材料精確成形技術(shù)：第五講 砂型鑄造

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1、砂型造型材料砂型造型材料材料精確成形技術(shù)材料精確成形技術(shù)第五講第五講造型、造芯方法造型、造芯方法物理固結(jié)物理固結(jié)化學(xué)粘結(jié)化學(xué)粘結(jié)機(jī)械粘結(jié)機(jī)械粘結(jié)真空實型真空實型磁型磁型模具內(nèi)冷硬模具內(nèi)冷硬模具內(nèi)熱硬模具內(nèi)熱硬模具外熱硬模具外熱硬粘土砂粘土砂烘爐內(nèi)硬化烘爐內(nèi)硬化溫芯盒溫芯盒熱芯盒熱芯盒熱殼熱殼自硬法自硬法氣硬法氣硬法鑄型按粘結(jié)力產(chǎn)鑄型按粘結(jié)力產(chǎn)生的機(jī)制分類生的機(jī)制分類:砂型鑄造材料砂型鑄造材料砂型鑄造：砂型鑄造：用型砂作材料制備鑄型的鑄用型砂作材料制備鑄型的鑄造方法。造方法。鑄型材料鑄型材料:把把耐火材料耐火材料(骨干材料骨干材料)、粘結(jié)粘結(jié)劑劑，必要時再加少量的，必要時再加少量的水水和和附加物

2、附加物均勻均勻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:用于鑄型的顆粒較大的耐火材料顆粒，是鑄用于鑄型的顆粒較大的耐火材料顆粒，是鑄型中用量最大的原材料。型中用量最大的原材料。粉料：粉料：用于涂料的顆粒較小的用于涂料的顆粒較小的耐火材料顆粒耐火材料顆粒。粘結(jié)劑：粘結(jié)劑：將這些耐火材料顆粒結(jié)合到一起的材料。將這些耐火材料顆粒結(jié)合到一起的材料。附加物：附加物：為了改善鑄型材料的性能而加入的某些起為了改善鑄型材料的性能而加入的某些起輔助作用的材料。輔助作用的材料。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積砂沉積砂砂巖砂砂巖砂石英砂石英砂非硅砂非硅砂鎂砂鎂砂橄欖石

3、砂橄欖石砂鋯砂鋯砂鉻鐵礦砂鉻鐵礦砂石灰石砂石灰石砂熟料砂熟料砂剛玉砂剛玉砂鈦鐵礦砂鈦鐵礦砂鋁礬土砂鋁礬土砂原砂原砂常用材料常用材料 內(nèi)蒙大林砂是標(biāo)準(zhǔn)砂內(nèi)蒙大林砂是標(biāo)準(zhǔn)砂江西湖口砂江西湖口砂江蘇六合紅砂江蘇六合紅砂原砂原砂ZGS-ZGS-（）鑄造用硅砂鑄造用硅砂SiOSiO2 2分級代號分級代號主要主要粒度組粒度組成首篩號成首篩號AFSAFS細(xì)度細(xì)度主要主要粒度組粒度組成尾篩號成尾篩號目：目：2.54cm(1 in)2.54cm(1 in)長度內(nèi)的篩孔數(shù)長度內(nèi)的篩孔數(shù)莫氏硬度：用標(biāo)準(zhǔn)礦物和代定礦物互相刻劃的方法測出的礦物莫氏硬度：用標(biāo)準(zhǔn)礦物和代定礦物互相刻劃的方法測出的礦物硬度，共分硬度，共分1

4、010級，金剛石定為級，金剛石定為1010級。級。石英砂的牌號石英砂的牌號AFSAFS細(xì)度細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)篩號標(biāo)準(zhǔn)篩號標(biāo)準(zhǔn)篩號標(biāo)準(zhǔn)篩號 目目目目 6122030405070100140200270底盤底盤底盤底盤相應(yīng)乘數(shù)相應(yīng)乘數(shù)相應(yīng)乘數(shù)相應(yīng)乘數(shù)35102030405070100140200300標(biāo)準(zhǔn)篩號標(biāo)準(zhǔn)篩號標(biāo)準(zhǔn)篩號標(biāo)準(zhǔn)篩號 目目目目 6 6121220203030404050507070100100140140200200270270篩孔大小篩孔大小/mm/mm3.363.361.681.680.850.850.600.600.420.420.300.300.210.210.150.150.110

