金屬液態(tài)成形工藝原理課件

金屬液態(tài)成形工藝原理§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

液體金屬充滿鑄型型腔的過程稱為充型過程。

§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

液體金屬充滿鑄型型腔的過程稱為充型過程。

液體金屬充滿鑄型型腔的過程稱為充型過程。

§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

液體金屬充滿鑄型型腔的過程稱為充型過程。

在充型異常的條件下會產生液態(tài)金屬成形過程的一些缺陷：

澆不足、冷隔、砂眼、抬箱、侵入性氣孔、夾砂結疤

充型過程存在：熱作用機械沖擊沖刷物理化學反應研究液態(tài)金屬充型過程的運動規(guī)律和特性非常必要。

§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

研究方法：研究液態(tài)金屬充型過程的運動規(guī)律和特性非常必要。

物理模擬計算機數值模擬工業(yè)試驗經驗總結§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

液態(tài)金屬中存在夾雜物（固相）和氣體（氣相）

1、多相黏性流動

夾雜物（非金屬化合物）：（尺寸<50μm

）

氧化物——

Al2O3,SiO2,MnO,FeO,TiO2,MgO等

氮化物——AlN,ZrN,TiN等硫化物——Ni3S2,CeS,Cu2S等氣體：（總量<4X10-4%）

CO,CO2,H2,N2,O2等

例如連鑄的鋼水中：§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

金屬由固態(tài)轉變成液態(tài)，金屬鍵被部分破壞，原子之間仍然保持一定的結合力，因此液態(tài)金屬在流動過程中有內摩擦阻力，呈現粘性流動的水利學特點。

影響因素：溫度

合金成分金屬液純凈度1、多相黏性流動

§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

充型過程中液態(tài)金屬的流速、流態(tài)在不斷變化。

2、非穩(wěn)定流動

流路截面變化流路方向變化流路溫度變化§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

2、非穩(wěn)定流動

流路截面變化流路方向變化流路溫度變化§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

2、非穩(wěn)定流動

流路截面變化流路方向變化流路溫度變化

§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

3、紊流流動

液體的流動可分為層流和紊流兩種狀態(tài)，并可用雷諾數Re來判斷。（流速×管路直徑/流體運動粘度）Re臨=2300大于Re臨為紊流小于Re臨為層流例如，某鋼種在連鑄工藝過程中結晶器的管道直徑為0.15m，如果結晶器有電磁攪拌的條件下鋼水的平均旋轉周向速度為0.12m/s，澆注溫度為1535℃，運動粘度為0.407×10-6m2/s，計算出：

對于某些合金，在澆注溫度下（高于液相線溫度50~100℃）有：鑄件材質鑄鐵鑄鋼鋁合金γ（m2/s）0.55×10-60.4×10-60.6×10-6在澆注系統(tǒng)中，即使D很小（如取0.4cm），在保證充型的最低流速下，其雷諾數也大于Re臨。所以：金屬液在澆注系統(tǒng)中的流動為紊流流動。又由于澆注系統(tǒng)流路回轉，使紊流程度加重?！?.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

4、在“多孔管”中流動

澆注系統(tǒng)及鑄型的型腔都具有一定的透氣性§2.1液態(tài)金屬充型過程的水力學特點

綜上所述液態(tài)金屬在充型過程中的水力學特點與理想液體相比有明顯的區(qū)別。但是，液態(tài)金屬在充型時間較短的過程中，一些水力學的規(guī)律在一定程度上也適用于液態(tài)金屬的流動過程。

§2.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

一、澆注系統(tǒng)的結構

§2.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

一、澆注系統(tǒng)的結構

澆注系統(tǒng)：引導金屬液進入和充滿型腔的一系列通道?！?.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

一、澆注系統(tǒng)的結構

澆注系統(tǒng)：引導金屬液進入和充滿型腔的一系列通道?！?.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

一、澆注系統(tǒng)的結構

澆口杯直澆道橫澆道直澆道窩內澆道澆注系統(tǒng)的構成（基本組元）：§2.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

連續(xù)鑄鋼澆注系統(tǒng)的構成：一、澆注系統(tǒng)的結構

§2.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

連續(xù)鑄鋼澆注系統(tǒng)的構成：鋼水包長水口中間包浸入式水口結晶器一、澆注系統(tǒng)的結構

一、澆注系統(tǒng)的結構

根據澆注系統(tǒng)基本組元截面積比例關系分為：

開放式澆注系統(tǒng)

F直<F橫

<F內

封閉式澆注系統(tǒng)

F直

>F橫

>F內半封閉式澆注系統(tǒng)

F直

<F橫

>F內（F直

>F內）封閉開放式澆注系統(tǒng)

F直

>F橫

<F內設F直、F橫、F內分別為直、橫、內澆道截面積之和?！?.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

二、計算模型

液態(tài)金屬充型過程計算模型：H0——金屬充型壓頭P——上型腔高度C——型腔高度（鑄件高度）§2.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

二、計算模型

為了保證金屬液順利充滿型腔：直澆道要有一定高度（提供充型壓頭）；澆道要有合適的截面積?！?.2液態(tài)金屬充型過程的水力學計算

三、計算結果

計算條件：澆注系統(tǒng)為充滿流動

封閉式澆注系統(tǒng)；對于開放式的型腔液面要淹過內澆道。澆口杯液面保持不變型腔內壓力與外界相同，即砂型透氣性要好，有排氣孔1.充填下半型設充填下半型時需要金屬液m1，充填時間為t1。

以澆口杯液面和內澆道出口建立伯努利方程（能量方程）：

（2-1）1.充填下半型設充填下半型時需要金屬液m1，充填時間為t1。

以澆口杯液面和內澆道出口建立伯努利方程（能量方程）：

式中：

P杯——

澆口杯液面壓力

P腔——型腔內的液面壓力

v杯——澆口杯液面金屬流動速度

v內——內澆口出口金屬流動速度

hi——澆注系統(tǒng)中某段的流體壓頭損失

γ

——重度（=ρg）2.充填上半型設充填上半型時需要金屬液m2，充填時間為t2。

以澆口杯液面和內澆道出口建立伯努利方程：

1.液態(tài)金屬與鑄型的界面作用及伴生缺陷

研究液態(tài)金屬與鑄型界面作用的現象和機理可能引起的鑄造缺陷及防止方法金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內容金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內容2.造型材料

作為材料，它包括兩層內容：型、芯、涂料等所用的原材料原材料的混合料作為科學，它研究下列內容：混合料的組成、配比、制備工藝、工藝性能及其測試方法；原材料、混合料的性能與鑄件質量的關系；開發(fā)新的造型方法和造型材料；舊砂再生工藝和設備。

耐火骨料粘結劑、固化劑附加物

型砂芯砂涂料

3.金屬液態(tài)成形工藝設計基礎液態(tài)金屬充填鑄型的方法和原理；液態(tài)金屬補縮鑄件的方法和原理；液態(tài)成形工藝對鑄件質量的影響。（如尺寸精度、表面質量、內部質量）液態(tài)成形工藝設計：根據金屬液態(tài)成形工藝設計原理編制鑄件生產工藝過程的技術文件。如鑄造工藝圖、鑄型裝配圖、模板裝配圖、芯盒裝配圖、工藝卡等。重點研究：金屬液態(tài)砂型成形工藝的主要內容§3.1砂型成形方法和工作條件

