第三章金屬液態(tài)砂型成形工藝1

1、u 砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)的最重要生產(chǎn)方式砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)的最重要生產(chǎn)方式 他的鑄件產(chǎn)量占全部鑄件的他的鑄件產(chǎn)量占全部鑄件的 80 90 %。u 研究砂型鑄造工藝，對提高鑄造生產(chǎn)水平和研究砂型鑄造工藝，對提高鑄造生產(chǎn)水平和鑄件質(zhì)量非常重要。鑄件質(zhì)量非常重要。第三章第三章 金屬液態(tài)砂型成形工藝金屬液態(tài)砂型成形工藝1. 液態(tài)金屬與鑄型的界面作用及伴生缺陷液態(tài)金屬與鑄型的界面作用及伴生缺陷u 研究液態(tài)金屬與鑄型界面作用的現(xiàn)象和機理研究液態(tài)金屬與鑄型界面作用的現(xiàn)象和機理u 可能引起的鑄造缺陷及防止方法可能引起的鑄造缺陷及防止方法金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內(nèi)容金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內(nèi)容金屬液態(tài)砂型成形

2、工藝的主要內(nèi)容金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內(nèi)容2. 造型材料造型材料u 作為材料作為材料，它包括兩層內(nèi)容，它包括兩層內(nèi)容：l 型、芯、涂料等所用的原材料型、芯、涂料等所用的原材料l 原材料的混合料原材料的混合料u 作為科學作為科學，它研究下列內(nèi)容，它研究下列內(nèi)容：l 混合料的組成、配比、制備工藝、工藝性能及其測試方法；混合料的組成、配比、制備工藝、工藝性能及其測試方法；l 原材料、混合料的性能與鑄件質(zhì)量的關(guān)系；原材料、混合料的性能與鑄件質(zhì)量的關(guān)系； l 開發(fā)新的造型方法和造型材料；開發(fā)新的造型方法和造型材料； l 舊砂再生工藝和設(shè)備。舊砂再生工藝和設(shè)備。 耐火骨料耐火骨料粘結(jié)劑、固化劑粘結(jié)劑、固

3、化劑附加物附加物 型砂型砂芯砂芯砂涂料涂料 3. 金屬液態(tài)成形工藝設(shè)計基礎(chǔ)金屬液態(tài)成形工藝設(shè)計基礎(chǔ)u 液態(tài)金屬充填鑄型的方法和原理；液態(tài)金屬充填鑄型的方法和原理；u 液態(tài)金屬補縮鑄件的方法和原理；液態(tài)金屬補縮鑄件的方法和原理；u 液態(tài)成形工藝對鑄件質(zhì)量的影響。液態(tài)成形工藝對鑄件質(zhì)量的影響。 （如尺寸精度、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量）（如尺寸精度、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量）液態(tài)成形工藝設(shè)計：液態(tài)成形工藝設(shè)計：根據(jù)金屬液態(tài)成形工藝設(shè)計原理編制鑄件生產(chǎn)工藝過程的技術(shù)文件。根據(jù)金屬液態(tài)成形工藝設(shè)計原理編制鑄件生產(chǎn)工藝過程的技術(shù)文件。如鑄造工藝圖、鑄型裝配圖、模板裝配圖、芯盒裝配圖、工藝卡鑄造工藝圖、鑄型裝配圖、模板

4、裝配圖、芯盒裝配圖、工藝卡等。 重點研究：重點研究：金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內(nèi)容金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內(nèi)容3.1 3.1 砂型成形方法和工作條件砂型成形方法和工作條件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法原砂（或再生砂）、粘結(jié)劑（包括固化劑）和附加物經(jīng)原砂（或再生砂）、粘結(jié)劑（包括固化劑）和附加物經(jīng)混制而成型砂（或芯砂）?；熘贫尚蜕埃ɑ蛐旧埃?利用機械設(shè)備把型砂（或芯砂）制成砂型（或砂芯）的工利用機械設(shè)備把型砂（或芯砂）制成砂型（或砂芯）的工藝過程稱為藝過程稱為造型制芯造型制芯。 造型制芯過程中，型（芯）砂在外力作用下成型并達到一造型制芯過程中，型（芯）砂在外力作用下成型并達到一定的緊

5、實度或密度而成為砂型（或砂芯）定的緊實度或密度而成為砂型（或砂芯） 3.1 3.1 砂型成形方法和工作條件砂型成形方法和工作條件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法砂砂 型型 型砂型砂在外力作用下而成型的物體，具有一定的在外力作用下而成型的物體，具有一定的緊實度緊實度。緊實度緊實度 砂型的密度。砂型的密度。 在砂型制造過程中，外力的大小影響砂型的緊實度：在砂型制造過程中，外力的大小影響砂型的緊實度：粘土砂粘土砂砂斗中砂斗中普通造型機普通造型機高壓造型機高壓造型機緊實度緊實度1.15 1.25約約1.651.73.1 3.1 砂型成形方法和工作條件砂型成形方法和工作條件 一、一、 砂型成形方法砂