5、.110.080.080.050.05各篩號相對應(yīng)的各篩號相對應(yīng)的篩孔尺寸篩孔尺寸非石英質(zhì)材料非石英質(zhì)材料 耐火度高耐火度高導(dǎo)熱性好導(dǎo)熱性好蓄熱系數(shù)大蓄熱系數(shù)大熱擴(kuò)散率大熱擴(kuò)散率大熱膨脹系數(shù)小而且膨脹均勻熱膨脹系數(shù)小而且膨脹均勻熱化學(xué)穩(wěn)定熱化學(xué)穩(wěn)定價格較高價格較高來源稀缺來源稀缺粘結(jié)劑粘結(jié)劑無機(jī)粘結(jié)劑無機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘結(jié)劑粘土粘土膨潤土膨潤土水泥水泥硅溶膠硅溶膠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種樹脂各種樹脂無機(jī)粘結(jié)劑無機(jī)粘結(jié)劑 粘土粘土(clay)(clay)化學(xué)式化學(xué)式:mAl2O3nSiO2xH2O。高嶺石：高嶺石：Al2O32SiO22H2O 蒙脫石：蒙脫石：A

6、l2O34SiO2H2OnH2O按照所吸附的交換性陽離子的種類不同，膨潤按照所吸附的交換性陽離子的種類不同，膨潤土大體上可分為兩類：以土大體上可分為兩類：以CaCa2+2+、MgMg2+2+為主的稱為為主的稱為鈣膨潤土鈣膨潤土，以，以K K+、NaNa+為主的稱為為主的稱為鈉膨潤土鈉膨潤土。鈉。鈉膨潤土的粘結(jié)性能好，吸水后膨脹大，抗夾砂膨潤土的粘結(jié)性能好，吸水后膨脹大，抗夾砂能力也強(qiáng)。能力也強(qiáng)。粘土的種類粘土的種類 粘結(jié)性粘結(jié)性可塑性可塑性較高的干強(qiáng)度較高的干強(qiáng)度復(fù)用性復(fù)用性資源豐富資源豐富價格低廉價格低廉粘土的特性粘土的特性用符號用符號N表示表示耐火度高于耐火度高于1580的稱為耐火粘土，用

7、的稱為耐火粘土，用符號符號NG表示表示耐火度低于耐火度低于1580的稱為普通粘土，用的稱為普通粘土，用符號符號ND表示表示牌號由耐火度、濕壓強(qiáng)度、干壓強(qiáng)度等牌號由耐火度、濕壓強(qiáng)度、干壓強(qiáng)度等級組成級組成NG-3-5普通粘土普通粘土用符號用符號P表示表示鈣膨潤土鈣膨潤土PCa-表面和內(nèi)部晶層吸附物主要是鈣離子。表面和內(nèi)部晶層吸附物主要是鈣離子。鈉膨潤土鈉膨潤土PNa-表面和內(nèi)部晶層吸附物主要是鈉離子。表面和內(nèi)部晶層吸附物主要是鈉離子。膨潤土的牌號包括膨潤土類別、酸膨潤土的牌號包括膨潤土類別、酸(S)堿堿(J)性、濕壓性、濕壓 強(qiáng)度和熱濕拉強(qiáng)度。強(qiáng)度和熱濕拉強(qiáng)度。PCaS-03-6膨潤土膨潤土吸水