一、砂型成形方法原砂（或再生砂）、粘結劑（包括固化劑）和附加物經混制而成型砂（或芯砂）。

利用機械設備把型砂（或芯砂）制成砂型（或砂芯）的工藝過程稱為造型制芯。

造型制芯過程中，型（芯）砂在外力作用下成型并達到一定的緊實度或密度而成為砂型（或砂芯）§3.1砂型成形方法和工作條件

一、砂型成形方法砂型——

型砂在外力作用下而成型的物體，具有一定的緊實度。緊實度——

砂型的密度。

在砂型制造過程中，外力的大小影響砂型的緊實度：粘土砂砂斗中普通造型機高壓造型機緊實度1.15~1.25約1.65〉1.7§3.1砂型成形方法和工作條件

一、砂型成形方法造型制芯是金屬液態(tài)砂型成形最基本的工序，通常分為：手工造型：機器造型：利用簡單的器械進行砂型（芯）的制作

利用造型機和制芯機進行砂型（芯）的制作

§3.1砂型成形方法和工作條件

一、砂型成形方法手工造型的特點：

操作方便靈活，適應性強生產率低勞動強度大鑄件質量不易保證

適用于單件小批量生產

§3.1砂型成形方法和工作條件

一、砂型成形方法機器造型的特點：

生產效率高勞動條件好勞動強度低鑄件的表面質量好、尺寸精度高適用于成批大量生產

§3.1砂型成形方法和工作條件

二、砂型的特點砂型中微孔的物理特性決定了砂型的特點。具有一定強度的微孔——多孔隙體系。砂型的結構

孔隙率n反映微孔的數量物理特性：

顆粒形狀：圓形、多角形、尖角形

堆積方式：立方體、菱柱、角錐砂型的容重、導熱性、熱膨脹、透氣性與n有關。

物理特性：

微孔尺寸反映微孔的大小影響砂型的抗?jié)B透能力

顆粒大小顆粒形狀堆積方式

影響因素：三、砂型的工作條件時間段為：液態(tài)金屬充型和凝固階段。1.工作條件液態(tài)金屬充滿型腔前：熱作用、沖擊、沖刷液態(tài)金屬充滿型腔后：熱作用、壓力、物化反應鑄件表層結殼：界面產生氣隙、阻礙鑄件收縮2.界面作用熱作用——傳熱、傳質在金屬和砂型間有熱交換、水分和氣體遷移、砂型膨脹鑄件產生夾砂結疤2.界面作用機械作用——沖擊、沖刷、靜壓力

如果砂型表層強度不夠，金屬液將沖壞型壁鑄件產生表面缺陷

如果砂型整體強度不夠，型壁在金屬液靜壓力作用下發(fā)生移動鑄件產生尺寸誤差缺陷（脹箱、肥大）2.界面作用化學和物理化學作用——造型材料本身、造型材料與液態(tài)金屬發(fā)生化學和物理化學反應

造型材料自身的分解和化學反應，可改變界面氣氛和壓力鑄件產生氣孔

金屬液與造型材料起化學和物化反應鑄件產生粘砂、表面成分改變、氣孔

如果條件不利，就會影響液態(tài)金屬的充填和凝固，使鑄件產生缺陷，影響鑄件質量。所以，鑄型要具備一定的工藝性能，以適應界面上的各種作用。研究鑄件鑄型界面作用發(fā)生的原理、過程及效果，對于提高鑄件質量非常重要。在澆注和凝固過程中

鑄型處于傳熱、傳質、傳力及化學反應的工作條件下?！?.2液態(tài)金屬與砂型的物理作用

一、傳熱與傳質現象傳熱——物體間的熱量交換傳質——物體間的物質交換在砂型鑄造中，傳熱與傳質相互影響，其過程比較復雜。

1.金屬與砂型的傳熱熱流方向：鑄件鑄型大氣

傳熱方式：對流、輻射、導熱關鍵部位：界面

關鍵數值：研究金屬與砂型的傳熱

鑄件/砂型鑄件/砂芯鑄件/冷鐵鑄型/大氣材料熱物性參數邊界條件影響傳熱的因素：

體系溫度砂型熱物性幾何條件合金性能金屬液澆注溫度砂型初始溫度環(huán)境溫度鑄件的形狀與壁厚涂料層厚度砂型厚度合金熱物性相變與相變潛熱2.砂型溫度場

砂型受熱后將發(fā)生一系列的變化，這些變化對鑄件質量影響很大。所以，人們對砂型溫度場進行研究，借助砂型溫度場來分析金屬對砂型的加熱過程及產生伴生缺陷的可能性，合理控制型砂性能和澆注工藝，防止產生鑄造缺陷。

（1）確定砂型溫度場的方法

實驗法解析計算法數值模擬法（2）砂型溫度場的特點近界面處（型壁處）升溫快，型外部溫度低。砂型內各層初期溫度梯度大，隨時間增加溫度梯度逐漸變小。（3）影響砂型溫度場的主要因素

金屬澆注量和澆注溫度砂型熱物性值型腔結構3.水分遷移（傳質）水分遷移——

澆注時砂型在熱作用下，界面處表面層的水分向砂型里層遷移的過程。

濕型在澆注后開箱時常常會發(fā)現：緊貼鑄件的一層砂，強度很高，幾乎不含水分；但距表面一定距離（2～5mm）的砂層，水分特別多，強度很低。這就是水分遷移造成的結果。（1）砂型的區(qū)域劃分水分遷移后，根據砂型中各層水分含量將砂型劃分成4個區(qū)域：

名稱溫度水分強度界面干砂區(qū)（烘干區(qū)）D>100℃極少高Ⅰ-Ⅱ蒸發(fā)Ⅱ-Ⅲ凝聚水分飽和凝聚區(qū)M約100℃多很低水分未飽和凝聚區(qū)U<100℃較多較低未受影響區(qū)（正常區(qū)）G常溫適宜正常M區(qū)是高濕度、低強度區(qū)：抗拉強度低時，使D區(qū)脫離砂型抗壓強度低時，使D區(qū)向里推移（2）水分遷移過程鑄型澆注時，鑄件/鑄型界面處的砂型在熱作用下形成溫度場：

4.熱膨脹和熱應力熱膨脹——材料受熱后發(fā)生體積膨脹的現象。砂型受熱后，造型材料的體積將發(fā)生變化。（1）熱膨脹石英砂的熱膨脹量最大鋯英砂的熱膨脹量最小所以石英砂鑄型易產生膨脹類缺陷。對于粘土砂：體積變化石英砂粘土膨脹（點陣拉長和相變）收縮（失水）砂型膨脹砂多土少膨脹量愈大砂型溫度愈高熱變化率愈大影響砂型膨脹量的因素：砂型緊實度大原砂粒度大、粒度集中熱變化率大膨脹量大熱應力——材料由于受熱而引起的應力。（2）熱應力砂箱的阻礙鑄件結構的阻礙熱壓應力=f（砂型膨脹量、砂型韌性、砂型受阻程度）型砂在熱膨脹過程中如果受阻，則砂型將產生熱壓應力。