6、型成形方法造型制芯是金屬液態(tài)砂型成形最基本的工序，通常分為：造型制芯是金屬液態(tài)砂型成形最基本的工序，通常分為：手工造型：手工造型：機器造型：機器造型：利用簡單的器械進行砂型（芯）的制作利用簡單的器械進行砂型（芯）的制作 利用造型機和制芯機進行砂型（芯）的制作利用造型機和制芯機進行砂型（芯）的制作 3.1 3.1 砂型成形方法和工作條件砂型成形方法和工作條件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法手工造型的特點：手工造型的特點：u 操作方便靈活，適應(yīng)性強操作方便靈活，適應(yīng)性強u 生產(chǎn)率低生產(chǎn)率低u 勞動強度大勞動強度大u 鑄件質(zhì)量不易保證鑄件質(zhì)量不易保證 適用于單件小批量生產(chǎn)適用于單件小批量生產(chǎn) 3

7、.1 3.1 砂型成形方法和工作條件砂型成形方法和工作條件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法機器造型的特點：機器造型的特點：u 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高u 勞動條件好勞動條件好u 勞動強度低勞動強度低u 鑄件的表面質(zhì)量好、尺寸精度高鑄件的表面質(zhì)量好、尺寸精度高適用于成批大量生產(chǎn)適用于成批大量生產(chǎn) 3.1 3.1 砂型成形方法和工作條件砂型成形方法和工作條件 二、二、 砂型的特點砂型的特點砂型中微孔的物理特性決定了砂型的特點。砂型中微孔的物理特性決定了砂型的特點。具有一定強度的微孔具有一定強度的微孔多孔隙體系。多孔隙體系。砂型的結(jié)構(gòu)砂型的結(jié)構(gòu) 孔隙率孔隙率n 反映微孔的數(shù)量反映微孔的數(shù)量物理特性：

8、物理特性：l 顆粒形狀：圓形、多角形、尖角形顆粒形狀：圓形、多角形、尖角形l 堆積方式：立方體、菱柱、角錐堆積方式：立方體、菱柱、角錐砂型的砂型的容重、導熱性、熱膨脹、透氣性容重、導熱性、熱膨脹、透氣性與與n有關(guān)。有關(guān)。 物理特性：物理特性： 微孔尺寸微孔尺寸 反映微孔的大小反映微孔的大小影響砂型的影響砂型的抗?jié)B透能力抗?jié)B透能力 u 顆粒大小顆粒大小u 顆粒形狀顆粒形狀u 堆積方式堆積方式 影響因素：影響因素：三、三、 砂型的工作條件砂型的工作條件時間段為：液態(tài)金屬充型和凝固階段。時間段為：液態(tài)金屬充型和凝固階段。1. 工作條件工作條件 液態(tài)金屬充滿型腔前：液態(tài)金屬充滿型腔前： 熱作用、沖擊、

9、沖刷熱作用、沖擊、沖刷 液態(tài)金屬充滿型腔后：液態(tài)金屬充滿型腔后： 熱作用、壓力、物化反應(yīng)熱作用、壓力、物化反應(yīng) 鑄件表層結(jié)殼：鑄件表層結(jié)殼： 界面產(chǎn)生氣隙、阻礙鑄件收縮界面產(chǎn)生氣隙、阻礙鑄件收縮2. 界面作用界面作用 熱作用熱作用傳熱、傳質(zhì)傳熱、傳質(zhì)l 在金屬和砂型間有熱交換、水分和氣體遷移、砂型膨脹在金屬和砂型間有熱交換、水分和氣體遷移、砂型膨脹鑄件產(chǎn)生鑄件產(chǎn)生 夾砂結(jié)疤夾砂結(jié)疤2. 界面作用界面作用 機械作用機械作用沖擊、沖刷、靜壓力沖擊、沖刷、靜壓力l 如果砂型表層強度不夠，金屬液將沖壞型壁如果砂型表層強度不夠，金屬液將沖壞型壁 鑄件產(chǎn)生鑄件產(chǎn)生 表面缺陷表面缺陷 l 如果砂型整體強度不

10、夠，型壁在金屬液靜壓力作用下發(fā)生移動如果砂型整體強度不夠，型壁在金屬液靜壓力作用下發(fā)生移動 鑄件產(chǎn)生鑄件產(chǎn)生 尺寸誤差缺陷尺寸誤差缺陷（脹箱、肥大）（脹箱、肥大）2. 界面作用界面作用 化學和物理化學作用化學和物理化學作用造型材料本身、造型材料與液造型材料本身、造型材料與液態(tài)金屬發(fā)生化學和物理化學反應(yīng)態(tài)金屬發(fā)生化學和物理化學反應(yīng) l 造型材料自身的分解和化學反應(yīng)，可改變界面氣氛和壓力造型材料自身的分解和化學反應(yīng)，可改變界面氣氛和壓力 鑄件產(chǎn)生鑄件產(chǎn)生 氣孔氣孔l 金屬液與造型材料起化學和物化反應(yīng)金屬液與造型材料起化學和物化反應(yīng) 鑄件產(chǎn)生鑄件產(chǎn)生 粘砂、表面成分改變、氣孔粘砂、表面成分改變、氣孔

