濕型砂解析參考課件.ppt

1、第二篇 砂型和砂芯的制造,第一章 濕砂型鑄造,1,第一節(jié) 濕型鑄造特點(diǎn),1. 粘土型砂可分為：,濕型（潮型）砂型不烘干，直接澆,干型合型和澆注前送窯烘干。,表面烘干型型腔表層烘干一定深度。,2. 按造型可分為：,背砂填在面砂背面起填充作用的型砂。,單一砂 不分面砂和背砂，只一種造型砂。,面砂造型時(shí)鋪覆在模樣表面，構(gòu)成型腔表面層的型砂。,2,3.濕型鑄造法,基本特點(diǎn)：型（芯）無需烘干，不存在硬化過程。,主要優(yōu)點(diǎn)： 生產(chǎn)靈活，效率高，成本低，周期短； 易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化； 省烘干設(shè)備、燃料、電力及空間； 砂箱使用壽命長； 容易落砂。,主要缺點(diǎn)：易夾砂結(jié)疤、粘砂、氣孔、砂眼、脹砂等。,應(yīng)用范圍：流

2、水生產(chǎn)和手工造型 500Kg以下的鑄件。,3,4.表干型鑄造法,基本特點(diǎn)：表面層強(qiáng)度高、濕度小，澆注質(zhì)大鑄件時(shí)不易產(chǎn) 生氣孔、粘砂、夾砂、沖砂等缺陷。,工藝規(guī)范：砂型表層烘干520，或自然干燥。,技術(shù)要求：采用粗砂，型砂水分要嚴(yán)格控制，在造型、制芯、合型、澆注等嚴(yán)格。,4,5.干型鑄造法,基本特點(diǎn): 粘土砂濕型烘干 。,主要優(yōu)點(diǎn)：提高強(qiáng)度、透氣性、降發(fā)氣量，減少氣孔、砂眼、粘砂、夾砂等缺陷，涂料改善鑄件表面。,主要缺點(diǎn)：需烘干設(shè)備，燃料，吊車周期，砂箱壽命，成本增加，生產(chǎn)率降低，落砂比較困難，灰塵。,應(yīng)用范圍：表面質(zhì)量要求高，或結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的單件或小批生產(chǎn)及大型、重型鑄件。,5,一、型（芯）砂

3、應(yīng)具備的性能,（1）造型、制芯和合型階段對型砂性能的要求。,1.濕度：濕態(tài)強(qiáng)度和韌性，粘土砂須含適量水分。,2.流動(dòng)性：型（芯）砂沿模樣（或芯盒表面）和砂粒間相對移動(dòng)的能力。,3.強(qiáng)度：型砂、芯砂抵抗外力破壞的能力。,4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下變形并保持形狀的能力。,第二節(jié) 濕型砂性能、檢測及方法,6,5.韌性：韌性是指型砂抵抗外力破壞的性能。,6.不粘模性：型（芯）砂粘附模樣或芯盒表面的性質(zhì)。,（2）鑄件澆注、冷卻、落砂、清理要求。,1.耐火度：型（芯）砂抵抗高溫作用的性能。,2.透氣性：砂型讓氣體通過而逸出的能力。,3.發(fā)氣量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有機(jī)物（如重油、瀝青等）受熱

4、揮發(fā)氣體量稱發(fā)氣量；,4.退讓性：型砂隨鑄件收縮而體積減小的能力,5.潰散性：型芯砂在清理時(shí)的潰散性能。,7,2.1 水分、最適宜干濕程度和緊實(shí)率 （1）水分： 型砂中含水質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 測定：稱50g型砂，紅外烘干105-110，4-8min至恒重，稱量質(zhì)量變化。 X=（G-G1）/G100% 局限性：只表達(dá)水的絕對數(shù)量，不代表型砂的干濕程度。 （2） 手捏感覺 型砂是否容易成團(tuán)、是否沾手。 易成團(tuán)，不沾手，有柔和感覺，砂團(tuán)上的手指痕跡清晰。 局限性：憑經(jīng)驗(yàn)、不夠準(zhǔn)確穩(wěn)定，不能定量，欠科學(xué)。,8,(在線老工人經(jīng)常用，如若掌握，則比水分定量要準(zhǔn)確),9,（3）緊實(shí)率：用1MPa的壓力緊實(shí)，測量緊實(shí)