愈小愈小愈好愈弱注意：不是鑄型受熱溫度愈高熱壓應力愈大。因為熱壓應力是鑄型膨脹量和鑄型韌性的函數，當溫度升高時，雖然膨脹量大，但韌性變好，反而使壓應力小于低溫的。

2.界面作用熱作用——傳熱、傳質在金屬和砂型間有熱交換、水分和氣體遷移、砂型膨脹鑄件產生夾砂結疤2.界面作用機械作用——沖擊、沖刷、靜壓力

如果砂型表層強度不夠，金屬液將沖壞型壁鑄件產生表面缺陷

如果砂型整體強度不夠，型壁在金屬液靜壓力作用下發(fā)生移動鑄件產生尺寸誤差缺陷（脹箱、肥大）2.界面作用化學和物理化學作用——造型材料本身、造型材料與液態(tài)金屬發(fā)生化學和物理化學反應

造型材料自身的分解和化學反應，可改變界面氣氛和壓力鑄件產生氣孔

金屬液與造型材料起化學和物化反應鑄件產生粘砂、表面成分改變、氣孔

如果條件不利，就會影響液態(tài)金屬的充填和凝固，使鑄件產生缺陷，影響鑄件質量。所以，鑄型要具備一定的工藝性能，以適應界面上的各種作用。研究鑄件鑄型界面作用發(fā)生的原理、過程及效果，對于提高鑄件質量非常重要。在澆注和凝固過程中

鑄型處于傳熱、傳質、傳力及化學反應的工作條件（環(huán)境）下?！?.2液態(tài)金屬與砂型的物理作用

一、傳熱與傳質現象傳熱——物體間的熱量交換傳質——物體間的物質交換在砂型鑄造中，傳熱與傳質相互影響，其過程比較復雜。

1.金屬與砂型的傳熱熱流方向：鑄件鑄型大氣

傳熱方式：對流、輻射、導熱關鍵部位：界面

關鍵數值：研究金屬與砂型的傳熱

鑄件/砂型鑄件/砂芯鑄件/冷鐵鑄型/大氣材料熱物性參數邊界條件影響傳熱的因素：

體系溫度砂型熱物性幾何條件合金性能金屬液澆注溫度砂型初始溫度環(huán)境溫度鑄件的形狀與壁厚涂料層厚度砂型厚度合金熱物性相變與相變潛熱2.砂型溫度場

砂型受熱后將發(fā)生一系列的變化，這些變化對鑄件質量影響很大。所以，人們對砂型溫度場進行研究，借助砂型溫度場來分析金屬對砂型的加熱過程及產生伴生缺陷的可能性，合理控制型砂性能和澆注工藝，防止產生鑄造缺陷。

（1）確定砂型溫度場的方法

實驗法解析計算法數值模擬法（2）砂型溫度場的特點近界面處（型壁處）升溫快，型外部溫度低。砂型內各層初期溫度梯度大，隨時間增加溫度梯度逐漸變小。（3）影響砂型溫度場的主要因素

金屬澆注量和澆注溫度砂型熱物性值型腔結構3.水分遷移（傳質）水分遷移——

澆注時砂型在熱作用下，界面處表面層的水分向砂型里層遷移的過程。

濕型在澆注后開箱時常常會發(fā)現：緊貼鑄件的一層砂，強度很高，幾乎不含水分；但距表面一定距離（2～5mm）的砂層，水分特別多，強度很低。這就是水分遷移造成的結果。（1）砂型的區(qū)域劃分水分遷移后，根據砂型中各層水分含量將砂型劃分成4個區(qū)域：

名稱溫度水分強度界面干砂區(qū)（烘干區(qū)）D>100℃極少高Ⅰ-Ⅱ蒸發(fā)Ⅱ-Ⅲ凝聚水分飽和凝聚區(qū)M約100℃多很低水分未飽和凝聚區(qū)U<100℃較多較低未受影響區(qū)（正常區(qū)）G常溫適宜正常M區(qū)是高濕度、低強度區(qū)：抗拉強度低時，使D區(qū)脫離砂型抗壓強度低時，使D區(qū)向里推移（2）水分遷移過程鑄型澆注時，鑄件/鑄型界面處的砂型在熱作用下形成溫度場：

4.熱膨脹和熱應力熱膨脹——材料受熱后發(fā)生體積膨脹的現象。砂型受熱后，造型材料的體積將發(fā)生變化。（1）熱膨脹石英砂的熱膨脹量最大鋯英砂的熱膨脹量最小所以石英砂鑄型易產生膨脹類缺陷。對于粘土砂：體積變化石英砂粘土膨脹（點陣拉長和相變）收縮（失水）砂型膨脹砂多土少膨脹量愈大砂型溫度愈高熱變化率愈大影響砂型膨脹量的因素：砂型緊實度大原砂粒度大、粒度集中熱變化率大膨脹量大熱應力——材料由于受熱而引起的應力。（2）熱應力砂箱的阻礙鑄件結構的阻礙熱壓應力=f（砂型膨脹量、砂型韌性、砂型受阻程度）型砂在熱膨脹過程中如果受阻，則砂型將產生熱壓應力。

愈小愈小愈好愈弱引起的問題：應力注意：不是鑄型受熱溫度愈高熱壓應力愈大。因為熱壓應力是鑄型膨脹量和鑄型韌性的函數，當溫度升高時，雖然膨脹量大，但韌性變好，反而使壓應力小于低溫的。

二、膨脹類缺陷由于砂型受熱膨脹而引起的鑄件缺陷主要有：

夾砂結疤、鼠尾、毛翅1.夾砂結疤和鼠尾濕型鑄造中最常發(fā)生的缺陷。

形成部位夾砂結疤鼠尾型腔下平面、澆冒口附近型腔上平面、澆冒口附近（1）特征根據缺陷形成的不同階段，具有下列特征：

鼠尾——型壁表面呈帶狀翹起，但不破裂溝槽——型壁表面呈帶狀凸起，但不破裂夾砂——凸起后破裂，但不折斷結疤——破裂后折斷

（2）形成機理在澆注過程中，砂型表層被金屬液烘烤加熱（主要是熱輻射），使砂型里外層之間產生溫度差，導致：

水分遷移形成水分凝聚區(qū)；砂型里外層膨脹量不同且受阻而形成較大的表層（烘干層）熱壓應力。砂型受熱（形成溫度梯度）水分遷移（形成M區(qū)）砂型膨脹（形成D區(qū)熱壓應力）D區(qū)M區(qū)產生相對滑移趨勢鼠尾當M區(qū)抗拉強度低時D區(qū)凸起開裂折斷溝槽夾砂結疤當D區(qū)應力〉M區(qū)剪切應力時D區(qū)邊緣翹起夾砂結疤傾向∝D區(qū)熱壓應力M區(qū)抗拉強度（熱濕拉強度）出發(fā)點：提高砂型的熱濕拉強度和降低熱壓應力。