11、 l 如果條件不利，就會影響液態(tài)金屬的充填和凝固，使鑄如果條件不利，就會影響液態(tài)金屬的充填和凝固，使鑄件產(chǎn)生缺陷，影響鑄件質(zhì)量。所以，件產(chǎn)生缺陷，影響鑄件質(zhì)量。所以，鑄型要具備一定的工鑄型要具備一定的工藝性能藝性能，以適應(yīng)界面上的各種作用。，以適應(yīng)界面上的各種作用。l 研究鑄件鑄型界面作用發(fā)生的原理、過程及效果，對于研究鑄件鑄型界面作用發(fā)生的原理、過程及效果，對于提高鑄件質(zhì)量非常重要。提高鑄件質(zhì)量非常重要。在澆注和凝固過程中在澆注和凝固過程中 鑄型處于傳熱、傳質(zhì)、傳力及化學反應(yīng)的工作鑄型處于傳熱、傳質(zhì)、傳力及化學反應(yīng)的工作條件下。條件下。3.2 3.2 液態(tài)金屬與砂型的物理作用液態(tài)金屬與砂型的

12、物理作用 一、一、 傳熱與傳質(zhì)現(xiàn)象傳熱與傳質(zhì)現(xiàn)象傳傳 熱熱 物體間的熱量交換物體間的熱量交換傳傳 質(zhì)質(zhì) 物體間的物質(zhì)交換物體間的物質(zhì)交換在砂型鑄造中，傳熱與傳質(zhì)相互影響，其過程比較復雜。在砂型鑄造中，傳熱與傳質(zhì)相互影響，其過程比較復雜。 1. 金屬與砂型的傳熱金屬與砂型的傳熱u熱流方向：熱流方向： 鑄件鑄件 鑄型鑄型 大氣大氣 u傳熱方式：傳熱方式： 對流、輻射、導熱對流、輻射、導熱u關(guān)鍵部位：關(guān)鍵部位： 界面界面 u關(guān)鍵數(shù)值：關(guān)鍵數(shù)值：研究金屬與砂型的傳熱 l 鑄件鑄件/砂型砂型l 鑄件鑄件/砂芯砂芯 l 鑄件鑄件/冷鐵冷鐵l 鑄型鑄型/大氣大氣l 材料熱物性參數(shù)材料熱物性參數(shù)l 邊界條件邊

13、界條件影響傳熱的因素：影響傳熱的因素： 體系溫度體系溫度 砂型熱物性砂型熱物性 幾何條件幾何條件 合金性能合金性能l 金屬液澆注溫度金屬液澆注溫度l 砂型初始溫度砂型初始溫度 l 環(huán)境溫度環(huán)境溫度l 鑄件的形狀與壁厚鑄件的形狀與壁厚l 涂料層厚度涂料層厚度 l 砂型厚度砂型厚度l 合金熱物性合金熱物性l 相變與相變潛熱相變與相變潛熱2. 砂型溫度場砂型溫度場 砂型受熱后將發(fā)生一系砂型受熱后將發(fā)生一系列的變化，這些變化對鑄件質(zhì)列的變化，這些變化對鑄件質(zhì)量影響很大。量影響很大。 所以，人們對砂型溫度所以，人們對砂型溫度場進行研究，借助場進行研究，借助 砂型溫度砂型溫度場場 來分析金屬對砂型的加熱來

14、分析金屬對砂型的加熱過程及產(chǎn)生伴生缺陷的可能性，過程及產(chǎn)生伴生缺陷的可能性，合理控制型砂性能和澆注工藝，合理控制型砂性能和澆注工藝，防止產(chǎn)生鑄造缺陷。防止產(chǎn)生鑄造缺陷。 （1）確定砂型溫度場的方法）確定砂型溫度場的方法u 實驗法實驗法u 解析計算法解析計算法u 數(shù)值模擬法數(shù)值模擬法（2）砂型溫度場的特點）砂型溫度場的特點 近界面處近界面處（型壁處）（型壁處）升溫快，型外部溫升溫快，型外部溫度低。度低。 砂型內(nèi)各層初期溫砂型內(nèi)各層初期溫度梯度大，隨時間度梯度大，隨時間增加溫度梯度逐漸增加溫度梯度逐漸變小。變小。（3）影響砂型溫度場的主要因素）影響砂型溫度場的主要因素u 金屬澆注量和澆注溫度金屬澆

15、注量和澆注溫度u 砂型熱物性值砂型熱物性值u 型腔結(jié)構(gòu)型腔結(jié)構(gòu)3. 水分遷移（傳質(zhì)）水分遷移（傳質(zhì)）水分遷移水分遷移 澆注時砂型在熱作用下，界面處表面層的水分向砂型里層澆注時砂型在熱作用下，界面處表面層的水分向砂型里層遷移的過程。遷移的過程。 濕型在澆注后開箱時常常會發(fā)現(xiàn)：緊貼鑄件的一層砂，強度很濕型在澆注后開箱時常常會發(fā)現(xiàn)：緊貼鑄件的一層砂，強度很高，幾乎不含水分；但距表面一定距離（高，幾乎不含水分；但距表面一定距離（25mm）的砂層，水分）的砂層，水分特別多，強度很低。這就是水分遷移造成的結(jié)果。特別多，強度很低。這就是水分遷移造成的結(jié)果。（1）砂型的區(qū)域劃分）砂型的區(qū)域劃分水分遷移后，根據(jù)

