什么是砂型铸造?

如何用砂型形成复杂的铸件

浇注砂型

砂铸造是一种利用不可重复使用的砂型来形成金属铸件的工艺。一方面,铸造是一种看似简单的制造过程:任何在海滩上建造过城堡的人都知道,沙子可以用来制作细节的形状。然而,在铸造车间处理熔融金属的热时,要想成功,必须考虑许多因素。铸造用于制造各种尺寸的金属部件,从几盎司到几吨不等。可以用砂模制作具有精细外观、内芯和其他形状的铸件。几乎任何金属合金都可以用砂铸造。空心是在湿润的沙子中,填满熔化的金属,然后让其冷却。

什么是型砂?

与其他模具材料相比,型砂有三个重要的优点:

  1. 它是便宜的,
  2. 它很容易回收,而且
  3. 它能承受极高的温度。

砂型铸造是用于高熔点金属(如钢、镍和钛)的少数可行工艺之一。砂型铸造由于其柔韧性、耐热性和相对较低的成本,是应用最广泛的铸造工艺。

铸件是将液态金属倒入模腔内生产的。要想铸造成功,模腔必须保持其形状,直到金属冷却和完全凝固。纯砂很容易分解,但型砂含有粘合材料,增加了其耐热和塑形的能力。

湿砂(一种由沙子、煤粉、膨润土和水组成的集料)传统上用于砂型铸造,但现在已经很现代化了化学粘合成型系统越来越受欢迎。最广泛使用的铸造砂是二氧化硅(SiO)2).

型砂性能

强度

砂型在机械应力条件下保持其几何形状的能力。

磁导率

在铸造过程中,砂型允许气体和蒸汽逸出的能力。

水分含量

水分含量会影响模具的强度和透气性:水分过少的模具可能会破裂,而水分过多的模具可能会导致蒸汽泡沫滞留在铸件中。

流动性

砂子填充图案中小洞洞的能力。高流动性创造了一个更精确的模具,因此是有用的详细铸件。

晶粒尺寸

沙粒的大小。

粒形

这个属性根据沙粒的圆度来评估沙粒的形状。铸造用砂一般分为三类:

  1. 圆形的粮食砂的粘接强度相对较差,但流动性和表面光洁度较好。
  2. 角的谷物由于联锁作用,结合力较大,但流动性和渗透率较圆砂差。
  3. Sub-angular谷物都是中间道路。相对于圆形颗粒,它们具有较好的强度和较低的渗透率,但相对于角状颗粒,它们的强度和渗透率较低。

崩散性

砂混合物在外力作用下崩塌的能力。更大的模具溃散性允许金属铸件在凝固时自由收缩,而没有热撕裂或开裂的风险。

耐火材料强度

当熔化的金属倒入模具时,模具不能熔化、燃烧或开裂。耐火强度是指型砂承受极端高温的能力。

可重用性

在后续的生产过程中,型砂可重复使用(在砂处理后)生产其他型砂铸件的能力。

模框填满
模箱里装满了铸砂。

型砂的许多性能取决于砂颗粒的粒度和分布:小粒度提高模具强度,但大粒度更具有渗透性。细粒砂具有较好的表面光洁度,但渗透性较低,而细粒砂则相反。

特殊的添加剂或绑定可添加到砂石、粘土和水的基本骨料中以增加内聚力。这些粘合剂可以是有机的,也可以是无机的。常见的粘合剂包括谷物、沥青、海煤、gilsonite、燃料油、木粉、硅粉、氧化铁、珠光体、糖蜜、糊精和专有材料。

找到完美的组合并不容易。砂骨料的一些特性是相互矛盾的:湿陷性越大的型砂强度越小,强度越大的型砂强度越小。经常需要权衡,以达到为特定部件和铸造应用程序提供适当属性的折衷。型砂性能的精确控制是如此重要,以至于砂型实验室已成为现代铸造厂的常见附加物。

砂型铸造模具零件

Cope从模具盒中抽出
灯罩是从模箱中拉出来的。

金属铸件的形状取决于生产它的模具——好的模具是好的铸件的先决条件。模具由多个部分共同作用影响最终产品。

模具型腔由模式这是一个全尺寸的模型,它能在砂模上留下印记。一些内部表面不包括在图案中,而将由单独的核心创建。

一个核心是插入到模具中塑造铸件内部形状的砂型,包括孔或通道等特征。芯通常由型砂制成,因此它们可以从铸件中摇出。一个核心打印是添加到图案、芯或模具中的区域,用于在模具中定位和支持芯。

进一步的核心支持由念珠-固定在芯体和腔体表面之间的小金属件。为了保持这种支撑,晶片必须由熔化温度相同或更高的金属组成。凝固后,晶链将被包裹在铸件内部。

砂芯可以使用许多与砂型相同的方法来生产:因为模具是由一个图案形成的,砂芯是由一个模子来形成的芯盒;它们类似于模具,可以由木头、塑料或金属制成。芯盒也可以包含多个腔来产生几个相同的芯。