（3）防止措施

原砂：粒度分散，SiO2含量適當粘土：用PNa或PCa活化附加物：水分：控制型砂含水量，降低含泥量

造型材料方面：煤粉渣油熱濕拉強度↑少量↓熱壓強度↓大量↓出發(fā)點：提高砂型的熱濕拉強度和降低熱壓應力。

（3）防止措施縮短澆注時間；合理設計澆注系統(tǒng)和選擇澆注位置；

（避免局部型壁烘烤時間過長和過熱）鑄型排氣通暢鑄型緊實度均勻，不宜過大

工藝方面：（2）界面氣氛根據澆注時產生的各種氣體含量的不同，金屬與砂型的界面可有三種氣氛：界面氣氛影響著金屬與鑄型的界面作用。

還原性氣氛——CO,H2

為主氧化性氣氛——CO2,O2

為主中性氣氛——N2

為主（3）氣孔分類析出性氣孔——金屬液在凝固時由于溶解度的降低析出氣體而形成的氣孔。

反應性氣孔——金屬液的某些成分之間或金屬液與造型材料、冷鐵、熔渣進行化學反應產生氣體而形成的氣孔。

侵入性氣孔——造型材料在熱作用下產生的氣體以及空氣侵入金屬液中而形成的氣孔。

根據氣孔中氣體的來源將氣孔分為三類：

2.侵入性氣孔2.侵入性氣孔（1）氣孔特點形成部位氣體來源特征澆注位置的上表面靠近砂芯的表面型、芯產生的氣體卷入的氣體數量少，容積大孔壁光滑，表面氧化呈梨形、橢圓形、圓形（2）形成機理氣孔形成條件式中：2.侵入性氣孔關于四種壓力在澆注過程中的變化見下圖：關于四種壓力在澆注過程中的變化見下圖：鑄型的發(fā)氣性、透氣性對氣孔的產生影響很大：

發(fā)氣速度快發(fā)氣量大發(fā)氣溫度低易產生氣孔氣孔形成的影響因素：鑄型特性：發(fā)氣性、透氣性金屬液特性：粘度、表面張力、潤濕角澆注條件：澆注溫度、澆注位置、冒口設置（3）防止措施控制鑄型發(fā)氣性增加鑄型透氣性降低澆注溫度減少發(fā)氣物質降低發(fā)氣速度提高發(fā)氣溫度扎氣眼使用透氣性好的背砂§3.3液態(tài)金屬與鑄型的化學和物理化學作用一、反應性氣孔反應性氣孔是由于液體金屬與鑄型界面的物質發(fā)生氣體反應造成的。通常發(fā)生在鑄鋼件和球墨鑄鐵件中，樹脂砂生產的鑄件也易產生。1.氣孔特點形成部位孔中氣體成分特征分布均勻、致密，空洞細長孔壁光滑，表面未氧化鑄件表皮下1～3mm處。所以也稱皮下氣孔。

H2

CON22.形成機理金屬液與界面氣體反應形成氣泡核心，金屬液中的氣體向氣泡核心擴散使其長大形成氣泡。根據形核氣體的不同，氣孔形成機理分為：

CO學說

H學說

N學說各種學說適合各自的合金材質和造型材料。

Fe+H2O→FeO+2H

(H→H2)

FeO+C→Fe+CO

二、粘砂現象粘砂——鑄件表面上粘附著一層難以清除的砂?；蚝拔镔|。二、粘砂現象粘砂——鑄件表面上粘附著一層難以清除的砂?；蚝拔镔|。降低表面質量增加清理難度不利機械加工

對鑄件質量的影響鑄件厚壁處澆冒口附近凹槽小芯表面

形成部位熱作用劇烈或時間長1.粘砂的類型及鑒別（1）類型機械粘砂——金屬滲入砂型微孔中，將砂粒鉤聯(lián)下來?；瘜W粘砂——金屬氧化物滲入砂型微孔中并與砂粒起反應。（2）鑒別部位方法機械粘砂化學粘砂鑄件表面肉眼觀察白色毛刺灰黑蜂窩狀金相觀察分清砂與金屬分不清粘砂層測電阻小大化學法剩單個砂粒剩連體物2.機械粘砂也稱滲透粘砂、物理粘砂粘砂程度的評價：用金屬滲入到砂型微孔中的深度來評價。

滲入深度<半層砂粒<兩層砂粒>兩層砂粒粘砂程度表面粗糙輕度粘砂嚴重粘砂（1）形成機理毛細理論：機械粘砂是金屬液與型砂微孔的毛細現象引起的。

金屬液在靜壓力、動壓力和砂型毛細管作用下，向砂型微孔中深入，這時界面存在著下列力：

力的平衡：金屬液能夠滲入砂型微孔的臨界壓力為：滲入條件：滲入條件：工業(yè)純鐵對有關材料的潤濕角：氧化性氣氛弱氧化性氣氛中性氣氛石英砂52°83°110°鎂砂92°107°113°（2）影響因素金屬液凝固時間砂型特點界面特性金屬液靜壓力澆注溫度高鑄件熱節(jié)大激冷能力差，發(fā)氣量小微孔尺寸大表面張力界面潤濕性熱作用時間長易粘砂易粘砂鑄件高度澆注位置（3）防治措施縮小砂型孔隙縮短熱作用時間加附加物調整金屬液靜壓力使用細砂提高緊實度刷涂料控制澆注溫度鑄型表面使用激冷材料改善界面潤濕條件適當增加發(fā)氣量煤粉、重油、煤泥（鑄鐵件）3.化學粘砂化學粘砂是鑄鋼件和大型鑄鐵件容易產生的鑄造缺陷，一般分為易剝離型和難剝離型。（1）粘砂層結構Fe3O4Fe2O3FeO粘砂層=金屬氧化層+燒結層（低熔點化合物）

金屬氧化層在不同的澆注條件下（鑄件材質、鑄型種類），各種氧化鐵的相對含量不同。如果界面氧化性氣氛很強，則由低價轉化為高價氧化鐵的量就多。三種氧化鐵的性能：

氧化物熔點℃組織對石英的潤濕性結晶時體積變化FeO1370致密潤濕小Fe3O41590疏松不潤濕大Fe2O3>1600疏松不潤濕大正硅酸鐵（2FeO.SiO2）晶體粘砂層=金屬氧化層+燒結層（低熔點化合物）