8、速度慢吸水速度慢吸水率大吸水率大膨脹倍數(shù)大膨脹倍數(shù)大膠質(zhì)價高膠質(zhì)價高熱穩(wěn)定好熱穩(wěn)定好可塑性好可塑性好強(qiáng)度高強(qiáng)度高抗夾砂能力強(qiáng)抗夾砂能力強(qiáng)鈉基膨潤土鈉基膨潤土混砂時間短混砂時間短型砂實壓強(qiáng)度高型砂實壓強(qiáng)度高型砂流動性好型砂流動性好落砂性能好落砂性能好鈣膨潤土鈣膨潤土在鈣膨潤土中加入含有鈉離子的鹽，如蘇打在鈣膨潤土中加入含有鈉離子的鹽，如蘇打(Na(Na2 2COCO3 3)、食鹽、食鹽(NaCl)(NaCl)等，使粘土顆粒中吸附的等，使粘土顆粒中吸附的鈣離子被鈉離子置換。采用陽離子交換的方法對鈣離子被鈉離子置換。采用陽離子交換的方法對鈣膨潤土進(jìn)行處理，使它變?yōu)殁c膨潤土，提高鈣鈣膨潤土進(jìn)行處理，使

9、它變?yōu)殁c膨潤土，提高鈣膨潤土的粘結(jié)性能，通常稱為膨潤土的粘結(jié)性能，通常稱為“粘土的粘土的活化處理活化處理”或或“粘土的粘土的陽離子交換處理陽離子交換處理”。粘土的活化處理粘土的活化處理粘結(jié)力粘結(jié)力耐火度耐火度抗夾砂能力抗夾砂能力復(fù)用性復(fù)用性粘土的選用粘土的選用水玻璃水玻璃水玻璃商業(yè)名稱為水玻璃商業(yè)名稱為“泡化堿泡化堿”，是硅，是硅酸鈉或硅酸鉀、硅酸鋰的水溶液，除酸鈉或硅酸鉀、硅酸鋰的水溶液，除特別注明外，鑄造生產(chǎn)所用的水玻璃特別注明外，鑄造生產(chǎn)所用的水玻璃均指鈉水玻璃。均指鈉水玻璃。主要技術(shù)參數(shù)是模數(shù)和密度主要技術(shù)參數(shù)是模數(shù)和密度 在一定條件下逐漸變硬的過程稱為水玻璃在一定條件下逐漸變硬的過程

10、稱為水玻璃的硬化。水玻璃可以通過各種方法使之硬的硬化。水玻璃可以通過各種方法使之硬化，如化，如自然干燥、真空脫水、加熱硬化、自然干燥、真空脫水、加熱硬化、吹干燥的壓縮空氣硬化、吹吹干燥的壓縮空氣硬化、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亞麻油、桐油、大豆油亞麻油、桐油、大豆油蘇子油、罌粟油蘇子油、罌粟油棉花油、菜子油、蓖麻油棉花油、菜子油、蓖麻油橄欖油、花生油、茶油橄欖油、花生油、茶油合成脂肪酸蒸餾殘渣。合成脂肪酸蒸餾殘渣。合脂合脂酚醛樹脂（熱塑性）：酚類、醛類縮合而成酚醛樹脂（熱塑性）：酚類、醛類縮

11、合而成的樹脂的樹脂糠醇樹脂（熱固性）：脲呋喃樹脂、酚呋喃糠醇樹脂（熱固性）：脲呋喃樹脂、酚呋喃樹脂、脲樹脂、脲-酚呋喃樹脂酚呋喃樹脂尿烷樹脂（自硬）：醇酸油尿烷樹脂、多元尿烷樹脂（自硬）：醇酸油尿烷樹脂、多元醇尿烷樹脂、酚醛尿烷樹脂醇尿烷樹脂、酚醛尿烷樹脂尿醛樹脂尿醛樹脂聚乙烯醇樹脂聚乙烯醇樹脂樹脂樹脂煤粉煤粉渣油渣油淀粉淀粉糖漿糖漿亞硫酸紙漿殘液亞硫酸紙漿殘液附加物附加物糊精糊精松香松香瀝青瀝青羧甲基纖維素羧甲基纖維素聚乙烯醇聚乙烯醇 工作性能工作性能強(qiáng)度強(qiáng)度透氣性透氣性發(fā)氣性發(fā)氣性耐火性與熱穩(wěn)定性耐火性與熱穩(wěn)定性退讓性退讓性工藝性能工藝性能可塑性可塑性流動性流動性落砂性落砂性不粘模性不粘模

