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造型机和造芯机和工艺基础

时间 2020-12-03 10:56

  造型机和造芯机和工艺基础。铸造机械化 主讲人:孙清洲 课程简介 课程简介:本课程是材料成型与控制工程专业的一门专业课。主 要介绍铸造车间造型制芯设备,砂处理设备,落砂清理设备,冲 天炉熔化工部配料及加料设备,机械化运输设

  铸造机械化 主讲人:孙清洲 课程简介 课程简介:本课程是材料成型与控制工程专业的一门专业课。主 要介绍铸造车间造型制芯设备,砂处理设备,落砂清理设备,冲 天炉熔化工部配料及加料设备,机械化运输设备,铸造车间给料 及定量设备,常用除尘设备的原理、结构以及选用。 教学基本要求: 掌握各种设备的工作原理,了解设备的基本结构。 考核形式:闭卷笔试+作业、考勤+随堂测试 教材及主要参考书:《铸造机械化》、《铸造设备选用手册》、 《铸造设备》 序 机械:人们在改造自然的过程中总结和创造出来的,用于代替或帮助人 们完成某项工作的设备的总称 分类:专用机械、通过机械 铸造机械:为铸造生产工艺服务的机械设备的总称 实现铸造机械化的意义:提高铸件质量;减轻工人劳动强度;提高劳动 生产率 铸造机械和其它机械的关系: 1.各种机械所基于的传动原理、控制原理等各方面具有共性 2.为了满足铸造生产的需要,铸造机械在其工艺适应性上有其特殊性, 共性和特殊性的结合就构成了各种设备。 第一讲 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 本讲所要解决的主要问题 1.对铸型的工艺要求是什么? 2.如何获得满足铸造工艺要求的铸型? 3.铸型紧实与否如何衡量? 4.紧实铸型的方法有几种?其实砂原理是什么? 5.不同实砂方法所获得的紧实度分布规律及影响紧实度 大小及分布的因素。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 第一节 型砂的紧实度及实砂要求 一、铸造工艺方法及工艺过程 铸造工艺方法主要分为两类: 砂型铸造:用砂型及砂芯形成铸型的型腔 特种铸造:除砂型铸造之外的铸造方法的总称 二、铸造对砂型的工艺要求 ①成型:形成具有一定的强度、尺寸精度和 表面精度的型腔;②工艺性能:透气性、耐火度、 溃散性 使铸型成型的方法:紧实型砂 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 三、紧实度 紧实度:砂粒间排列及堆积的紧密程度 紧实度的表达方式: 1.容重法:δ=m/v (g/cm3) 用容重法表征的造型材料的紧实度: 松散型砂 :1.2~1.3g/cm3; 一般紧实型砂: 1.55~1.7g/cm3 高紧实度型砂: 1.6~1.8g/cm3 非常紧实型砂: 1.8~1.9g/cm3 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.硬度法:用砂型的表面硬度表征型砂的紧 实度 硬度的测量:采用硬度计 硬度计分类: A、B型:压头为球形,用于测量一般砂型 的表面硬度 C型:压头呈锥形,用于测试硬度高的砂型 用硬度法表征的砂型紧实度: 一般为60~80;高压造型可达到90 常用实砂方法:压实、震实、气流紧实等 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 第二节 压实实砂 一、压实实砂的原理:直接加压使型砂紧实 压实实砂根据压实速度不同分为慢速压实(加压速度<0.01m/s,一般压实((压 实速度0.5~1m/s)、高速压实(压实速度7 m/s),一般压实造型机上均为一般压 实,因此,在此仅讨论一般压实实砂的情况。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 一般压实的紧实过 程: 工作台自下向上运 动,压头从上向下 压入铸型 ⑴工作台从静止开 始上升 ⑵砂型碰到压头, 上层砂子受撞击而 紧实,并将紧实力 向下传递。上层砂 子受到的冲击力及 压力大,紧实度高 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ⑶在砂型紧实的未尾,铸型、砂箱、模 板具有较大的速度,最终和铸型发生 撞击。 二、压实所得紧实度平均分布 靠近压板处最高,中间有所降低, 而靠近模板处又有所提高。 1.砂型中心紧实度分布 2.砂型角上紧实度分 布 3.砂型边上中间紧实度分布 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 三、影响压实法实砂紧实 度大小及分布的因素 1.压实比压的影响 压实比压:型砂单位面积 上受到的压实力 压实比压高,紧实度高, 紧实度的均匀性提高 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.砂箱高度的影响 在砂箱的高宽比(砂箱高 度/窄边宽度)小于1时,砂箱 中心部位紧实度上下均匀。 当砂箱高宽比大于1时, 只有在接近1的范围内砂箱中 心部位上、下坚实度均均, 远离压板处紧实度降低。 右图:断面为 100×100mm,不同高度砂箱 中心部位紧实度在高度方向 的分布。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3.