16、砂型中各層水分含量將砂型劃分成水分遷移后，根據(jù)砂型中各層水分含量將砂型劃分成4個區(qū)域：個區(qū)域： 名名 稱稱溫溫 度度水水 分分強強 度度界界 面面干砂區(qū)（烘干區(qū)）干砂區(qū)（烘干區(qū)） D 100 極少極少高高-蒸發(fā)蒸發(fā)-凝聚凝聚水分飽和凝聚區(qū)水分飽和凝聚區(qū) M約約100 多多很低很低水分未飽和凝聚區(qū)水分未飽和凝聚區(qū) U 100 較多較多較低較低未受影響區(qū)（正常區(qū)）未受影響區(qū)（正常區(qū)）G常溫常溫適宜適宜正常正常M區(qū)是高濕度、低強度區(qū)：區(qū)是高濕度、低強度區(qū)：l 抗拉強度低時，使抗拉強度低時，使D區(qū)脫離砂型區(qū)脫離砂型l 抗壓強度低時，使抗壓強度低時，使D區(qū)向里推移區(qū)向里推移（2）水分遷移過程）水分遷移過

17、程鑄型澆注時，鑄件鑄型澆注時，鑄件/鑄型界面處的砂型在熱作用下形成溫度場：鑄型界面處的砂型在熱作用下形成溫度場： 4. 熱膨脹和熱應(yīng)力熱膨脹和熱應(yīng)力熱膨脹熱膨脹材料受熱后發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。材料受熱后發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。 砂型受熱后，造型材料的體積將發(fā)生變化。砂型受熱后，造型材料的體積將發(fā)生變化。 （1）熱膨脹）熱膨脹u石英砂的熱膨脹量最大石英砂的熱膨脹量最大u鋯英砂的熱膨脹量最小鋯英砂的熱膨脹量最小所以石英砂鑄型易產(chǎn)生膨脹類缺陷。所以石英砂鑄型易產(chǎn)生膨脹類缺陷。對于粘土砂：對于粘土砂：體積變化體積變化石英砂石英砂粘粘 土土膨脹膨脹 （點陣拉長和相變）（點陣拉長和相變）收縮收縮 （失水）（失水

18、）砂型膨脹砂型膨脹砂多土少砂多土少膨脹量愈大膨脹量愈大u砂型溫度愈高砂型溫度愈高u熱變化率愈大熱變化率愈大影響砂型膨脹量的因素：影響砂型膨脹量的因素：u砂型緊實度大砂型緊實度大u原砂粒度大、粒度集中原砂粒度大、粒度集中u熱變化率大熱變化率大膨脹量大膨脹量大熱應(yīng)力熱應(yīng)力材料由于受熱而引起的應(yīng)力。材料由于受熱而引起的應(yīng)力。 （2）熱應(yīng)力）熱應(yīng)力u砂箱的阻礙砂箱的阻礙u鑄件結(jié)構(gòu)的阻礙鑄件結(jié)構(gòu)的阻礙熱壓應(yīng)力熱壓應(yīng)力 = f （砂型膨脹量、砂型韌性、砂型受阻程度）（砂型膨脹量、砂型韌性、砂型受阻程度）型砂在熱膨脹過程中如果受阻，則砂型將產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。型砂在熱膨脹過程中如果受阻，則砂型將產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。 愈

19、小愈小 愈小愈小 愈好愈好 愈弱愈弱注意：不是鑄型受熱溫度愈高熱壓應(yīng)力愈大。注意：不是鑄型受熱溫度愈高熱壓應(yīng)力愈大。因為熱壓應(yīng)力是鑄型膨脹量和鑄型韌性的函數(shù)，當溫度升高時，雖然因為熱壓應(yīng)力是鑄型膨脹量和鑄型韌性的函數(shù)，當溫度升高時，雖然膨脹量大，但韌性變好，反而使壓應(yīng)力小于低溫的。膨脹量大，但韌性變好，反而使壓應(yīng)力小于低溫的。 二、二、 膨脹類缺陷膨脹類缺陷由于砂型受熱膨脹而引起的鑄件缺陷主要有：由于砂型受熱膨脹而引起的鑄件缺陷主要有： 夾砂結(jié)疤、鼠尾、毛翅夾砂結(jié)疤、鼠尾、毛翅1. 夾砂結(jié)疤和鼠尾夾砂結(jié)疤和鼠尾濕型鑄造濕型鑄造中最常發(fā)生的缺陷。中最常發(fā)生的缺陷。 形成部位形成部位夾砂結(jié)疤夾砂結(jié)

20、疤鼠鼠 尾尾型腔下平面、澆冒口附近型腔下平面、澆冒口附近型腔上平面、澆冒口附近型腔上平面、澆冒口附近（1）特征）特征根據(jù)缺陷形成的不同階段，具有下列特征：根據(jù)缺陷形成的不同階段，具有下列特征： u鼠尾鼠尾型壁表面呈帶狀翹起，但不破裂型壁表面呈帶狀翹起，但不破裂u溝槽溝槽型壁表面呈帶狀凸起，但不破裂型壁表面呈帶狀凸起，但不破裂u夾砂夾砂凸起后破裂，但不折斷凸起后破裂，但不折斷u結(jié)疤結(jié)疤破裂后折斷破裂后折斷 （2）形成機理）形成機理在澆注過程中，砂型表層被金屬液烘烤加熱（主要是熱輻射），使砂型在澆注過程中，砂型表層被金屬液烘烤加熱（主要是熱輻射），使砂型里外層之間產(chǎn)生溫度差，導致：里外層之間產(chǎn)生溫