5、前后高度的變化率。GB2684-81。 緊實(shí)率=（筒高-緊實(shí)距離）/筒高100%,10,依據(jù)：較干的型砂堆得密實(shí)，相同緊實(shí)力下的緊實(shí)率高，韌性差，起模易損破；較濕的型砂流動(dòng)性差，緊實(shí)率低，鑄件易產(chǎn)生氣孔、脹砂、夾砂、表面粗糙。 因此，根據(jù)緊實(shí)率的大小，可以檢查出型砂水分是否合適，并規(guī)定在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)。 應(yīng)用：根據(jù)緊實(shí)率范圍控制的加水量，稱為最適宜水分。如：手工造型用型砂，最適宜的緊實(shí)率50%左右，高壓造型為35-45%，擠壓造型為35-40%。,11,2.2 透氣性 （1）概念：緊實(shí)的型砂能讓氣體通過而逸出的能力，用透氣率表示。 對鑄造的影響：過低會產(chǎn)生氣孔、嗆火、澆不足；過高表明砂粒間空隙

6、較大，金屬液易滲入，造成表面粗糙、粘砂。 影響透氣性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘結(jié)劑及加入量、緊實(shí)度。 （2） 測量方法 原理：通過在一定條件下氣體流過試樣時(shí)所受到的阻力的大小來間接反映。用在單位壓力下通過單位面積和單位長度試樣的氣體量來度量。,12,測量方法 標(biāo)準(zhǔn)法：如圖2-1-2，在水封鐘罩內(nèi)吸入2000cm3空氣，造成10g/cm2的壓力條件，用秒表測出在該壓力下2000cm3空氣通過試樣流出的時(shí)間t，并記下氣壓計(jì)讀數(shù)（p）,13,透氣率 k=VH/Spt 式中: V-通過試樣的空氣體積，2000cm3； p-試樣前壓力（1mmH2O=9.806Pa）； H-試樣高度（cm）

7、； S-試樣截面積（cm2）； t-2000cm3空氣通過試樣的時(shí)間（min）。,14,2.3 濕態(tài)強(qiáng)度 （1） 對鑄造過程的影響：承受工序中的機(jī)械力、澆注時(shí)的沖刷、靜壓力。 過低：塌箱、砂眼、脹砂、跑火。 過高：增加粘土和最適宜含水量，降低透氣性；提高成本；增加混砂、緊實(shí)、落砂困難。 （2） 測量：用標(biāo)準(zhǔn)試樣在外力作用下遭到破壞時(shí)的應(yīng)力值表示。MPa、KPa。 指標(biāo)：濕態(tài)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度,15,濕壓強(qiáng)度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用時(shí)能保持型腔（或砂芯）形狀的能力。 普通機(jī)器造型控制在0.06-0.12MPa， 高密度造型控制在0.09-0.20MPa。 許多情況

8、下，砂型破壞是由拉應(yīng)力引起的。當(dāng)型砂中粉塵和死粘土含量高時(shí)，雖然濕態(tài)抗壓強(qiáng)度高，但是濕拉強(qiáng)度和變形量很低，可塑性差，很容易破壞，使造型操作困難，并引起鑄造缺陷。 單純地用濕態(tài)抗壓強(qiáng)度衡量型砂性能并不太合適，引入劈裂強(qiáng)度的概念。,16,劈裂強(qiáng)度（如圖2-1-3所示） 在標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣的徑向加栽，使試樣沿其軸向平面斷裂。劈裂強(qiáng)度可以按照下式計(jì)算： sF=2F/dL sF型砂濕態(tài)劈裂強(qiáng)度（MPa） F劈裂載荷（N）； d試樣直徑，為50mm； L試樣高，為50mm。 劈裂強(qiáng)度可以更正確、更可靠地說明型砂中粘土的粘結(jié)作用。,17,注意：型砂強(qiáng)度是指整體強(qiáng)度，反映表面強(qiáng)度常用表面硬度計(jì)。,18,2.4 流

9、動(dòng)性 （1） 概念：型砂在自重或外力作用下，沿模樣或砂粒間移動(dòng)的能力。 （2） 對造型（芯）的影響：均勻性、光滑性、緊實(shí)力、生產(chǎn)率。 （3） 測量（無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）,（4）影響流動(dòng)性的因素：原砂的形狀、大小、表面狀態(tài)，粘結(jié)劑的性質(zhì)、混砂質(zhì)量。形態(tài)圓、粒度大而集中的砂粒流動(dòng)性好。,19,階梯試樣硬度差法 測量A、B點(diǎn)的硬度，對比兩點(diǎn)的硬度差。差值小說明型砂的流動(dòng)性好，差值大說明流動(dòng)性差。 思考：流動(dòng)性對緊實(shí)度的影響,20,側(cè)孔法： 拔出柱塞，頂出試樣，稱量被擠出的型砂多少，數(shù)量越大流動(dòng)性越好。,21,環(huán)形空腔法： 沖擊3次后看h的大小， h越小進(jìn)入圓環(huán)中的型砂越多，流動(dòng)性越好。 檢測有凹槽、窄縫模樣

