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　　铸造造型材料绪论砂型铸造的工艺砂型铸造生产工艺流程造型车间制造铸型用的材料称为造型材料。造型材料包括型砂和芯砂。型砂和芯砂应具备如下性能：具有一定的强度；具有一定的透气性；具有较高的耐火性；具有一定的容让性等。BB电子 BB电子的网站`入口型（芯）砂的种类根据所处的位置不同面砂、背砂（填充砂）和单一砂根据适用的铸造合金不同铸铁用砂、铸钢用砂和有色金属用砂；根据在浇注前是否烘干型砂和芯砂的成分组成型（芯）砂的原材料:为主要成分，常用石英砂、石英-长砂石、粘土砂等。粘结剂常用的粘结剂有粘土、油类（矿物油和植物油）、合脂和水玻璃等。辅助材料常用的辅助材料有锯木屑、煤粉、石墨粉和煤油等。用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。型时，用模样形成铸型的型腔，用型腔形成铸件的外部轮廓。造型方法分为手工造型和机器造型两大类。手工造型全部用手工或手动工具完成造型过程的造型方法称为手工造型。手工造型方法有以下几种：整模造型7-2所示分模造型图7-3所示挖砂造型图7-4所示图7-5所示活块造型图7-6所示三箱造型图7-7所示刮板造型图7-8所示机器造型指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型方法。实质就是机器代替人完成手工紧砂和起模过程，它是现代化铸造车间的基本造型方法。特点：生产率高，铸件尺寸精度高，表面质量好，改善了工人劳动条件，适用于成批和大量生产。常用的紧砂方法：震实、压实、震压、抛砂、射压等几种型式，其中震压式紧砂方法应用最广。目前应用广泛的起模方法：顶箱、漏模、翻转三种。型芯用来获得铸件的内腔，有时也可作为铸件难以起模部分的局部铸型。制造型芯的过程称为造芯。与型砂相比，芯砂必须具有更高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性。造芯方法分为手手工造芯时，主要采用芯盒造芯，如图所示，它可以造出形状比较复杂的型芯。单件、小批生产大中型回转体型芯时，可采用刮板造芯。在造芯过程中，应注意：为了提高型芯的刚度和强度，需在型芯中放入芯骨；为了提高型芯的透气性，需在型芯的内部制作通气孔；为了提高型芯的强度和透气性，一般型芯需烘干使用。为了使金属液进入型腔而开设在铸型中的一系列通道称为浇注系统。浇注系统设计得不合理，铸件易产生夹砂、砂眼、夹渣、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，如图所示。铸铁的熔炼是用铸造生铁和铸造车间的回炉料（浇、冒口和废品等），经过配料计算后在化铁炉中进行的。熔炼的要求是：金属液的化学成分合格；金属液的温度合格；熔炼效率高；能耗低；无污染。常用的熔炼设备有：冲天炉（适于熔炼铸铁）、电弧炉(适于熔炼铸钢)、坩埚炉（适于熔炼有色金属）、感应加热炉（适于熔炼铸钢和铸铁等）。6、合箱浇注、落砂清理和检验浇注将铸型的各个组元（如上型、下型、型芯、浇口杯等）组合成一个完整铸型的操作过程称为合箱。合箱后要保证铸型型腔几何形状、尺寸的准确性和型芯的稳定性。将金属液由浇包注入铸型的操作称为浇注。浇注时应选择合适的浇注温度、合适的浇注速度。一般薄壁件宜用快速浇注，厚壁件宜用慢-快-慢的方式浇注。浇注时，为防止铸型中的CO爆炸以及逸出时工人中毒，必须在冒口和排气口上点火，使CO燃烧；为防止熔渣进入铸型，应做好挡渣工作。浇注时，若浇注温度过低，就会产生浇不足、冷隔、夹渣等缺陷；浇注时，若浇注温度过高，则金属液吸气多，液体收缩大，又容易产生气孔、缩孔、缩松以及裂纹，同时会使晶粒变粗，铸件机械性能因而下降。浇注时，若速度快，金属液易充满型腔，同时可减少氧化。浇注时，速度过快，金属液对铸型的冲击加剧，会因此造成型（芯）砂冲落的现象，即冲砂。落砂清理用手工或机械使铸件和铸型、型芯（芯砂）、砂箱分离的操作过程称为落砂。清除铸件表面的型砂，内部砂芯，飞边毛刺，浇、冒口以及修补缺陷一等系列工作，叫铸件的清理。