21、度差，導致： u水分遷移形成水分凝聚區(qū)；水分遷移形成水分凝聚區(qū)；u砂型里外層膨脹量不同且受阻而形成較大的表層（烘砂型里外層膨脹量不同且受阻而形成較大的表層（烘干層）熱壓應(yīng)力。干層）熱壓應(yīng)力。砂型受熱砂型受熱（形成溫度梯度）（形成溫度梯度）水分遷移水分遷移（形成（形成M區(qū)）區(qū)）砂型膨脹砂型膨脹（形成（形成D區(qū)熱壓應(yīng)力）區(qū)熱壓應(yīng)力）D區(qū)區(qū)M 區(qū)產(chǎn)生相對滑移趨勢區(qū)產(chǎn)生相對滑移趨勢鼠尾鼠尾當當M 區(qū)抗拉強度低時區(qū)抗拉強度低時D區(qū)區(qū)凸起凸起開裂開裂折斷折斷溝槽溝槽夾砂夾砂結(jié)疤結(jié)疤當當D區(qū)應(yīng)力區(qū)應(yīng)力 M 區(qū)剪切應(yīng)力時區(qū)剪切應(yīng)力時D區(qū)邊緣翹起區(qū)邊緣翹起夾砂結(jié)疤傾向夾砂結(jié)疤傾向D區(qū)熱壓應(yīng)力區(qū)熱壓應(yīng)力M區(qū)抗拉強

22、度（熱濕拉強度）區(qū)抗拉強度（熱濕拉強度）出發(fā)點：提高砂型的熱濕拉強度和降低熱壓應(yīng)力。出發(fā)點：提高砂型的熱濕拉強度和降低熱壓應(yīng)力。 （3）防止措施）防止措施l 原砂：原砂： 粒度分散，粒度分散，SiO2含量適當含量適當 l 粘土：粘土： 用用PNa或或PCa活化活化 l 附加物：附加物：l 水分：水分： 控制型砂含水量，降低含泥量控制型砂含水量，降低含泥量 造型材料方面：造型材料方面：煤煤 粉粉渣渣 油油熱濕拉強度熱濕拉強度少量少量熱壓強度熱壓強度大量大量出發(fā)點：提高砂型的熱濕拉強度和降低熱壓應(yīng)力。出發(fā)點：提高砂型的熱濕拉強度和降低熱壓應(yīng)力。 （3）防止措施）防止措施l縮短澆注時間；縮短澆注時間

23、；l合理設(shè)計澆注系統(tǒng)和選擇澆注位置；合理設(shè)計澆注系統(tǒng)和選擇澆注位置； （避免局部型壁烘烤時間過長和過熱）（避免局部型壁烘烤時間過長和過熱）l鑄型排氣通暢鑄型排氣通暢l鑄型緊實度均勻，不宜過大鑄型緊實度均勻，不宜過大 工藝方面：工藝方面：二、二、 膨脹類缺陷膨脹類缺陷由于鑄型受熱膨脹而引起的鑄件缺陷主要有：由于鑄型受熱膨脹而引起的鑄件缺陷主要有： 夾砂結(jié)疤、鼠尾、毛翅夾砂結(jié)疤、鼠尾、毛翅2. 毛翅毛翅樹脂砂樹脂砂中最常發(fā)生的缺陷。中最常發(fā)生的缺陷。 金屬液滲入到由熱應(yīng)力引起的砂型（芯）表面層裂紋中金屬液滲入到由熱應(yīng)力引起的砂型（芯）表面層裂紋中而形成的表面缺陷。而形成的表面缺陷。 三、金屬液對鑄

24、型的機械作用三、金屬液對鑄型的機械作用 1. 金屬液對砂型表面的沖刷和沖擊作用金屬液對砂型表面的沖刷和沖擊作用 l澆注時的沖刷和沖擊澆注時的沖刷和沖擊l凝固前的靜壓力。凝固前的靜壓力。流動金屬對型壁的摩擦力。流動金屬對型壁的摩擦力。 （1）沖刷）沖刷u鑄型表面高溫強度鑄型表面高溫強度 低低u鑄型激冷作用鑄型激冷作用 弱弱u合金澆注溫度合金澆注溫度 高高抗沖刷能力抗沖刷能力 差差金屬液對型壁表面的作用力為：金屬液對型壁表面的作用力為： （2）沖擊）沖擊u鑄型表面高溫強度鑄型表面高溫強度 低低u合金澆注速度合金澆注速度 快快u流動方向流動方向 正正抗沖擊能力抗沖擊能力 差差gFvP2動當鑄型表面的