燒結層硅酸鐵FeO與造型材料發(fā)生反應，可生成：

其它尚有MnO、Na2O與硅酸鐵形成的多元化合物。上述各種硅酸鐵的含量與鑄件冷卻速度有關。

（1）粘砂層結構偏硅酸鐵（FeO.2SiO2）晶體玻璃狀硅酸鐵（mFeO.nSiO2）玻璃體化學粘砂的形成包括兩部分：1粘砂層的形成；2粘砂層與鑄件的結合

金屬液的表面氧化與砂粒：與粘土：金屬氧化物（2）形成機理金屬氧化物易于向砂型空隙中滲透，并與砂粒、粘結劑反應形成化合物：

粘砂層的形成

粘砂層的形成

粘砂層與鑄件的結合粘砂層的結合部位有兩處:鑄件與氧化層，氧化層與燒結層

氧化層的作用可將氧化層分為三層：

?。ㄑ趸瘹夥杖酰鶬I、III層薄厚（氧化氣氛強）－→II、III層厚氧化層分界厚度為h臨

h臨為粘砂的臨界厚度（約為100μm）氧化層與金屬的連接強度與下列因素有關：

氧化層厚度氧化層密度氧化層化學成分>h臨：粘砂層（燒結層）易清除（II、III層斷開）<h臨：粘砂層（燒結層）不易清除氧化層厚度

燒結層的作用

所以，即使氧化層很薄，但低熔點化合物（燒結層）冷卻后形成玻璃體，也可使化學粘砂層清理掉，獲得光滑表面的鑄件。力的平衡：金屬液能夠滲入砂型微孔的臨界壓力為：滲入條件：滲入條件：工業(yè)純鐵對有關材料的潤濕角：氧化性氣氛弱氧化性氣氛中性氣氛石英砂52°83°110°鎂砂92°107°113°（2）影響因素金屬液凝固時間砂型特點界面特性金屬液靜壓力澆注溫度高鑄件熱節(jié)大激冷能力差，發(fā)氣量小微孔尺寸大表面張力界面潤濕性熱作用時間長易粘砂易粘砂鑄件高度澆注位置（3）防治措施縮小砂型孔隙縮短熱作用時間加附加物調整金屬液靜壓力使用細砂提高緊實度刷涂料控制澆注溫度鑄型表面使用激冷材料改善界面潤濕條件適當增加發(fā)氣量煤粉、重油、煤泥（鑄鐵件）3.化學粘砂化學粘砂是鑄鋼件和大型鑄鐵件容易產生的鑄造缺陷，一般分為易剝離型和難剝離型。（1）粘砂層結構Fe3O4Fe2O3FeO粘砂層=金屬氧化層+燒結層（低熔點化合物）

金屬氧化層在不同的澆注條件下（鑄件材質、鑄型種類），各種氧化鐵的相對含量不同。如果界面氧化性氣氛很強，則由低價轉化為高價氧化鐵的量就多。三種氧化鐵的性能：

氧化物熔點℃組織對石英的潤濕性結晶時體積變化FeO1370致密潤濕小Fe3O41590疏松不潤濕大Fe2O3>1600疏松不潤濕大正硅酸鐵（2FeO.SiO2）晶體粘砂層=金屬氧化層+燒結層（低熔點化合物）

燒結層硅酸鐵FeO與造型材料發(fā)生反應，可生成：

其它尚有MnO、Na2O與硅酸鐵形成的多元化合物。上述各種硅酸鐵的含量與鑄件冷卻速度有關。

（1）粘砂層結構偏硅酸鐵（FeO.2SiO2）晶體玻璃狀硅酸鐵（mFeO.nSiO2）玻璃體化學粘砂的形成包括兩部分：1粘砂層的形成；2粘砂層與鑄件的結合

金屬液的表面氧化與砂粒：與粘土：金屬氧化物（2）形成機理金屬氧化物易于向砂型空隙中滲透，并與砂粒、粘結劑反應形成化合物：

粘砂層的形成

粘砂層的形成

粘砂層與鑄件的結合粘砂層的結合部位有兩處:鑄件與氧化層，氧化層與燒結層

氧化層的作用可將氧化層分為三層：

?。ㄑ趸瘹夥杖酰鶬I、III層薄厚（氧化氣氛強）－→II、III層厚氧化層分界厚度為h臨

h臨為粘砂的臨界厚度（約為100μm）氧化層與金屬的連接強度與下列因素有關：

氧化層厚度氧化層密度氧化層化學成分>h臨：粘砂層（燒結層）易清除（II、III層斷開）<h臨：粘砂層（燒結層）不易清除氧化層厚度

燒結層的作用

所以，即使氧化層很薄，但低熔點化合物（燒結層）冷卻后形成玻璃體，也可使化學粘砂層清理掉，獲得光滑表面的鑄件。（3）防治措施控制金屬氧化層減少氧化：促進氧化：加形成還原性氣氛的附加物（煤粉、重油、瀝青等）加氧化劑、氧化鐵粉控制燒結層減少滲透：形成玻璃體：加不潤濕材料（煤粉）增加熔體過冷度（快冷、加附加物）降低澆注溫度使用非石英質砂刷非石英質涂料§3.4濕砂型成形工藝

在砂型鑄造中，根據所使用粘結劑種類將砂型分為：

粘土砂型無機化學粘結劑砂型（芯）水玻璃砂、水泥砂有機化學粘結劑砂型（芯）油砂、合脂砂樹脂砂型（芯）在生產中大量使用的是：

造型（砂型）——粘土砂、水玻璃砂、樹脂砂制芯（砂芯）——樹脂砂、有機粘結劑砂一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

生產效率高；利于組織機械化、自動化生產生產成本低；勞動條件好，潰散性好；鑄件質量對型砂性能敏感，易產生“三砂兩孔”缺陷；適于生產成批大量的中小件。濕砂型鑄造的特點：

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

簡單手工造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

普通機器造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

氣動微震壓實造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

高壓多觸頭機器造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

氣流沖擊造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

靜壓造型壓縮空氣流預緊實+壓頭壓實一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

低壓造型：0.15~0.4MPa砂型密度1200~1300

普通機器造型中壓造型：0.4~0.7MPa砂型密度1400~1500

氣動微震壓實造型高壓造型：>0.7MPa砂型密度1500~1600

高壓多觸頭造型、射壓造型沖擊造型：砂型密度1500~1600

氣流和動力沖擊造型濕砂型鑄造的分類：（根據造型時的壓實比壓）一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

生產效率高；利于組織機械化、自動化生產生產成本低；勞動條件好，潰散性好；鑄件質量對型砂性能敏感，易產生“三砂兩孔”缺陷；適于生產成批大量的中小件。濕砂型鑄造的特點：

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

簡單手工造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

普通機器造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

氣動微震壓實造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

高壓多觸頭機器造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

氣流沖擊造型一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

靜壓造型壓縮空氣流預緊實+壓頭壓實一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

低壓造型：0.15~0.4MPa砂型密度1200~1300

普通機器造型中壓造型：0.4~0.7MPa砂型密度1400~1500

氣動微震壓實造型高壓造型：>0.7MPa砂型密度1500~1600

高壓多觸頭造型、射壓造型沖擊造型：砂型密度1500~1600

氣流和動力沖擊造型濕砂型鑄造的分類：（根據造型時的壓實比壓）一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

一、濕砂型工藝特點濕砂型是粘土砂型中使用最廣泛的一種砂型，一般用于生產中小型鑄件。

砂型的基本性能也就是型芯砂必須具備的工藝性能，這些性能直接影響鑄件質量。1濕態(tài)強度濕態(tài)、干態(tài)、高溫、殘留所處狀態(tài)抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、抗裂受力狀況強度——在外力作用下型砂破壞時所承受的應力。

型砂強度：濕態(tài)強度——表示型砂是否具備足夠的強度可以用來造型。二、濕砂型的基本性能1濕態(tài)強度對鑄件質量的影響強度過低強度過高在造型、合箱、搬運時：可能引起鑄型破損、塌箱在澆鑄時：鑄型表面可能被沖壞、移動，產生砂眼、脹砂、跑火退讓性差，易產生裂紋潰散性差，不易落砂所以要求型砂要有適宜的濕態(tài)強度。