人工清理时劳动强度大，卫生条件差，费工、费时。目前，有很多清理工作已由机械来完成。检验铸件的质量检验方法分为外部检验和内部检验。通过眼睛观察，找出铸件的表面缺陷，如铸件外形尺寸不合格、砂眼、粘砂缩孔、浇不足、冷隔等，称为外部检验。利用一定设备找出铸件的内部缺陷，如气孔、缩松、渣眼、裂纹等，称为内部检验。用的内部检验方法有化学成分检验、金相检验、力学性能检验、耐压试验、超声波探伤等。我国铸造行业造型材料的现状2007年，中国的铸件产量超过了3000万t，占全球铸件产量的1/3,是名符其实的铸造大国。其中砂型铸造是铸造工艺的主要方法，约占整个铸件生产的80%。相对于特种铸造方法，由砂型铸造的造型材料带来的粉尘污染、空气污染及固体污染最为严重。因此实现砂型铸造的绿色清洁生产，对实现绿色铸造具有重要的意义。我国是铸造大国但不是铸造强国。现有水平与铸造强国要求砂型铸造，如按粘结剂材料分类，有粘土砂型铸造、树脂砂型铸造和水玻璃砂型铸造三大类在我国，按铸造产量计算，粘土砂型铸造约占整个砂型铸造80%（占整个铸造产量的70%左右）树脂砂型（芯）通常是由原砂、合成树脂粘结剂和固化剂等按一定的比例混合组成，混好的型（芯）砂经紧实后，在一定工艺条件下固化成铸型和砂芯。开发并采用高性能、低毒性和低成本且能够满足树脂砂铸造工艺要求的新型酚醛树脂是今后努力的方向。与另外两大型砂（粘土砂、树脂砂）比较，水玻璃砂具有明显的优势，也有其明显的缺点。具有型砂流动性好、易紧实、劳动强度低、操作简便、能耗低、劳动条件好、型（芯）尺寸精度高、铸件质量好，以及铸件缺陷少等许多优点;生产现场无毒、无味水玻璃砂的主要缺点：旧砂溃散性差，落砂清理困难，旧砂再生回用性差，以及旧砂废弃容易造成环境污染等。机械制造工业是国民经济的基础，铸造工业是机械制造业中不可缺少的重要组成部分。绿色制造、发展循环经济是21世纪国家关注的重点，我国发展绿色铸造技术与材料迫在眉睫。砂型铸造是铸造工艺的主要方法，占整个铸件生产的70%~80%。相对于特种铸造方法，由砂型铸造的造型材料带来的粉尘污染、空气污染及固体污染最为严重。因此，采用高性能、低毒性、低成本及少污染的造型材料，对实现砂型铸造的绿色清洁生产具有重要意义本课程的主要内容熟悉造型材料生产工艺和相关技术，了解造型材料的质量控制；了解常用造型方法，熟悉粘土砂型、水玻璃粘结剂砂型、热芯盒和冷芯盒等生产中砂型和砂芯的主要制备技术；熟悉不同类型的型砂和芯砂的性能要求及生产工艺，掌握型砂性能及其原材料性能的基本实验方法，并对实验结果的准确性进行分析。第一章粘土型第一节湿型铸造特点1.1粘土砂型类别目前，湿型砂是使用最广泛的、最方便的造型方法，大约占所有砂型使用量的60～70％，但是这种方法还不适合很大或很厚实的铸件。表面烘干型与干型比，可节省烘炉，节约燃料和电力，缩短生产周期，所以曾在中型和较大型铸铁件的生产中推广过。通常采用较粗砂粒（使有高的透气性），加入较多粘土和水分，有时还在型砂中加1～2％的木屑（提高抗夹砂结疤能力），其型腔表面必须涂敷涂料。 干型主要用于重型铸铁件和某些铸钢件，为了防止烘干时铸型开裂，一 般在加入膨润土的同时还加入普通粘土。干型主要靠涂料保证铸件表面质量。其 型砂和砂型的质量比较容易控制，但是砂型生产周期长，需要专门的烘干设备， 铸件尺寸精度较差，因此，近些年的干型，包括表面烘干的粘土政型已大部分被 化学粘结的自硬砂型所取代。 湿型铸造特点 （1）生产灵活性大，适用面广， 既可手工，又可机器、以及流水线生产，既可生产大件，也可生产小件，BB电子 BB电子的网站`入口可铸钢 （中小件），也可铸铁，有色合金等。 （2）生产效率高，生产周期短，便于流 水线生产，可实现机械化及自动化，汽车，柴油机，抢拖拉机行业应用最广（300～ 500kg 铸铁薄裂件）。 （3）原材料成本低，来源广。 （4）节省能源、烘干设 备和车间生产场地面积。 （5）因不需烘干，砂箱寿命长。 （6）缺点：操作不 当，易产生一些铸造缺陷：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。 