12、性韌性韌性保存性保存性型砂性能型砂性能型砂性能指標(biāo)型砂性能指標(biāo)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潤膨潤土、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。按合箱和澆注時砂型的狀況分：按合箱和澆注時砂型的狀況分：濕型、干型、表面干型濕型、干型、表面干型按造型時的使用情況分：按造型時的使用情況分：面砂面砂、背砂、單一砂、背砂、單一砂粘土砂分類粘土砂分類型型(芯芯)砂按所澆注的合金種類分砂按所澆注的合金種類分:鑄鋼用型鑄鋼用型(芯芯)砂砂鑄鐵用型鑄鐵用型(芯芯)砂砂非鐵合金用型非鐵合金用型(芯芯)砂砂粘土砂分類粘土砂分類按粘按粘結(jié)劑結(jié)劑的種的

13、種類類分分:粘土砂粘土砂水玻璃砂水玻璃砂油砂油砂樹樹脂砂等脂砂等粘土砂分類粘土砂分類采用粘土作為主要粘接劑采用粘土作為主要粘接劑生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高成本低成本低易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤、鼠尾、粘砂、氣孔、砂眼、易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤、鼠尾、粘砂、氣孔、砂眼、脹砂等缺陷脹砂等缺陷粘土型砂鑄造的特點粘土型砂鑄造的特點濕型砂濕型砂濕型砂濕型砂(Green molding sand)(Green molding sand)一般由新一般由新砂、舊砂、膨潤土、附加物和適量水所組砂、舊砂、膨潤土、附加物和適量水所組成。成。濕型砂性能指標(biāo)主要的有水分、透氣性、濕型砂性能指標(biāo)主要的有水分、透氣性、濕態(tài)強(qiáng)度、流動性、可塑性與韌性。濕態(tài)

14、強(qiáng)度、流動性、可塑性與韌性。實用于中小型（實用于中小型（500kg）鑄鐵件。）鑄鐵件。原砂采用原砂采用70/140、100/200細(xì)粒砂或細(xì)粒砂或40/70、50/100 中粒天然石英砂。中粒天然石英砂。小件用鈣膨潤土，大件用鈉膨潤土。小件用鈣膨潤土，大件用鈉膨潤土。普遍加入煤粉。普遍加入煤粉。濕型濕型干型干型與濕型相比與濕型相比濕態(tài)強(qiáng)度可以稍低一些。濕態(tài)強(qiáng)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。對原砂化學(xué)成分和耐火度要求不很高。對原砂化學(xué)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。用于中大型和質(zhì)量要求較高的鑄件用于中大型和質(zhì)量要求較高的鑄件常選

15、用常選用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結(jié)劑常采用普通粘土作粘結(jié)劑烘干溫度在烘干溫度在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。選用活化膨潤土作粘結(jié)劑。選用活化膨潤土作粘結(jié)劑。用柴油噴槍烘干或可燃性涂料點燃烘干。用柴油噴槍烘干或可燃性涂料點燃烘干。需用石墨涂料。需用石墨涂料。表干型表干型原材料的性質(zhì)原材料的性質(zhì)型砂配比型砂配比混制工藝混制工藝型砂的緊實程度型砂的緊實程度溫度溫度影響粘土砂性能的因素影響粘土砂性能的因素涂料涂料 涂料涂料(Coating)(Coating)是用來涂敷在

16、鑄型型腔是用來涂敷在鑄型型腔(或砂芯或砂芯)表面的薄層材料，用來改善鑄件表面的薄層材料，用來改善鑄件的表面質(zhì)量、調(diào)節(jié)鑄型和金液間的作用強(qiáng)的表面質(zhì)量、調(diào)節(jié)鑄型和金液間的作用強(qiáng)度或?qū)﹁T件表面進(jìn)行合金化。各種鑄造方度或?qū)﹁T件表面進(jìn)行合金化。各種鑄造方法幾乎都要使用涂料。法幾乎都要使用涂料。避免鑄件產(chǎn)生表面粗糙、機(jī)械粘砂、化避免鑄件產(chǎn)生表面粗糙、機(jī)械粘砂、化學(xué)粘砂；學(xué)粘砂；防止減少鑄件產(chǎn)生與砂子有關(guān)的其他鑄防止減少鑄件產(chǎn)生與砂子有關(guān)的其他鑄造缺陷或質(zhì)量問題；造缺陷或質(zhì)量問題；用涂料來產(chǎn)生冶金效應(yīng)，改善鑄件局部用涂料來產(chǎn)生冶金效應(yīng)，改善鑄件局部的表面性能和內(nèi)在質(zhì)量。的表面性能和內(nèi)在質(zhì)量。涂料的作用涂料的