1濕態(tài)強度測試方法

對于試樣：用萬能強度試驗機測抗壓強度制樣機1濕態(tài)強度測試方法

對于試樣：用萬能強度試驗機測抗壓強度1濕態(tài)強度測試方法

對于試樣：用萬能強度試驗機測抗壓強度對于鑄型：用表面硬度計測表面硬度對鑄件質量的影響

過低：排氣不暢→氣孔、澆不足、嗆火過高：表面孔隙大→表面粗糙、粘砂2透氣性型砂允許氣體通過的能力。所以要求型砂要有適宜的透氣性。

2透氣性型砂允許氣體通過的能力。測試方法使用透氣性測定儀。

對鑄件質量的影響3流動性型砂在外力或自重作用下砂粒間相互移動的能力

。測試方法

造型效率高緊實度均勻型腔表面質量好流動性好

所以要求型砂要有良好的流動性。

階梯硬度法側孔法試樣重量法對鑄件質量的影響4韌性型砂由于塑性變形而吸收能量的能力，也就是抵抗脆性破壞的能力。測試方法

起模性好型腔表面質量好韌性好

所以要求型砂要有良好的韌性。

精確法：測試樣的抗壓強度和變形量破碎指數法：測試樣的破碎指數起模性——表示起模時砂型的棱角和吊砂是否容易損壞的能力。

4韌性測試方法破碎指數法：測試樣的破碎指數5抗夾砂結疤能力測試方法：

測熱濕拉強度5抗夾砂結疤能力測試方法：

測熱濕拉強度測熱壓應力5抗夾砂結疤能力測試方法：

測熱濕拉強度測熱壓應力測起皮時間6抗粘砂能力為防止鑄鐵件產生粘砂缺陷，都要往濕型砂中加入防粘砂材料——煤粉、重油為檢測有效煤粉含量，用發(fā)氣性來衡量。

發(fā)氣量∝有效煤粉含量對鑄件質量的影響7干濕程度要使型砂具有良好的綜合性能，必須有一個適宜的干濕程度，即適宜的型砂水分。

干濕程度濕態(tài)強度透氣性流動性韌性產生缺陷濕低很差差好夾砂結疤,氣孔,脹砂,澆不足適宜較高好中等中等干低差好差沖砂，砂眼最適宜干濕程度：

型砂能獲得各種性能都較好（綜合性能好）時的干濕程度。

最適宜干濕程度的判別

測定型砂含水量含水量有時不能真實地反映型砂的干濕程度。

手感法主觀人為判斷，屬經驗型，不能定量。

測定緊實率測定方法：在SYY液壓制樣機上測定。一般H=100mm，所以緊實率=h%型砂愈干，緊實前緊實度愈大

→

則緊實后體積變愈化小，緊實率就愈低。

緊實率的特點：

對干濕程度敏感（真實反映）

→水分↑，則緊實率↑反映型砂成分

→含泥量↑，則緊實率↓反映混砂效果

→均勻度↑，則緊實率↑易于測試，可實現在線控制

安裝在混砂機上，實時調整水分加入量各種造型方法對型砂性能的要求不同，則可通過緊實率來控制。造型方法普通機器高壓、沖擊擠壓緊實率（%）45~5040~4535~40在最適宜干濕程度下：最適宜水分

緊實率控制在最適宜干濕程度下的型砂水分稱為最適宜水分。

最適宜水分與型砂的原材料種類、配方、造型方法有關。

粘土的礦物成分主要是含水鋁硅酸鹽，基本化學式為：粘土礦物晶體結構的基本結構單位：1硅氧四面體2鋁氧八面體a.按礦物晶體結構分高嶺石Al2O3

?

2SiO2

?

2H2O蒙脫石Al2O3

?

4SiO2

?

H2O?

nH2O伊利石K1Al2[(Al,Si)Si3O10](OH)2?

nH2O（1）粘土礦物的分類粘土礦物的分類：按礦物晶體結構分高嶺石兩層型結構粘土礦物的分類：按礦物晶體結構分蒙脫石三層型結構伊利石三層型結構硅氧四面體的部分Si被Al置換，層間充進陽性K離子粘土礦物的分類：按礦物晶體結構分普通粘土膨潤土b.按礦物組成分（1）粘土礦物的分類普通粘土分級和牌號例如：NG-3-50表示高耐火度、濕壓強度為30~50kPa、干壓強度值大于500kPa的普通粘土。

膨潤土分級和牌號例如：PCaS-3-5表示濕壓強度為30~50kPa、熱濕拉強度為0.5~1.5kPa的酸性鈣基膨潤土。

粘土晶片受到破壞，邊緣的Al—O、Si—O離子鍵斷裂而形成不飽和鍵；成礦過程中晶體內部的高價陽離子被低價陽離子置換；粘土顆粒表面外露的氫氧基上氫的置換。粘土顆粒表面帶負電荷（2）粘土的陽離子交換特性硅氧四面體的Si4+被Al3+置換，鋁氧八面體的Al3+被Mg2+、Fe2+置換所以：粘土顆粒表面都要吸附Ca、Mg、Na、K等陽離子（成礦時），并可實現陽離子的交換（使用時）。膠體化學觀點：水化陽離子起到“橋”或“鍵”的作用。（3）粘土的濕態(tài)粘結機理參見書。（4）粘土的應用三.濕型砂用原材料濕型砂中含有原砂、粘土、煤粉（附加物）等材料。3附加物作用：改善型砂的某些性能常用材料：煤粉、渣油四.型砂的成分及制備型砂在反復使用過程中型砂成分將發(fā)生變化，如粘土和煤粉的燒損、泥分的增加等。所以，型砂每回用一次（或幾次），就要補加一定量的新砂、粘土和煤粉，以保證型砂性能不變，即要控制型砂成分。

1.濕型砂的成分（1）有效粘土有效粘土失效粘土濕型砂中的粘土起粘結作用的粘土未起粘結作用的粘土粘土補加量=失效粘土量

對鑄件質量的影響過高：→流動性↓→緊實不均勻過低：→強度↓→產生沖砂、夾砂等有效粘土含量測定型砂的吸藍量。

失效粘土無吸附色素的能力

測試方法1.濕型砂的成分（2）有效煤粉煤粉補加量=煤粉燃燒分解量

對鑄件質量的影響有效煤粉含量主要影響防止粘砂、夾砂結疤的效果。

測定型砂的發(fā)氣量。

測試方法1.濕型砂的成分（3）有害成分型砂中的有害成分包括

失效粘土煤粉殘焦灰分造成砂粒鮞化降低強度、透氣性砂粒鮞化——

有害成分包覆在砂粒表面形成多孔、低熔點的惰性膜。

對型砂性能的影響型砂耐火度↓，粘砂傾向↑型砂可塑性↑，夾砂結疤傾向↓導致為防止有害成分過多，砂粒過度鮞化，回用砂中要加入新砂。

1.濕型砂的成分（4）泥分型砂中直徑<22μm的物質。

多——透氣性↓，耐火性↓，含水量↑→粘砂、氣孔少——強度↓→砂眼、夾砂結疤含泥量原砂中泥分+有效粘土+有效煤粉+有害成分

型砂中泥分的含量稱為含泥量。所以，回用砂中要補加新砂控制含泥量。一般普通濕型砂的性能如下表：成分原砂SiO2（%）有效粘土有效煤粉含泥量含水量鑄鐵件<926~84~812~164.5~6鑄鋼件>966~808~144~5性能緊實率%透氣性濕壓強度MPa熱濕拉強度kPa破碎指數%鑄鐵件45~55<1000.06~0.11.0~2.570~90鑄鋼件45~55<1200.06~0.11.0~2.570~902.濕型砂的制備（1）原材料的處理新砂：水分>2%時需烘干處理舊砂：破碎→磁分離→冷卻（<25℃）2.濕型砂的制備（2）型砂混制工藝混砂設備：