汽车缸体 土湿型的配方为：原砂（或旧砂）100，粘土（膨润土）1～5％，煤粉～8％，水～6％，以及其它附加物。 1）原砂－石英砂 其砂子是火成岩中稳定的部分，主 要成分为二氧化硅（SiO2）和少量的杂质（Na,k,Ca,Fe 等氧化物）。含SiO2 高的砂子称石英砂，有高的熔点，1700，摩氏硬度7级（一般将材料分为10 级，其中滑石为1 级，金刚石为10 级），随夹杂物含量的增加，其耐火度下降， SiO2 含量高，砂子的颜色接近无色透明，一般用石英砂色白并略带灰色。 造生产所用的石英砂与建筑用砂不同，它有其特殊的要求，主要有：含泥量；颗粒组成；原砂颗粒形状及表面状况；原砂的矿物组成和化学成分等。 非石英质原砂硅砂缺点：热膨胀系数比较大，而且在573时会因相变而产生 突然膨胀-----铸件若裂；热扩散率比较低；容易与铁的氧化物起作用等。这些 都会对铸型与金属的界面反应起不良影响。在生产高合金钢铸件或大型铸钢件 时，使用硅砂配制的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，使铸件的清砂十分困难。 石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离Si02的原砂。在铸钢生产中已 逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。这 些材料与硅砂相比，大多数都具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数， 热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低等优点， 能得到表面质量高的铸件并改善清砂劳动条件。但这些材料中有的价格较高，比 较稀缺，故应当合理选用。 目前可用的非石英质原砂有橄榄石砂、锆砂、铬铁 矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等。真正广泛使用的仍为 石英砂。 3）粘土----膨润土 粘土的矿物成分粘土是湿型砂的主要粘结剂。 粘土被水湿润后具有粘结性和可塑性；烘干后硬结，具有干强度，而硬结的粘土 加水后又能恢复粘结性和可塑性。粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的 土状材料。 粘土矿物的种类很多，按晶体结构可分为高岭石和蒙脱石等。 通常根据所含粘土矿物种类不同将所采用的粘土分为铸造用粘土(fireclay)和 铸造用膨润土(bentonite)两类。膨润土主要是由蒙脱石组矿物组成的，主要用 于湿型铸造的型砂粘结剂。 根据国家专业标准《铸造用膨润土和粘土》(JBlT 9227―1999)的规定，膨润土中如果某一交换性阳离子量占阳离子交换容量的 50％时，称其为主要交换性阳离子，如果为钠离子则称为钠膨润土，以PNa 表示 是膨润土代号)；如果为钙离子，则称为钙膨润土，以PCa表示。我国钙基膨 润土资源较多，开采和供应比较方便。有时要根据粘土的阳离子交换特性，对钙 土进行处理，使之转变为钠基膨润土。这种离子交换过程，通常称为膨润土的活 化处理，最常用的活化剂为碳酸钠。这一过程的化学反应机理简单示意如下 Ca2+一蒙脱石+Na2C03一-Na+一蒙脱石+CaC03+。 4）粘土的粘结机理? 土在水中形成的粘土-水体系是胶体，带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己的周围，形成胶团的水化膜，依靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中的水化 阳离子所起的“桥”或键的作用，使粘土颗粒相互结合起来，在水化膜中处在吸 附层的水分子被粘土质点表面吸附得很紧，而处于扩散层中的水分子较松，公共 水化膜就是粘土胶粒间的公共扩散层。粘土和水量比例适宜时，才能获得最佳的 湿态粘结力。一般说来，粘土颗粒所带电荷愈多或粘土颗粒愈细小，比表面积愈