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,型砂具有三个重要优势:

  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。

绿砂(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使用最广泛的铸造砂是二氧化硅(SiO2).

型砂性能

力量

砂型在机械应力条件下保持其几何形状的能力。

渗透

在铸造过程中,砂型允许气体和蒸汽逸出的能力。

含水量

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。

粒度

沙粒的大小。

颗粒形状

该属性根据砂粒的圆度评估单个砂粒的形状。铸造用砂通常使用三种颗粒类型:

  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. 角粒由于互锁,具有更大的粘结强度,但流动性和渗透性比圆形颗粒砂差。
  3. 亚棱角晶粒我们走中间道路。与圆形晶粒相比,它们具有更好的强度和更低的渗透率,但与角形晶粒相比,它们具有更低的强度和更好的渗透率。

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。

模盒填充
模箱里装满了铸砂。

型砂的许多性能取决于砂粒的粒度和分布:小粒度可提高模具强度,但大粒度则更具渗透性。细粒砂为铸件提供了良好的表面光洁度,但具有低渗透性,而粗粒砂则相反。

特殊添加剂或绑定可添加到砂、粘土和水的基本骨料中以增加粘结力。这些粘合剂可以是有机的或无机的。常见的粘合剂包括谷物、研磨沥青、海煤、金钠铝石、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。砂骨料的某些特性相互矛盾:溃散性较大的型砂强度较低,而强度较大的型砂溃散性较小。通常需要权衡,以达成折衷方案,为特定零件和铸件应用提供适当的性能。对型砂性能的精确控制非常重要,砂实验室已成为现代铸造厂的常见设备。

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。

金属铸件是由用于生产它的模具成形的——良好的模具是良好铸件的先决条件。模具有多个部件,这些部件一起工作以影响最终产品。

模具型腔的形状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。

一个果心是一种插入模具中的砂形状,用于塑造铸件内部,包括孔或通道等特征。型芯通常由型砂制成,以便从铸件中摇出。A.核心打印是添加到图案、型芯或模具中的区域,用于在模具中定位和支撑型芯。

进一步的核心支持由念珠–固定在型芯和型腔表面之间的小金属件。为了保持这种支撑,芯撑必须由熔化温度与铸造金属相同或更高的金属组成。凝固后,小冠将被包裹在铸件内。

砂芯可以使用许多与砂型相同的方法生产:由于模具是由一个图案塑造的,所以砂芯是由一个图案塑造的芯盒; 它们类似于模具,可以由木材、塑料或金属制成。芯盒还可以包含多个腔,以产生多个相同的芯。

一个立管是模具内设计用于容纳多余金属的额外空隙。它通过在凝固和收缩时将熔融金属送入模具型腔,防止在主铸件中形成缩孔。

整个砂模装在一个叫做. 在两件式模具(典型的砂型铸件)中,上半部分(包含模型、烧瓶和型芯的上半部分)称为应对. 下半部分称为下半部分. 这个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,让金属冷却,然后分离砂型并移除铸件。当然,这个过程比听起来更复杂。

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。

在填充液态金属之前,需要准备完整的模具;模具型腔通常使用模具清洗液进行润滑,以便于铸件拆卸。然后定位型芯,添加额外的模具材料,如顶绳,以帮助防止跑偏,并关闭模具的两半并牢固地夹紧在一起;在销和导向装置的帮助下,顶盖和拖曳部分保持正确对齐。

模具的两半部分必须保持牢固,以便液态金属不会通过分模线泄漏。在浇注无瓶模具之前,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。

熔化的金属通过一个通道进入模具型腔浇注系统:熔融金属通过浇口倒入模具中倒杯,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. 这个multiple points where metal is introduced into the mold cavity from the runners are called the盖茨

铸件冷却后,从砂型中取出。从铸件上清除砂的过程称为摇出. 这个casting can be removed manually or by automated machinery. Agitations tables and rotary tumblers are commonly used.

砂型
一个工程部件的整体处理和拖拽。

根据模式、烧瓶类型和机械化水平的不同,此基本工艺也有不同:

  • 台架成型适合小规模工作。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。
  • 机械成型用于大规模生产。机器成型节省了劳动力,并提供了卓越的精度和均匀性,使其能够快速将公差保持在狭窄的范围内。成型机执行的主要操作是型砂夯实、模具翻滚、成型浇口、振打模具及其取出。

再生型砂

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。

型砂在研磨机中制备,研磨机将沙子、粘合剂和水混合在一起。加气器用于使沙子疏松,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

闭式模具
准备浇注的封闭砂模。

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

壳型铸造是一项相对较新的大规模生产和光滑表面成型技术的发明;它在第二次世界大战期间首次被德国使用。模塑材料是由干燥的细硅砂和3-8%的热固性树脂(酚醛树脂或硅脂)混合而成,其中粘土含量最低。当模塑混合物滴到加热的模板上时,形成约6mm厚的硬壳。为了完全固化外壳,必须将其加热至440至650°F(230至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