碾輪式擺輪式葉片式轉子式2.濕型砂的制備（2）型砂混制工藝混砂設備：

碾輪式轉子式擺輪式葉片式質量好，生產率低質量較好，生產率低質量較差，生產率高面砂、單一砂面砂、單一砂單一砂、背砂碾輪式擺輪式葉片式轉子式2.濕型砂的制備（2）型砂混制工藝混砂設備：

混砂工藝（以碾輪式為例）：

碾輪式轉子式擺輪式葉片式質量好，生產率低質量較好，生產率低質量較差，生產率高面砂、單一砂面砂、單一砂單一砂、背砂2.濕型砂的制備測定方法：2.濕型砂的制備（2）型砂混制工藝混砂設備：

碾輪式擺輪式葉片式轉子式2.濕型砂的制備（2）型砂混制工藝混砂設備：

碾輪式轉子式擺輪式葉片式質量好，生產率低質量較好，生產率低質量較差，生產率高面砂、單一砂面砂、單一砂單一砂、背砂碾輪式擺輪式葉片式轉子式2.濕型砂的制備（2）型砂混制工藝混砂設備：

混砂工藝（以碾輪式為例）：

碾輪式轉子式擺輪式葉片式質量好，生產率低質量較好，生產率低質量較差，生產率高面砂、單一砂面砂、單一砂單一砂、背砂2.濕型砂的制備測定方法：2.濕型砂的制備（3）砂處理工藝流程§3.5樹脂砂型成形工藝

以樹脂作為粘結劑的型（芯）砂稱為樹脂砂。

熱法覆膜樹脂砂（也稱殼型/殼芯）熱芯盒樹脂砂冷芯盒樹脂砂呋喃樹脂自硬砂樹脂砂成形工藝主要有：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：

造型（砂型）——中大鑄件，質量要求高的小鑄件制芯（砂芯）——成批大量生產的鑄件應用：§3.5樹脂砂型成形工藝

型芯的強度高鑄件質量好，特別是表面質量適合于機械化生產原材料價格高勞動環(huán)境稍差樹脂砂成形工藝的特點：

高密度濕砂型造型——高壓、擠壓、沖擊造型樹脂砂機器制芯——冷芯盒、殼芯、熱芯盒大量生產鑄件的理想生產模式：一、熱法覆膜樹脂砂覆膜砂：原砂表面覆有一層固態(tài)樹脂膜的型（芯）砂。

酚醛樹脂+潛性固化劑（六亞甲基四胺水溶液）覆膜的成分：

酚醛樹脂在加熱和潛性固化劑的作用下覆膜的特點：

線型結構體型結構一、熱法覆膜樹脂砂覆膜砂：原砂表面覆有一層固態(tài)樹脂膜的型（芯）砂。

一、熱法覆膜樹脂砂使用殼芯機制芯（型）

一、熱法覆膜樹脂砂使用殼芯機制芯（型）

工藝過程（頂吹法）：

一、熱法覆膜樹脂砂工藝過程（底吹法）：

使用殼芯機制芯（型）

一、熱法覆膜樹脂砂

芯盒溫度影響殼層的厚度和強度230~300℃

射砂壓力和時間形狀復雜壓力要大3~10s

結殼時間影響殼層的厚度和強度10~65s

硬化時間使殼層進一步硬化20~100s制芯工藝：

二、熱芯盒樹脂砂將原砂、樹脂和固化劑混合后射入制芯機的熱芯盒中進行硬化成型。

二、熱芯盒樹脂砂將原砂、樹脂和固化劑混合后射入制芯機的熱芯盒中進行硬化成型。

二、熱芯盒樹脂砂將原砂、樹脂和固化劑混合后射入制芯機的熱芯盒中進行硬化成型。

二、熱芯盒樹脂砂將原砂、樹脂和固化劑混合后射入制芯機的熱芯盒中進行硬化成型。

工藝特點：

設備簡單，硬化快，生產效率高；砂芯常溫強度高，尺寸精度高；砂芯潰散性好；適合制作厚度小于50mm的成批大量生產的砂芯。二、熱芯盒樹脂砂

（1）呋喃樹脂1.樹脂砂的成分

糠醇樹脂（FA）脲醛樹脂（UF）酚醛樹脂（PF）

基本構成物為：

脲呋喃樹脂（UF/FA）酚呋喃樹脂（PF/FA）脲-酚共聚物呋喃樹脂（UF/PF/FA）

二、熱芯盒樹脂砂

（2）固化劑1.樹脂砂的成分

采用常溫下為中性或弱酸性，加熱后為強酸性的鹽。

氯化銨水溶液硝酸銨水溶液磷酸銨水溶液苯磺酸、對甲苯磺酸水溶液

對于不同的樹脂粘結劑，要使用相應的固化劑。二、熱芯盒樹脂砂

（3）附加物1.樹脂砂的成分

改善某些性能：

尿素消除游離甲醛的味道硅烷增加樹脂的粘結強度氧化鐵粉有效消除氣孔缺陷

二、熱芯盒樹脂砂

（1）常用配方2.樹脂砂的配方與混制

二、熱芯盒樹脂砂

（2）混制2.樹脂砂的配方與混制

使用螺旋式或葉片式快速混砂機。二、熱芯盒樹脂砂3.樹脂砂的制芯工藝

使用熱芯盒制芯機。工藝過程為：將芯盒加熱到工作溫度；清理盒腔表面并噴涂一層脫模劑；合型射砂，保持一定時間進行加熱硬化；待砂芯達到要求強度后開盒出芯。二、熱芯盒樹脂砂3.樹脂砂的制芯工藝

芯盒溫度影響硬化速度和強度200~260℃制芯工藝參數為：過燒二、熱芯盒樹脂砂

（2）固化劑1.樹脂砂的成分

采用常溫下為中性或弱酸性，加熱后為強酸性的鹽。

氯化銨水溶液硝酸銨水溶液磷酸銨水溶液苯磺酸、對甲苯磺酸水溶液

對于不同的樹脂粘結劑，要使用相應的固化劑。二、熱芯盒樹脂砂

（3）附加物1.樹脂砂的成分

改善某些性能：

尿素消除游離甲醛的味道硅烷增加樹脂的粘結強度氧化鐵粉有效消除氣孔缺陷

二、熱芯盒樹脂砂

（1）常用配方2.樹脂砂的配方與混制

二、熱芯盒樹脂砂

（2）混制2.樹脂砂的配方與混制

使用螺旋式或葉片式快速混砂機。二、熱芯盒樹脂砂3.樹脂砂的制芯工藝

使用熱芯盒制芯機。工藝過程為：將芯盒加熱到工作溫度；清理盒腔表面并噴涂一層脫模劑；合型射砂，保持一定時間進行加熱硬化；待砂芯達到要求強度后開盒出芯。二、熱芯盒樹脂砂3.樹脂砂的制芯工藝