25、抗沖刷沖擊能力差時，型壁表面就可能被破壞。當鑄型表面的抗沖刷沖擊能力差時，型壁表面就可能被破壞。2. 砂眼砂眼鑄件表面或內(nèi)部充塞著型砂的空洞，也稱砂孔。鑄件表面或內(nèi)部充塞著型砂的空洞，也稱砂孔。 這是濕型鑄造的常見缺陷這是濕型鑄造的常見缺陷 u表面質(zhì)量差表面質(zhì)量差（1）對鑄件質(zhì)量的影響）對鑄件質(zhì)量的影響u鑄件滲漏鑄件滲漏u應(yīng)力集中應(yīng)力集中2. 砂眼砂眼鑄件表面或內(nèi)部充塞著型砂的空洞，也稱砂孔。鑄件表面或內(nèi)部充塞著型砂的空洞，也稱砂孔。 這是濕型鑄造的常見缺陷這是濕型鑄造的常見缺陷 散落砂散落砂沖砂沖砂（2）形成原因）形成原因未排除未排除砂眼砂眼2. 砂眼砂眼鑄件表面或內(nèi)部充塞著型砂的空洞，也稱

26、砂孔。鑄件表面或內(nèi)部充塞著型砂的空洞，也稱砂孔。 這是濕型鑄造的常見缺陷這是濕型鑄造的常見缺陷 u提高鑄型表面強度：提高鑄型表面強度： 型砂配方合理、刷涂料型砂配方合理、刷涂料（3）防止措施）防止措施u合理設(shè)置澆冒口：合理設(shè)置澆冒口： 底注、緩流、排渣冒口底注、緩流、排渣冒口u嚴格執(zhí)行操作規(guī)程：嚴格執(zhí)行操作規(guī)程： 注意清理散落砂注意清理散落砂3. 型壁移動型壁移動型壁在液態(tài)金屬壓力的作用下發(fā)生退讓（位移）的型壁在液態(tài)金屬壓力的作用下發(fā)生退讓（位移）的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。四、氣體和侵入性氣孔四、氣體和侵入性氣孔 1. 砂型中的氣體砂型中的氣體 （1）氣體來源）氣體來源u型腔、微孔中的空氣型腔、微孔中的空

27、氣u澆注時卷進的空氣澆注時卷進的空氣u熱作用下砂型產(chǎn)生的氣體：熱作用下砂型產(chǎn)生的氣體： H2O、 H2、CO、CO2、N2、CH4u金屬凝固析出的氣體金屬凝固析出的氣體（2）界面氣氛）界面氣氛根據(jù)澆注時產(chǎn)生的各種氣體含量的不同，金屬與砂型的根據(jù)澆注時產(chǎn)生的各種氣體含量的不同，金屬與砂型的界面可有界面可有三種氣氛三種氣氛：界面氣氛影響著金屬與鑄型的界面作用。界面氣氛影響著金屬與鑄型的界面作用。 u還原性氣氛還原性氣氛CO, H2 為主為主u氧化性氣氛氧化性氣氛CO2, O2 為主為主u中性氣氛中性氣氛 N2 為主為主（3）氣孔分類）氣孔分類u析出性氣孔析出性氣孔金屬液在凝固時由于溶解度的降低析金

28、屬液在凝固時由于溶解度的降低析出氣體而形成的氣孔。出氣體而形成的氣孔。 u反應(yīng)性氣孔反應(yīng)性氣孔金屬液的某些成分之間或金屬液與造金屬液的某些成分之間或金屬液與造型材料、冷鐵、熔渣進行化學反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的型材料、冷鐵、熔渣進行化學反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔。氣孔。 u侵入性氣孔侵入性氣孔造型材料在熱作用下產(chǎn)生的氣體以及造型材料在熱作用下產(chǎn)生的氣體以及空氣侵入金屬液中而形成的氣孔?？諝馇秩虢饘僖褐卸纬傻臍饪?。 根據(jù)氣孔中氣體的來源將氣孔分為三類：根據(jù)氣孔中氣體的來源將氣孔分為三類： 2. 侵入性氣孔侵入性氣孔 2. 侵入性氣孔侵入性氣孔 （1）氣孔特點）氣孔特點 形成部位形成部位 氣體來源氣體來

29、源 特征特征l 澆注位置的上表面澆注位置的上表面l 靠近砂芯的表面靠近砂芯的表面l 型、芯產(chǎn)生的氣體型、芯產(chǎn)生的氣體l 卷入的氣體卷入的氣體l 數(shù)量少，容積大數(shù)量少，容積大l 孔壁光滑，表面氧化孔壁光滑，表面氧化l 呈梨形、橢圓形、圓形呈梨形、橢圓形、圓形（2）形成機理）形成機理氣孔形成條件氣孔形成條件腔阻靜氣PPPP式中：式中：型腔中金屬液面壓力氣泡進入金屬液的阻力氣泡處的金屬靜壓力界面處氣泡壓力腔阻靜氣PrPghPP)2()(2. 侵入性氣孔侵入性氣孔 關(guān)于四種壓力在澆注過程中的變化見下圖：關(guān)于四種壓力在澆注過程中的變化見下圖：關(guān)于四種壓力在澆注過程中的變化見下圖：關(guān)于四種壓力在澆注過程中