模型的影响 1)具有模型时砂型的紧实过程 2)具有模型时铸型的紧实度分布 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3)影响因素 ●压缩比的影响 A、压缩比的产生 B、压缩比的概念 (H+h)δ0=Hδ1 (H+h-m)δ0=(H-m)δ2 δ1=δ0+(h/H)δ0 δ2=δ0+〔h/(H-m)〕δ0 h/H及h/(H-m)称为压缩比 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ●模型顶上砂柱的高宽比B 砂柱高宽比的概念: 模样顶上砂柱高度 B 模样顶上窄边宽度 hs bmin 当B≥1~1.25时,压缩比的影响小, 反之则大 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ●深凹比A的影响 深凹比的概念: 深凹处的高度或深度 A 深凹处短边的宽度 H B m in 当A小于0.8时深凹处易紧实 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 四、提高压实法实砂紧实度的措 施 1.提高压实比压:压实比压 高,紧实度高并且分布均匀。 2.减小压缩比的差别:紧实 度均匀 措施:● 应用成型压头 ● 应用多触头压头 ●压膜造型 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 应用成型压头(目的是使各处的压缩比相同) 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 多触头压头(万能式成型压头) 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 压膜造型(万能式成型压头) 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3.模板加压与对压法 ●压板加压法:压板压入砂箱 紧实度分布:靠近压板处 高,远离压板处低 ●模板加压法:压实时压板不 动,模板压入砂箱 紧实度分布:靠近模板处 高,远离模板处低 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ●对压法:压板和模板从两个方向同时加压 紧实度分布:较均匀 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 4.控制型砂的紧实率:在满足要 求的情况下选择较低 的紧实率的型砂,一般机器造型型砂的坚实率为 45-55%,高压造型35-45% 5.提高压前型砂的紧实度:进行压前预紧实,如:射 砂加砂、负压加砂、压前震击预实砂等 2 1 m H ( 2 0) 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 第三节 震击及微振 实砂 一、震击实砂 1.震击实砂原理 惯性紧实 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.震击实砂的紧实度分布: 紧实度下高,上低 3.影响震击实砂紧实度的因 素 ●震击次数:一般为 20~50次,随震击次数的 增加,紧实度提高。 ●震击高度:一般为 20~50mm,最大不 超 过80mm,震击高度大, 紧实度高。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ●模型上尖角的影响:在水平的尖角处 紧实度明显降低 4.使震击实砂紧实度均匀化的措施 ●震击+压实 ●动力补充紧实 ●人工辅助紧实 5.震击法实砂的应用 ●单纯用震击实砂时,应和辅助人工紧实相结合 ●大多数情况下是做为对型砂进行预紧实的手端 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 二、微震实砂 微震实砂是相对普通震击实砂而言的,普通震击实砂 时,其震幅一般为20~50mm,频率为200 ~500次/分,而 微震实砂时其震幅一般在5~25mm,频率在500 ~1000次/ 分。 1.微震实砂紧实度分布: 类似于普通震击实砂,靠近模板处高,远离模板处低 2.影响紧实度大小的因素: 同普通需击实砂 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3.改善微震法实砂紧实 度分布的措施 微震和压实相结合 ●微震+压实:微震起 到预实砂的作用 ●微震+压震:预紧实+ 压实 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ●压震 压实的同时进行 震击的实砂方法称为 压震 进行实震,强化 了压实实砂的效果 原因:由于动压 实力的存在使实际压 实力大大增加 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和 制芯机工艺基础 第四节 射砂法实砂 一、射砂法实砂的工作原理 1.