10、，及要求輪廓非常清晰的砂型（芯）。,22,2.5 起模性、變形量、韌性和破碎指數(shù) 起模性：表示起模時(shí)模樣或模板與砂型分離時(shí)是否容易損壞（開裂、掉砂）。起模性的好壞與型砂的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度是兩種絕然不同的特性。 影響因素：拉應(yīng)力、受力破碎前的變形量。 變形量：在測定型砂抗拉強(qiáng)度時(shí)，試樣破碎前的變形，一般很小。 韌性：型砂的濕壓強(qiáng)度（MPa）變形量（cm）乘1000。它表示了型砂由于塑性變形而能吸收能量的性質(zhì)。,23,韌性的測定 落球法：標(biāo)準(zhǔn)抗壓試樣、50mm，510克鋼球，12.7mm的篩。 破碎指數(shù)：留在篩網(wǎng)上的型砂質(zhì)量占試樣質(zhì)量的比值。 表示在沖擊條件下的韌性 高，表示型砂的起模性好，過高，流動(dòng)

11、性差，不夠致密。 跌碎法：試樣從1.8米的高度直接墜落到鐵砧上。,24,其它新方法 我國新研制的型砂壓力變形曲線測試儀。,25,2.6 抗夾砂結(jié)疤缺陷的能力 （1） 夾砂類缺陷產(chǎn)生的原因 水分遷移：使凝聚區(qū)的熱濕拉強(qiáng)度降低，控制熱濕拉強(qiáng)度是控制夾砂結(jié)疤類缺陷的關(guān)鍵。 熱壓應(yīng)力：石英573急熱相變出現(xiàn)較大的熱膨脹受到阻抑后產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致膨脹變形、破裂，控制熱應(yīng)力。,26,（2）測量 測熱濕拉強(qiáng)度 見圖2-1-9。模擬金屬澆入鑄型后型砂的受熱情況。濕型砂試樣50mm50mm，加熱板溫度32010，緊貼20-30s，形成5mm左右的干砂層及水分凝聚區(qū)，測定熱濕拉強(qiáng)度。,27,（3）其它方法 激熱性能

12、試驗(yàn)法： 圓餅形型砂試樣，開V形槽，在13000C，的高溫下烘烤。觀測型砂表面開始脫落的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間脫落或者開裂下垂1mm的時(shí)間越長，說明抗夾砂結(jié)疤能力越好。,28,2.7 發(fā)氣量和有效煤粉含量（鑄鐵用濕型砂） （1）目的：防止機(jī)械粘砂 （2）煤粉及附加物可防止機(jī)械粘砂的機(jī)理： 澆注烘烤大量揮發(fā)分分解反應(yīng)砂粒表面沉積形成光澤碳防止機(jī)械粘砂，提高表面光潔度。,29,方法二：稱取經(jīng)過干燥的型砂，盛入小舟推入850管式加熱爐加熱產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷凝進(jìn)入帶刻度的玻璃管中測量大氣壓力下型砂的發(fā)氣體積。,（3）測量 方法一：采用測定型砂發(fā)氣性的辦法，將定量待測樣品在密閉系統(tǒng)中加熱，測定氣體的容積或壓力，或稱量

13、殘留物的質(zhì)量，判斷發(fā)氣量大小。,30,31,小 結(jié) 1 了解濕型鑄造的特點(diǎn)； 2 掌握型砂的七個(gè)方面的性能； 3 熟悉型砂性能對鑄造質(zhì)量的影響； 4 了解型砂性能的測試方法。,32,一、鑄造用原砂,1.石英質(zhì)原砂及應(yīng)用,石英砂以石英為主要礦物成分的天然硅砂。,特點(diǎn)：資源豐富，分布廣易開采，價(jià)低，滿足要求。,天然硅砂形成：由火成巖風(fēng)化形成。,第三節(jié) 濕型砂用原料及質(zhì)量要求,33,火成巖組成及風(fēng)化：火成巖重的花崗巖是由石英、長石、黑云母等礦物顆粒組成。火成巖經(jīng)過長期風(fēng)化作用后，花崗巖中的石英由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和較堅(jiān)硬，風(fēng)化時(shí)成分不變，僅被破碎成細(xì)粒；花崗巖中的長石、云母，一部分通過化學(xué)風(fēng)化變成粘土，