30、的變化見下圖：鑄型的發(fā)氣性、透氣性對氣孔的產(chǎn)生影響很大鑄型的發(fā)氣性、透氣性對氣孔的產(chǎn)生影響很大 ： u發(fā)氣速度發(fā)氣速度 快快u發(fā)氣量發(fā)氣量 大大u發(fā)氣溫度發(fā)氣溫度 低低易產(chǎn)生氣孔易產(chǎn)生氣孔氣孔形成的影響因素氣孔形成的影響因素 ： u鑄型特性：鑄型特性： 發(fā)氣性、透氣性發(fā)氣性、透氣性u金屬液特性：金屬液特性： 粘度、表面張力、潤濕角粘度、表面張力、潤濕角 u澆注條件：澆注條件： 澆注溫度、澆注位置、冒口設(shè)置澆注溫度、澆注位置、冒口設(shè)置（3）防止措施）防止措施 控制鑄型發(fā)氣性控制鑄型發(fā)氣性 增加鑄型透氣性增加鑄型透氣性 降低澆注溫度降低澆注溫度l 減少發(fā)氣物質(zhì)減少發(fā)氣物質(zhì)l 降低發(fā)氣速度降低發(fā)氣速

31、度l 提高發(fā)氣溫度提高發(fā)氣溫度l 扎氣眼扎氣眼l 使用透氣性好的背砂使用透氣性好的背砂3.3 3.3 液態(tài)金屬與鑄型的化學和物理化學作用液態(tài)金屬與鑄型的化學和物理化學作用一、一、 反應(yīng)性氣孔反應(yīng)性氣孔反應(yīng)性氣孔是由于液體金屬與鑄型界面的物質(zhì)發(fā)生氣體反反應(yīng)性氣孔是由于液體金屬與鑄型界面的物質(zhì)發(fā)生氣體反應(yīng)造成的。應(yīng)造成的。通常發(fā)生在通常發(fā)生在鑄鋼件和球墨鑄鐵件鑄鋼件和球墨鑄鐵件中，中，樹脂砂生產(chǎn)的鑄件樹脂砂生產(chǎn)的鑄件也也易產(chǎn)生。易產(chǎn)生。1. 氣孔特點氣孔特點 形成部位形成部位 孔中氣體成分孔中氣體成分 特征特征l 分布均勻、致密，空洞細長分布均勻、致密，空洞細長l 孔壁光滑，表面未氧化孔壁光滑，表

32、面未氧化鑄件表皮下鑄件表皮下13mm處處。所以也稱。所以也稱皮下氣孔皮下氣孔。 H2 CO N22. 形成機理形成機理 金屬液與界面氣體反應(yīng)形成氣泡核心，金屬液中的氣體金屬液與界面氣體反應(yīng)形成氣泡核心，金屬液中的氣體向氣泡核心擴散使其長大形成氣泡。向氣泡核心擴散使其長大形成氣泡。 根據(jù)形核氣體的不根據(jù)形核氣體的不同，同，氣孔形成機理分為：氣孔形成機理分為： l CO 學說學說l H 學說學說l N 學說學說各種學說適合各自的合金材質(zhì)和造型材料。各種學說適合各自的合金材質(zhì)和造型材料。二、二、 粘砂現(xiàn)象粘砂現(xiàn)象粘砂粘砂鑄件表面上粘附著一層難以清除的砂?；蚝拔镔|(zhì)。鑄件表面上粘附著一層難以清除的砂粒

33、或含砂物質(zhì)。二、二、 粘砂現(xiàn)象粘砂現(xiàn)象粘砂粘砂鑄件表面上粘附著一層難以清除的砂?；蚝拔镔|(zhì)。鑄件表面上粘附著一層難以清除的砂粒或含砂物質(zhì)。l 降低表面質(zhì)量降低表面質(zhì)量l 增加清理難度增加清理難度l 不利機械加工不利機械加工u 對鑄件質(zhì)量的影響對鑄件質(zhì)量的影響鑄件厚壁處鑄件厚壁處澆冒口附近澆冒口附近凹槽凹槽小芯表面小芯表面u 形成部位形成部位熱作用劇烈或時間長熱作用劇烈或時間長1. 粘砂的類型及鑒別粘砂的類型及鑒別 （1） 類型類型機械粘砂機械粘砂金屬滲入砂型微孔中，將砂粒鉤聯(lián)下來。金屬滲入砂型微孔中，將砂粒鉤聯(lián)下來?；瘜W粘砂化學粘砂金屬氧化物滲入砂型微孔中并與砂粒起反應(yīng)。金屬氧化物滲入砂型微孔

34、中并與砂粒起反應(yīng)。（2） 鑒別鑒別部位部位方法方法機械粘砂機械粘砂化學粘砂化學粘砂鑄件表面鑄件表面肉眼觀察肉眼觀察白色毛刺白色毛刺灰黑蜂窩狀灰黑蜂窩狀金相觀察金相觀察分清砂與金屬分清砂與金屬分不清分不清粘砂層粘砂層測電阻測電阻小小大大化學法化學法剩單個砂粒剩單個砂粒剩連體物剩連體物2. 機械機械粘砂粘砂也稱也稱滲透粘砂、物理粘砂滲透粘砂、物理粘砂粘砂程度的評價：粘砂程度的評價：用金屬滲入到砂型微孔中的深度來評價。用金屬滲入到砂型微孔中的深度來評價。 滲入深度滲入深度 半層砂粒半層砂粒 兩層砂粒兩層砂粒粘砂程度粘砂程度表面粗糙表面粗糙輕度粘砂輕度粘砂嚴重粘砂嚴重粘砂（1） 形成機理形成機理毛細理