芯盒溫度影響硬化速度和強度200~260℃制芯工藝參數為：過燒二、熱芯盒樹脂砂3.樹脂砂的制芯工藝

芯盒溫度影響硬化速度和強度200~260℃

射砂壓力和時間形狀復雜壓力要大0.5~1s

硬化時間取決于砂芯的厚度30~120s制芯工藝參數為：三、酸催化樹脂自硬砂以呋喃樹脂或熱固性酚醛樹脂為粘結劑，在相應的酸性催化劑作用下，在室溫下自行硬化成形的型（芯）砂。三、酸催化樹脂自硬砂以呋喃樹脂或熱固性酚醛樹脂為粘結劑，在相應的酸性催化劑作用下，在室溫下自行硬化成形的型（芯）砂。鑄鋼閥體三、酸催化樹脂自硬砂以呋喃樹脂或熱固性酚醛樹脂為粘結劑，在相應的酸性催化劑作用下，在室溫下自行硬化成形的型（芯）砂。鑄鐵泵殼三、酸催化樹脂自硬砂工藝特點：

型（芯）砂常溫固化，節(jié)省能源，可使用塑料模、木模；型（芯）強度高，潰散性好；即可造型，又能制芯；鑄件尺寸精度高，表面質量好；對原砂質量要求高，樹脂、固化劑價格高；舊砂可再生回用，利于降低成本；型砂性能對環(huán)境（溫度、濕度）敏感；特別適合成批、單件小批中大鑄件的生產。

（1）原砂1.自硬砂的成分

要求：

干含水量≤0.2%

凈含泥量≤0.2%

圓粒形要好需酸值要低三、酸催化樹脂自硬砂

（2）樹脂呋喃樹脂、熱固性酚醛樹脂三、酸催化樹脂自硬砂對于呋喃樹脂，根據樹脂的含氮量分為：性能含氮量（%）型砂高溫性能產生氣孔傾向潰散性價格高氮樹脂5.0~13.5差大好便宜中氮樹脂2.0~5.0中等中等較好中等低氮樹脂0.3~2.0較好較小中等較貴無氮樹脂≤0.3好小差貴1.自硬砂的成分

（2）樹脂呋喃樹脂、熱固性酚醛樹脂三、酸催化樹脂自硬砂樹脂的選用：1.自硬砂的成分

要根據鑄件材質、鑄件結構、性能要求來確定。

（3）催化劑決定型砂的硬化速度和硬化終強度。三、酸催化樹脂自硬砂

對甲苯磺酸苯磺酸磷酸硫酸已酯對于呋喃樹脂，常用的催化劑有：1.自硬砂的成分

均為顯性催化劑

（3）催化劑決定型砂的硬化速度和硬化終強度。三、酸催化樹脂自硬砂催化劑酸性越強：催化劑的酸性強弱：硬化越快終強度越低硫酸已酯>苯磺酸>對甲苯磺酸>磷酸使用何種催化劑，要根據環(huán)境條件、強度要求來決定。1.自硬砂的成分

（4）附加物三、酸催化樹脂自硬砂改善某些性能：

硅烷增加樹脂的粘結強度氧化鐵粉有效消除氣孔缺陷甘油增加砂型韌性

1.自硬砂的成分

（1）配方2.自硬砂的配方與混制

三、酸催化樹脂自硬砂

（2）混制2.自硬砂的配方與混制

三、酸催化樹脂自硬砂使用攪籠式或碗式混砂機。攪籠式混砂機——連續(xù)式混砂，供砂量大碗式混砂機——間斷式混砂，供砂量小攪籠式混砂機——連續(xù)式混砂，供砂量大碗式混砂機——間斷式混砂，供砂量小

（2）混制2.自硬砂的配方與混制

三、酸催化樹脂自硬砂使用攪籠式或碗式混砂機。攪籠式混砂機——連續(xù)式混砂，供砂量大碗式混砂機——間斷式混砂，供砂量小砂+催化劑+樹脂（硅烷）出砂混勻

混勻

樹脂自硬砂在混砂時就開始硬化。3.自硬砂的硬化特性

三、酸催化樹脂自硬砂根據硬化強度和硬化時間的關系得出硬化特性曲線。樹脂自硬砂硬化24小時的抗拉強度稱為終強度。三個重要性能指標：

t3—可使用時間t5—起模時間σ24—終強度

樹脂自硬砂在混砂時就開始硬化。3.自硬砂的硬化特性

三、酸催化樹脂自硬砂根據硬化強度和硬化時間的關系得出硬化特性曲線。t3—可使用時間t5—起模時間σ24—終強度

t3/t5

比值越大越好

混好的型芯砂填入砂箱或芯盒中，在可使用時間內利用自然緊實或輕微震動緊實填滿砂箱或芯盒，在型芯達到起模強度時及時起模，進一步硬化。4.自硬砂的造型制芯

三、酸催化樹脂自硬砂與鑄件接觸的砂型部分，其樹脂膜被完全燒掉；靠近鑄件的砂型部分，其樹脂膜受熱碳化，呈多孔海綿狀的焦化物沉積在砂粒表面；距鑄件有一定距離的砂型部分，其樹脂膜在熱作用下變脆；遠離鑄件的砂型部分，其樹脂膜仍然完好地包覆在砂粒表面。

5.自硬砂的舊砂再生

三、酸催化樹脂自硬砂樹脂砂型澆注后，固化的樹脂膜熱作用下發(fā)生變化：

破碎結塊的砂團，去除砂中的灰分、微粉、鐵豆等雜物；去除砂粒表面的固化樹脂膜。5.自硬砂的舊砂再生

三、酸催化樹脂自硬砂再生的目的：

再生砂：顆粒表面光滑，粒度分布均勻，需酸值降低，微粉少；熱穩(wěn)定性好，性能容易控制，利于提高鑄件質量。

干法——通過機械摩擦去除樹脂膜濕法——通過化學方法去除樹脂膜。5.自硬砂的舊砂再生

三、酸催化樹脂自硬砂再生方法：

破碎結塊的砂團，去除砂中的灰分、微粉、鐵豆等雜物；去除砂粒表面的固化樹脂膜。5.自硬砂的舊砂再生

三、酸催化樹脂自硬砂再生的目的：

再生砂：顆粒表面光滑，粒度分布均勻，需酸值降低，微粉少；熱穩(wěn)定性好，性能容易控制，利于提高鑄件質量。

干法——通過機械摩擦去除樹脂膜濕法——通過化學方法去除樹脂膜。5.自硬砂的舊砂再生

三、酸催化樹脂自硬砂再生方法：

5.自硬砂的舊砂再生

三、酸催化樹脂自硬砂第三章作業(yè)題通過查閱文獻，寫出利用濕砂型（粘土砂）生產某一鑄件的鑄造工藝。包括：鑄件的名稱、重量、材質、結構特點、生產批量、性能要求；所用粘土砂的配方、性能要求，采用的造型方法；金屬熔煉方法，澆注溫度；容易產生的缺陷及其防止措施。第四章金屬液態(tài)成形特種工藝

在鑄型材料、制型方法、金屬液充型形式及在型中凝固條件等方面與砂型成形有顯著差別的液態(tài)成形方法，統(tǒng)稱為液態(tài)金屬成形特種工藝。特種成形方法電渣熔鑄流變鑄造觸變鑄造快速成形技術壓力鑄造低壓鑄造差壓鑄造真空吸鑄擠壓鑄造