14、另一部分未被化學(xué)風(fēng)化，混在砂子中。,34,山砂風(fēng)化后的產(chǎn)物或就地貯集的砂礦稱為山砂，含泥分較多， 粒形不規(guī)則，如江蘇六合紅砂、河北唐山紅砂等。,河砂、湖砂、海砂經(jīng)過水力搬運(yùn)，含泥量少，顆粒較圓，粒度均勻，海砂如北戴河砂、新會砂、福建東山砂；湖砂如江西都昌砂、星子砂；河砂如上海吳淞砂、河南鄭庵 砂；,風(fēng)砂經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)的砂稱為風(fēng)積砂。內(nèi)蒙古通遼市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等處的砂子為風(fēng)積砂，其顆粒形狀更圓整而均勻。,35,石英砂巖 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。,石英巖 沉

15、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(jiān)固整體的巖石則稱為石英巖。這種石英巖通常含有很高的SiO2，質(zhì)地極為堅(jiān)硬。經(jīng)過人工破碎、篩分后就可得到人造硅砂（或稱為人造石英砂）。,36,對鑄造用原砂質(zhì)量要求,（1）含泥量含泥量指原砂中直徑小于0.02mm（20m）的細(xì)顆粒的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其中既有粘土，也包括細(xì)的砂子和其它非粘土質(zhì)點(diǎn)。,檢測方法：利用不同顆粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，可將原砂中顆粒直徑20m 與直徑20m的顆粒分開。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(shí)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(jì)

16、算出原砂含泥量。,37,鑄造用硅砂分級： 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T94421998的規(guī)定，鑄造用硅砂按SiO2含量可分為五級。,表1-1 鑄造用硅砂按SiO2含量分級,38,（2）原砂的顆粒組成,原砂的顆粒組成（粒度）砂粒的粗細(xì)程度和分布,測定方法：篩分法，用一套（11 個(gè)）篩孔尺寸自大而小的鑄造用試驗(yàn)篩來篩分已洗去泥分的干砂樣。,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鑄造用試驗(yàn)篩篩子序號和篩孔尺寸：,表1-2 鑄造用試驗(yàn)篩篩子序號和篩孔尺寸,(單位：mm),39,40,原砂粗細(xì)和顆粒分布特征的表示方法,1）符號表示法。將鑄造用試驗(yàn)篩篩分后所得到的各篩子上砂子質(zhì)量，選出余留量之和為最大值的相鄰三篩，即得該砂樣的主要粒度組

17、成部分，用相鄰三篩的中間篩孔尺寸(單位為mm)小數(shù)點(diǎn)后的兩位數(shù)作為粒度分組代號。,表1-3 鑄造用硅砂按粒度分組,41,2）列表法。列表法是用表格列出各篩上砂粒余留量，以表示粒度組成。,表1-4 江西湖口砂的顆粒組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）,（3）原砂的顆粒形狀 ：用光學(xué)顯微鏡或掃描電鏡觀察，可清楚看出砂粒的輪廓形狀（即“粒形”）。,鑄造常用原砂的主要顆粒分類法 ：,按粒形：尖角、角、半角、半圓、圓、很圓形六種；,按圓球度：高球形、半球形、少球形三級；,按粒形：圓形、鈍角形、尖角形三種，用符號“”、“”、“”表示 。,42,圖1-2 原砂粒形分類,43,角形因數(shù)分類,角形因數(shù)E硅砂實(shí)際比表面積與理論計(jì)算（

18、球形）比表面積的比值。,圓形1.01.3，多角形1.31.6，尖角形1.6。,濕型砂原砂越圓，越易緊實(shí)，透氣越低；砂粒更靠近，粘結(jié)橋較多且完善，因而強(qiáng)度更高。,在粘結(jié)劑加入量相同的情況下，用圓粒砂的試樣緊實(shí)程度高，而且砂粒實(shí)際比表面積小，所以比尖角形砂強(qiáng)度高很多。,44,表1-5 鑄造用硅砂按角形因數(shù)分類,鑄造用硅砂牌號表示方法為：,例：ZGS93-40/100（53）,45,（4）硅砂的選用,根據(jù)鑄件質(zhì)量、壁厚、合金、鑄型（濕、干、表干型）、造型方法（手工或機(jī)器造型）來考慮，及來源和成本。,鑄鐵件用原砂選用,澆溫1400左右，對原砂耐火度要求較低。,大件可用表1-1中的93、90號硅砂，小件可用85號硅砂。 刷涂料的干型和表干型多用粗砂，表干型可用表1-3中的85、60、42號原砂，干型可用60、42、30號原砂。,濕型用較細(xì)原砂，表面要求高的不加工小件，應(yīng)選用特細(xì)原砂，可選用21、15、10號原砂。,46,鑄鋼件原砂選用,澆溫1500左右，含碳低缺還原氣氛，易氧化而化學(xué)粘砂。要求原砂SiO2含量高，有害雜質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格控制。,有色金屬鑄件原砂選用,鑄銅澆溫1200左右，對原砂化學(xué)成分要求不高，銅合金流動(dòng)