35、論：毛細理論： 機械粘砂是金屬液與型砂微孔的毛細現(xiàn)象引起的機械粘砂是金屬液與型砂微孔的毛細現(xiàn)象引起的。 金屬液在靜壓力、動壓力和砂型毛細管作用下，向砂型微孔中深入，這金屬液在靜壓力、動壓力和砂型毛細管作用下，向砂型微孔中深入，這時界面存在著下列力：時界面存在著下列力： 型腔中金屬液面壓力的毛細壓力金屬液與砂型微孔作用壓力界面處砂型微孔中氣體和金屬液的動、靜壓力之腔毛氣金PPPP力的平衡：力的平衡：氣腔毛金PPPP金屬液能夠滲入砂型微孔的金屬液能夠滲入砂型微孔的臨界壓力為臨界壓力為 ：毛腔氣臨PPPP滲入條件：滲入條件：rPPPPcos2腔氣臨金砂型微孔半徑；金屬液對砂型的潤濕角金屬液界面張力；

36、式中：r滲入條件：滲入條件：rPPPPcos2腔氣臨金工業(yè)純鐵對有關(guān)材料的潤濕角：工業(yè)純鐵對有關(guān)材料的潤濕角：氧化性氣氛氧化性氣氛弱氧化性氣氛弱氧化性氣氛中性氣氛中性氣氛石英砂石英砂5283110鎂鎂 砂砂92107113（2） 影響因素影響因素 金屬液凝固時間金屬液凝固時間 砂型特點砂型特點 界面特性界面特性 金屬液靜壓力金屬液靜壓力l 澆注溫度高澆注溫度高l 鑄件熱節(jié)大鑄件熱節(jié)大l 激冷能力差，發(fā)氣量小激冷能力差，發(fā)氣量小l 微孔尺寸大微孔尺寸大l 表面張力表面張力l 界面潤濕性界面潤濕性熱作用時間長熱作用時間長 易粘砂易粘砂易粘砂易粘砂l(fā) 鑄件高度鑄件高度l 澆注位置澆注位置（3） 防治

37、措施防治措施 縮小砂型孔隙縮小砂型孔隙 縮短熱作用時間縮短熱作用時間 加附加物加附加物 調(diào)整金屬液靜壓力調(diào)整金屬液靜壓力l 使用細砂使用細砂l(fā) 提高緊實度提高緊實度l 刷涂料刷涂料l 控制澆注溫度控制澆注溫度l 鑄型表面使用激冷材料鑄型表面使用激冷材料l 改善界面潤濕條件改善界面潤濕條件l 適當增加發(fā)氣量適當增加發(fā)氣量煤粉、重油、煤泥（鑄鐵件）煤粉、重油、煤泥（鑄鐵件）3. 化學化學粘砂粘砂化學粘砂是化學粘砂是鑄鋼件和大型鑄鐵件鑄鋼件和大型鑄鐵件容易產(chǎn)生的鑄造缺陷，一般容易產(chǎn)生的鑄造缺陷，一般分為易分為易剝離型和難剝離型剝離型和難剝離型。 （1） 粘砂層結(jié)構(gòu)粘砂層結(jié)構(gòu)l Fe3O4l Fe2O

38、3l FeO粘砂層粘砂層 = 金屬氧化層金屬氧化層 + 燒結(jié)層（低熔點化合物）燒結(jié)層（低熔點化合物） 金屬氧化層金屬氧化層在不同的澆注條件下（鑄件材質(zhì)、鑄型種類），各種氧化鐵的相對含量不同。在不同的澆注條件下（鑄件材質(zhì)、鑄型種類），各種氧化鐵的相對含量不同。如果界面氧化性氣氛很強，則由低價如果界面氧化性氣氛很強，則由低價轉(zhuǎn)化為高價氧化鐵的量就多轉(zhuǎn)化為高價氧化鐵的量就多 。三種氧化鐵的性能：三種氧化鐵的性能： 氧化物氧化物熔點熔點 組織組織對石英的對石英的潤濕性潤濕性結(jié)晶時結(jié)晶時體積變化體積變化FeO1370致密致密潤濕潤濕小小Fe3O41590疏松疏松不潤濕不潤濕大大Fe2O3 1600疏松疏松不潤濕不潤濕大大l 正硅酸鐵（正硅酸鐵（2FeO.SiO2） 晶體晶體 粘砂層粘砂層 = 金屬氧化層金屬氧化層 + 燒結(jié)層（低熔點化合物）燒結(jié)層（低熔點化合物） 燒結(jié)層燒結(jié)層硅酸鐵硅酸鐵FeO與造型材料發(fā)生反應(yīng)，可生成：與造型材料發(fā)生反應(yīng)，可生成： 其它