射砂的过程及原理 射前期:压缩空气快速进 入射砂筒,射砂筒内压力 升高,但砂子还没有射出, 射前期约需0.008~ 0.011s 粘土砂造型机和 制芯机工艺基础 自由射砂阶段:砂粒由气流推 动形成气固两相流射入芯盒, 时间约为0.3~0.5s,近80 ~ 90%的砂子在这一阶段射入 芯盒 压砂团紧实:将稀疏的气砂流 变为密集流,最后被推入芯 盒,称为“压砂团” 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 气流流过砂层而形成渗透压,当渗透压大于砂粒之间的阻 滞力时,砂子以气固两相流的方式被气流射出。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 形成气压梯度(顶上进气、和均匀进气形成的气压梯度不同) 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.射砂实砂的紧实原理 气砂流受滞止时形成的高气压的 作用(动压+静压) 气压砂团的紧实作用 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ☆芯盒的排气方式 上排气:排气孔 设在射砂头上,射砂 气体由芯盒的上方排 出 下排气:将排气 孔设在芯盒的下部, 射砂气体由芯盒的下 方排出 综合排气:即有 上排气,也有下排气 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3.射砂所得紧实度分布 在芯盒高度方向 上:靠近射孔及远离射 孔处高,中间低 在芯盒的横断面上: 中心高,周边低 δC:中心处的紧实度δP: 靠近芯盒壁处紧实度 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 4.影响射砂法实砂紧实度的因素 1) 射砂筒内的气压梯度及射砂气压 气压梯度及气压高则紧实度高 控制气压梯度的方法:快速进气、射砂筒的结构、射砂气压 2)芯盒上排气孔的位置和大小 一般排气孔的总面积为芯盒截面的0.3~0.35倍。 3)射孔的面积 一般射孔面积为射筒面积的0.2~0.5倍;射孔面积与排气孔面积之比 约为1:3 三、射砂法实砂的应用 特点:填砂和紧实一次完成,紧实度低 1、在化学硬化砂中用于填砂和紧实 2、在粘土砂中用于填砂和预紧实 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 第五节 气流渗透压实砂法 1.气流渗透压实砂的原理 将型砂加入砂箱之中,将 吹气头压到砂箱之上,迅速通入 压缩气体,使气体的升压速度达 到5-7MPa/s,气流迅速作用于 砂子的表面,并产生从砂层表面 到模板(模型)之间的渗透,砂层 中形成渗透压,最终气体从模板 上的排气孔排出。在渗透压的作 用下,使型砂获得紧实。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.气流渗透实砂的紧实度分布: 靠近排气塞处紧实度高,上部的紧 实度低 3.影响气流渗透实砂紧实度的因素 工作气压:工作气压高,紧实度高; 升压速度:升压速度高,紧实度高,一般 升压速度为5~7MPa/s 排气孔的面积及位置:排气孔面积大紧实 度高,但排气孔面积占模板面积的 2.5~3.5%之后,面积再增加,6up!强度增加 较少。 砂箱高度:砂箱高度大,紧实度高。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 4.气流渗透实砂的应用 型砂的紧实度低,主要用于型砂的预紧实,通常气渗紧实后再加压实 方能达到铸造工艺要求,这种先气渗紧实再加压实的实砂方法称为“静压 造型” 5.气流渗透压实砂和射砂实砂的异同点: 相同点:均利用有压气体进行实砂 不同点:实砂机理不同。射砂实砂时形成气砂两相流,靠气砂流受滞止时的 动压+静压以及最后的气压砂团原理紧实;气流渗透压实砂是靠渗透压实 现实砂 工作过程不同:射砂实砂将填砂和实砂溶为一体,渗透压实砂时应先 填砂,然后再进行渗透压紧实。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 第六节 气流冲击实砂 1.气流冲击实砂的工作过程 将砂箱加满型砂并压到气冲头 上,开启快速进气阀,压缩气体以 80~100MPa/s的升压速度作用于 型砂的表面,由于升压速度高,气体 来不及向砂层内渗透,在砂层表面形 成冲击波,使上层砂子首先受到冲击 预紧实,预紧实层逐渐向下扩展,直 到模板。经预紧实的型砂和模板冲击, 将冲击能转变为压力能而获得终紧实, 终紧实层从下向上逐层紧实直至砂层 的顶面,实砂过程结束。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.气冲法实砂的工作原理 气冲实砂的过程就是初实层的形成、扩大 及冲击的过程 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3.气冲紧实所得紧实度分布 在高度方向上:靠近模板处 紧实度高,远离模板处 紧实度低,最上层的砂 子紧实度最低。 在铸型的横断面上:紧实度 相对均匀 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 4.影响紧实度大小的因素 ☆砂层表面的升压速度:升压速度高,初实层簿,更有利于气冲紧实,型 砂的紧实度高。一般气冲紧实时砂层表面的升压速度为80~100MPa/s 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ☆工作气压:工作气压 高,在相同的工作设备 上可得到较高的升压速 度。