17、作用特種涂料特種涂料 鑄滲工藝鑄滲工藝鑄滲工藝鑄滲工藝按鑄造合金材料可分為鑄鋼、鑄鐵和按鑄造合金材料可分為鑄鋼、鑄鐵和 非鐵合金涂料；非鐵合金涂料；按鑄造方法可分為砂型、實型、金屬按鑄造方法可分為砂型、實型、金屬 型和壓鑄型等用涂料；型和壓鑄型等用涂料；按涂料載體可分為水基和醇基涂料；按涂料載體可分為水基和醇基涂料；按涂料涂刷方法可分為噴涂、刷涂、按涂料涂刷方法可分為噴涂、刷涂、浸涂和淋涂用的涂料。浸涂和淋涂用的涂料。涂料分類涂料分類好的懸浮性及再攪勻性；好的懸浮性及再攪勻性；一定的觸變性；一定的觸變性；好的覆蓋能力，對砂芯（型）施涂時，涂料能以好的覆蓋能力，對砂芯（型）施涂時，涂料能以一定厚

18、度遮蓋砂芯（型）表面的性能；一定厚度遮蓋砂芯（型）表面的性能；具有適當(dāng)?shù)臐B透性；具有適當(dāng)?shù)臐B透性；具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度和耐激熱性，不應(yīng)出現(xiàn)開裂具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度和耐激熱性，不應(yīng)出現(xiàn)開裂或剝落；或剝落；好的抗粘砂性；好的抗粘砂性；低的發(fā)氣性；低的發(fā)氣性；好的貯存性；好的貯存性；各種原材料資源豐富，成本低廉，環(huán)境友好。各種原材料資源豐富，成本低廉，環(huán)境友好。優(yōu)質(zhì)涂料應(yīng)具有的性能優(yōu)質(zhì)涂料應(yīng)具有的性能耐火粉料耐火粉料載體液體載體液體懸浮劑懸浮劑 粘結(jié)劑粘結(jié)劑 其他添加劑其他添加劑 涂料的基本組成涂料的基本組成刷涂法刷涂法 浸涂法浸涂法 噴涂法噴涂法 流涂法流涂法 靜電噴涂法靜電噴涂法 涂敷方法涂敷方法練

19、習(xí)題練習(xí)題（P68-5P68-5、6 6、9 9、1212）普通粘土與膨潤土有何區(qū)別？何謂膨潤土的活化處理，普通粘土與膨潤土有何區(qū)別？何謂膨潤土的活化處理，有何實用價值？說明其活化原理。有何實用價值？說明其活化原理。濕型砂中加入煤粉、炸油等附加物將起何作用？如何濕型砂中加入煤粉、炸油等附加物將起何作用？如何控制其加入量？控制其加入量？說明水玻璃模數(shù)的意義和調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)和密度的措說明水玻璃模數(shù)的意義和調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)和密度的措施。說明水玻璃砂的特性及其應(yīng)用。列舉一種水玻璃施。說明水玻璃砂的特性及其應(yīng)用。列舉一種水玻璃配方并分析其原材料的作用及用量控制范圍。配方并分析其原材料的作用及用量控制范圍。鑄造涂料有何作用？主要由哪些基本組分組成？各有鑄造涂料有何作用？主要由哪些基本組分組成？各有何功能？鑄造涂料配制時應(yīng)注意哪些問題？何功能？鑄造涂料配制時應(yīng)注意哪些問題？