質(zhì)量要求 4 原砂的礦物組成和化學(xué)成分 1 硅砂的礦物組成 主要是石英 其次是長石及少量云母 鐵的氧化物 碳酸鹽 硫化物等 2 硅砂的成分 3 原砂的燒結(jié)點 是指原砂顆粒表面或砂粒間的混雜物開始熔化的溫度 它是原砂各種組合成分耐火性能的綜合反映 2020 1 8 32 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求2 非石英質(zhì)原砂 是指礦物組成中不含或只會少量游離Si02的原砂 在鑄鋼生產(chǎn)中采用非石英質(zhì)原砂來配置無機(jī)和有機(jī)化學(xué)黏結(jié)劑型砂 芯砂或涂料 1 優(yōu)點 較高的耐火性 熱傳導(dǎo)率和較低的蓄熱系數(shù) 熱膨脹系數(shù) 膨脹均勻 無體積突變 與金屬氧化物的反應(yīng)能力低 2 缺點 材料中某種配料價格較高 2020 1 8 33 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求3 黏土 濕型砂中的主要黏結(jié)劑 主要是由細(xì)小結(jié)晶質(zhì)的黏土礦物所組成 根據(jù)所含黏土礦物種類不同 黏土分為 鑄造用黏土和鑄造用膨潤土1 黏土的礦物成分 礦物的主要成分是含水的鋁硅酸鹽 黏土礦物按晶體結(jié)構(gòu)分為 1 高嶺石組 2 蒙脫石組 3 伊利石組 2020 1 8 34 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求2 黏土的結(jié)晶特征 黏土礦物的結(jié)構(gòu)中包含兩種基本結(jié)構(gòu)單位 1 硅氧四面體晶片 2 鋁氧八面體晶片 2020 1 8 35 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求2 黏土的結(jié)晶特征 1 高嶺石是1 1型兩層結(jié)構(gòu)的黏土礦物 它的每一單位晶層是由一層硅氧四面體層和一層鋁氧八面體層結(jié)合而成 2 蒙脫石是2 1型三層結(jié)構(gòu)的黏土礦物 其晶體晶層是由兩層硅氧四面體 中間夾著一層鋁氧八面體組成 3 伊利石是2 1型三層結(jié)構(gòu)的黏土礦物 與蒙脫石類似 所不同的是伊利石Si O四面體層中有1 4的Si4 被Al3 置換 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)單位層的正電荷不足 2020 1 8 36 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求3 黏土的表面電荷和可交換性陽離子 1 黏土顆粒表面帶有負(fù)電荷 因此黏土通常吸附Ca2 Mg2 等陽離子 由破鍵和外露氫氧基爾吸附的陽離子有可能被其他陽離子交換出來 能被交換出來的吸附的陽離子稱為交換性陽離子 2 黏土中所含交換性陽離子的數(shù)量為陽離子交換容量 通常用氯化銨溶液處理粘土 以每一百克黏土可與多少毫摩爾的銨離子小交換來量度 2020 1 8 37 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求3 黏土的表面電荷和可交換性陽離子國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 1 膨潤土中如果某一交換性陽離子量占陽離子交換容量的50 或以上時 稱其為主要交換性陽離子 a 如果主要交換性陽離子為鈉離子則成為鈉膨潤土 PNa b 如果主要交換性陽離子為鈣離子則成為鈣膨潤土 PCa 2 如果任一交換性陽離子量均占陽離子交換容量的50 以下時 則以其中含量相對較多的兩種交換性陽離子表示 2020 1 8 38 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求4 黏土的黏結(jié)機(jī)理 1 膠體化學(xué)觀點 認(rèn)為黏土在水中形成的黏土 水體系是膠體 帶負(fù)電的黏土顆粒將極性水分子吸引在自己的周圍 形成膠團(tuán)的水化膜 依靠黏土顆粒間的公共水化膜 通過其中的水化陽離子所起的鍵的作用 使黏土顆?；ハ嘟Y(jié)合起來 2 一般地 粘土顆粒所帶電荷越多或黏土顆粒越細(xì)小 比表面積越大 則濕黏結(jié)力越大 2020 1 8 39 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求4 黏土的黏結(jié)機(jī)理 3 黏土型砂的干態(tài)黏結(jié)機(jī)理 烘干過程中砂型逐步失水 使砂粒和黏土顆粒本身之間相互靠近 緊密接觸而產(chǎn)生附著作用 2020 1 8 40 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求4附加物加入附加物的目的 使型砂具有特定的性能 并改善鑄件的表面質(zhì)量 1 煤粉煤粉是用煙煤磨細(xì)制成 加入型砂中主要可以防止鑄件表面產(chǎn)生黏砂缺陷 并改善鑄件的表面粗糙程度 作用 1 在鐵液的高溫作用下 煤粉產(chǎn)生大量還原性氣體 防止金屬液被氧化 并使鐵液表面的氧化鐵還原 減少了金屬氧化物和造型材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的可能性 2020 1 8 41 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求1 煤粉 2 煤粉受熱形成的半焦充填堵塞砂型表面顆粒間的空隙 使金屬液不能滲入 3 煤粉受熱后變?yōu)槟z質(zhì)體 具有可塑性 可以減少砂型因熱膨脹而產(chǎn)生的鑄件缺陷 4 煤粉在受熱時產(chǎn)生碳?xì)浠衔飺]發(fā)物在高溫和還原氣氛中發(fā)生氣相熱解而在金屬和鑄型界面上析出一層帶有光澤的碳 光亮碳 則值了型砂與鐵液的界面反應(yīng) 而且使型砂不易被金屬液所潤濕 2020 1 8 42 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求1 煤粉缺點 1 增加了型砂灰分 焦炭物質(zhì)和適宜水分 2 降低了型砂透氣性 流動性和韌性 3 惡化了車間環(huán)境 2020 1 8 43 6 1黏土砂型 6 1 3濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求2 淀粉 1 目的是 減少夾砂結(jié)疤缺陷和沖蝕缺陷 怎家星沙變形量 提高型砂韌性和可塑性 降低起模時模樣與砂型間的摩擦阻力 減少因砂型表面風(fēng)干和強度下降而引起的砂孔缺陷 2 濕型用淀粉實際是凍膠化淀粉 由玉米粉經(jīng)加熱處理制成 2020 1 8 44 6 1黏土砂型 6 1 4濕型砂制備濕型砂的性能和配方特點1 鑄鐵件濕型砂多用15Q細(xì)砂 并含有煤粉 透氣性不是很高 對一般鑄鐵件 有效煤粉含量為5 8 對于薄壁小件為3 4 1 小型鑄鐵件型砂的熱濕拉強度要求為1 0 1 5KPa 即熱開裂時間約為15s 2 中大型鑄鐵件的熱濕拉強度要求大于2 5KPa 即熱開裂時間大于30s 2020 1 8 45 6 1黏土砂型 6 1 4濕型砂制備濕型砂的性能和配方特點2 鑄鋼件濕型砂鑄鋼型砂的特點 1 含泥量交鑄鐵型砂低 需水量少 水量控制在4 5 2 原砂的SiO2在96 以上 3 型砂中加入了適量的凍膠化淀粉 糊精等淀粉類材料 在型砂表面噴涂糖漿等稀釋水溶液或酚醛樹脂酒精溶液 以提高表面強度 2020 1 8 46 6 1黏土砂型 6 1 4濕型砂制備濕型砂的性能和配方特點3 鑄