升压速度高,预实 层簿,型砂的紧 实度高 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ☆其它因素: ●砂箱高度的影 响:砂箱高紧 实度高 ●模型的影响: 当深凹比大于 3时,易出现 漏斗堆塞现象, 使紧实度分布 不均匀 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ☆流态气冲法:由辅助框上的 夹层将气流先引到易出现 漏斗堵塞的部位。当气冲 实砂时,有一股气体先到 了易形成漏斗堵塞的部位, 使那里的砂层流态化,破 坏了漏斗堵塞的形成,同 时使深凹处的型砂获得预 紧实,以提高深凹处型砂 的紧实度。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ☆差动气冲法:在压缩比大的型 砂上面设置阻流板,当进行 冲击实砂时,无阻流板处, 气流直接作用于型砂表面, 有阻流板处气流需经阻流板 后方能作用于型砂的表面, 使无阻流板处和有阻流板处 的型砂按先后顺序获得紧实 从而解决了漏斗堵塞的问题 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ☆二次气冲法:在深凹处的底板上开有排气孔,而非深 凹处则没有。第一次气冲时开小的气冲阀,砂型表面 的升压速度低,对于深凹处的型砂相当进行了一次气 渗预紧实,而第二次气冲时开启大的气冲阀实现真正 的气冲紧实,由于预紧实提高了第二次紧实前型砂的 紧实度,破坏了形成漏斗堵塞的条件。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 5.真空在型砂紧实中的应用 1)真空射砂填砂 工作时将砂箱或芯盒紧压于填砂 斗和模板之间,模板上开有排气孔。 填砂时将真空引至模板上排气孔的 下方,使模板处气压降低,在填砂 斗与模板间形成气压差,这一气压 差推动型砂向砂箱内运动,实现填 砂和紧实。 紧实度一般较低,主要用于对 型砂的预紧实。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2)真空气渗实砂 工作时将芯盒填满芯砂,将芯盒 底板上的排气孔接真空,芯盒两端因 气压差而出现气流的渗透而产生渗透 压,在渗透压的作用下使芯砂获得紧 实。 所得型砂的紧实度低,主要用 于粘土型砂的预紧实或化学粘结型砂 的紧实。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 第七节 填 砂及起模 一、填砂 1.造型工艺对填砂的要 求 1)均匀填砂 2)型砂松散 3)提高预填砂的紧实度 (1)射砂填砂 (2)真空填砂 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 二、起模 造好的铸型在起模时一 方面要克服砂子和模型之间 的摩擦阻力,另一方面要克 服砂子及砂箱的重力,其起 模机构和起模方式主要有: 1.顶箱起模(Z14系列造型 机属此类) ●顶杆起模 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 二、起模 1.顶箱起模(Z14系列造型机属 此类) ●顶杆起模 特征:四根顶杆顶住砂箱实现 起模。 顶杆起模有两种工作方式: 一种是工作台不动,顶杆顶住 砂箱向上运动实现起模。另外 一种是顶杆顶住砂箱不动,工 作台向下运动进行起模。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 ●漏模起模 特征:四根顶杆顶住漏模板, 由漏模板托住砂箱实现起 模。 漏模起模有两种工作 方式:一种是工作台不动, 由起模机构向上顶起漏模 板及铸型实现起模。第二 种是由起模机构顶住漏模 板,使其保持不动,工作 台向下运动进行起模。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 2.托箱起模 特征:砂箱在下降过程中被托持 住,工作台继续下降进行起 模。 当砂箱在下降过程中被 顶杆顶住时,称为顶杆起模 当砂箱在下降过程中被 辊道顶住时,称为托箱起模 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 3.翻转起模 转台法(Z25系列造型机属此类):当砂箱或工作台围绕通过 其实体的轴线度,砂箱被垂直工作台接住并向下运动 实现起模,称为转台法起模。 翻台法(Z23系列造型机属此系列):当砂箱或工作台围绕不 通过其实体的轴线度,砂箱被垂直工作台接住并向下 运动实现起模,称为翻台起模。 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 粘土砂造型机和制芯机工艺基础 思考题 1.说明紧度的常用表示方法 2.说明平压板压实法实砂的原理、及影响紧实度大小及分布的因素 3.说明震击法实砂的原理、及影响紧度的因素 4.说明气流渗透实砂、气冲实砂的工作原理以及两者的异同点 5.说明射砂实砂的实砂原理及影响紧实度的因素 6.名词解释 紧实度 压实比压 压震 顶箱起模 托箱起模 静压造型 气冲造型 压缩比

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