一个立管是模具内用来容纳过量金属的额外空隙。当它凝固和收缩时,通过将熔化的金属送入模腔,防止在主铸件中形成缩孔。

整个砂模装在一个叫做.在典型的砂型两部分铸模中,上半部分(包含图案、烧瓶和芯的上半部分)被称为铸件应对.下半部分叫做.的分型线是分隔边框和拖动的线或面。

如何制作砂型铸件

砂型铸造包括四个基本步骤:组装砂型,将液态金属倒入模具中,使金属冷却,然后将砂子分离,取出铸件。当然,这个过程比听起来要复杂得多。

装配模具的第一步是用砂子部分填满拖板。图案、型芯印刷、型芯和浇注系统被放置在分型线附近。然后将支架组装到拖板上。将额外的沙子倒在盖子上一半,直到图案、芯和浇注系统被覆盖,然后通过振动或机械手段将沙子压实。用打砂棒清除多余的砂粒。

现在模具成型了,从拖拽中移走了cope,这样就可以从模具中提取图案了。

图案提取是仔细进行的,以避免打破或扭曲新形成的模具型腔。通过设计一个草案:垂直于分型线的垂直锥度。牵伸锥度通常至少为1°。图案的表面越粗糙,提供的草稿就越多。

在能充满液态金属之前,需要准备完整的模具;模具型腔经常用模具清洗液润滑,以方便铸件拆卸。然后定位型芯,添加额外的模具材料,如套筒绳,以帮助防止跑出,模具的一半关闭并牢固地夹在一起;在销钉和导轨的帮助下,cope和drag sections保持适当的对齐。

模具的一半必须保持安全,这样液态金属就不会通过分型线泄漏。浇注无烧瓶模具前,先浇注木材或金属夹克通常放在模具周围,并在顶部设置重量,以防止吊起cope。

熔化的金属通过a进入型腔浇注系统:将熔化的金属通过喷嘴倒入模具中倒杯,继续向下浇口(浇注系统的垂直部分),然后通过流道(水平部分)。积聚的气体和排出的空气从里面逸出通风口.金属从流道引入模腔的多个点被称为盖茨

铸件冷却后,从砂型中破开。从铸件中除去砂子的过程叫做落砂.铸件可以用手动或自动化机械拆卸。搅拌台和旋转滚筒是常用的。

砂型
一个工程部件的整体处理和拖拽。

根据图案、烧瓶类型和机械化程度的不同,这一基本过程也有所不同:

  • 台成型适合做小工作。整个操作是在一个高度方便的工作台上进行的。
  • 地板成型用于中、大型作业。顾名思义,模具是在浇注前放在地板上的。
  • 机成型用于大规模生产。机器成型节省劳动力,并提供卓越的精度和均匀性,使其有可能保持在狭窄的范围内,以快速的速度。造型机的主要操作是捣砂、辗过模具、浇口、敲打图案和取出图案。

回收型砂

在把砂子从一个完整的铸件上抖掉之后,块状物被冷却并粉碎。在磁场的帮助下,所有的粒子和金属颗粒都被清除掉。所有的砂子和组分都用振动筛、旋转筛或振动筛进行筛分。清洗后的砂可以重新引入到型砂生产周期的开始。

在磨砂机中混合砂子、粘合剂和水制备型砂。同时使用曝气器来松开砂子,使其更易于成型。

准备好的砂子被运送到成型地面,通常是用铲斗卡车或皮带输送机,在那里形成模具;模具可以放在地板上,也可以通过输送机送到浇注站。浇注后,在落砂站将铸件从粘砂中取出。用过的砂子又通过带式输送机或其他方式返回到储罐中。

铸造砂通常在许多生产周期中被回收和再利用。据行业估计,每年大约有1亿吨沙子用于生产。在这些沙子中,只有四七百万吨被丢弃,即使是这些沙子也经常被其他行业回收利用。

型砂成型工艺与方法

关闭模具
准备浇注的封闭砂型。

湿砂模具

典型的绿砂混合物含有89%的沙子,4%的水和7%的粘土。绿砂因其成本低、整体性能稳定而受到业界的青睐。绿砂中的“绿”是指浇注时混合物中所含的水分。

绿色砂型具有足够的强度,适用于大多数砂型铸造。它们还具有良好的湿陷性、渗透性和可重用性。主要的困难是含水率。过多的水分会在铸件中造成缺陷,其耐湿性取决于所铸造的金属。

寒冷的设置过程

工业砂型铸造有时使用非传统的粘结剂。传统的铸造粘结剂需要加热固化,而这些替代的粘结剂在与砂子混合时,在室温下进行化学结合,因此称为冷凝工艺。技术先进,这些相对较新的砂型铸造工艺越来越受欢迎。冷定形工艺比砂模更昂贵,但它们生产的铸件具有非凡的尺寸精度。

壳型铸造

壳型铸造是一种相对较新的成型技术,用于批量生产和光洁度;第二次世界大战期间,德国首次使用。成型材料是一种混合的干燥,细硅砂与最低粘土含量和3- 8%的热固性树脂(酚甲醛或硅脂)。当成型混合物滴在加热的模板上时,就形成了一个大约6毫米厚的硬壳。为了使外壳完全固化,它必须加热到440到650°F(230到350吨)几分钟。

定制铸造服务

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图片致谢

  • 模具盒填充:OKFoundry, CC BY 2.0,通过Flickr
  • 从模具盒绘制的Cope: OKFoundry, CC BY 2.0,通过Flickr
  • 开砂模具:OKFoundry, CC BY 2.0,通过Flickr
  • 封闭模具:OKFoundry, CC BY 2.0,通过Flickr
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