翻砂鑄造

翻砂鑄造

翻砂鑄造是用粘土粘結砂作造型材料生產鑄件,是歷史悠久的工藝方法,也是套用範圍最廣的工藝方法。說起歷史悠久,可追溯到幾千年以前;論其套用範圍,則可說世界各地無一處不用。

  • 中文名稱
    翻砂鑄造
  • 值得注意
    是最重要的造型材料
  • 屬    性
    用粘土粘結砂作造型材料生產
  • 適用領域範圍
    高壓造型、射壓造型、氣沖造型

翻砂鑄造

值得注意的是,在各種化學粘結砂蓬勃發展的今天,粘土濕型砂仍是最重要的造型材料,其適用範圍之廣,耗用量之大,是任何其他造型材料都不能與之比擬的。據報導,美國鋼鐵鑄件中,用粘土濕型砂製造的占80%以上;日本鋼鐵鑄件中,用粘土濕型砂製造的占73%以上。 適應造型條件的能力極強,也是粘土濕型砂的一大特點。1890年震壓式造型機問世,長期用於手工造型條件的粘土濕型砂,用於機器造型極為成功,並為此後造型作業的機械化、自動化奠定了基礎。近代的高壓造型、射壓造型、氣沖造型、靜壓造型及無震擊真空加壓造型等新工藝,也都是以使用粘土濕型砂為前提的。 各種新工藝的實施,使粘土濕型砂在鑄造生產中的地位更加重要,也使粘土濕型砂面臨許多新的問題,促使我們對粘土濕型砂的研究不斷加強、認識不斷深化。

現今,隨著科學技術的速發展,各產業部門對鑄件的需求不斷增長,同時,對鑄件品質的要求也越來越高。現代的鑄造廠,造型設備的生產率已提高到前所未有的水平,如果不能使型砂的性能充分適應具體生產條件,或不能有效的控制其穩定、一致,則不用多久就可能將鑄造廠埋葬於廢品之中。 隨著科學技術的發展,目前採用粘土濕型砂的鑄造廠,一般都適合其具體條件的砂處理系統,其中包括:舊砂的處理、新砂及輔助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的監控。 粘土濕砂系統中,有許多不斷改變的因素。如某一種或幾種關鍵性能不能保持在控制範圍之內,生產中就可能出現問題。一個有效的砂處理系統,應能監控型砂的性能,如有問題,應能及時加以改正。 由於各鑄造廠砂處理系統安排不同,選用的設備也不一樣,要想擬定一套通用的控制辦法是做不到的。這裡,打算提出一些目前已被廣泛認同的控制要點。各鑄造廠認真地理解了這些要點之後,可根據自己的具體條件確定可行的控制辦法。而且,還要隨著技術的進步和工廠的實際能力(包括人員和資金)不斷改進對型砂系統的控制。

計算比較

型砂的比熱大致是:9.22×102J/kg·℃, 水的比熱是:4.19×103J/kg·℃, 水的蒸發熱是:2.26×106J/kg, 1噸砂中加20℃的水10kg(加水1%),使其溫度升到50℃,所能帶走的熱量為4.19×103 ×10×30,即12.57×105J。 1噸砂溫度降低1℃,需散熱9.22×102×1000 J,即9.22×105 J。 所以,在舊砂中加水1%,只能使溫度降低24.5℃。 使1噸砂中的水分蒸發1%(10kg),能帶走的熱量為2.26×107J,卻可使砂溫降低24.5℃。 以上的分析表明:簡單地向皮帶機上加水或向砂堆灑水,冷卻效果是很差的。即使加水後向砂表面吹風,也不能有多大的改善。加水後,要使水在型砂中分散均勻,然後向鬆散的砂吹風,使水分迅速蒸發,同時將蒸汽排除。 目前,型砂冷卻裝置的品種、規格很多,主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻器和冷卻沸騰床等,都是利用水分蒸發冷卻型沙。其中,冷卻沸騰床效果較好。

舊砂的水分控制

幾乎所有的鑄造廠都檢查和控制混成砂的水分,但是,對於嚴格控制舊砂水分的重要性,很多鑄造廠的領導和技術人員還缺乏足夠的認識。 進入混砂的舊砂水分太低,對混砂質量的影響可能並不亞於砂溫過高。 試驗研究和經驗都已證明,加水潤濕乾膨潤土比潤滑濕膨潤土難得多。型砂中的膨潤土和水,並非簡單的混在一起就行,要對其加搓揉,使之成為可塑狀態。這就像用陶土和水制陶器一樣,將水和土和一和,是鬆散的,沒有粘接能力;經過搓揉和摔打,使每粒土都充分吸收了水分,就成為塑性狀態,才可以成形,製成陶器毛坯。 鑄型澆注以後,由於熱金屬的影響,很多砂粒表面上的土-水粘結膜都脫水乾燥了,加水使其吸水恢復塑性是很不容易的。舊砂的水分較低,在混砂機中加水混碾使之達到要求性能所需要的時間就越長。由於生產中混砂的時間是有限的,舊砂的水分越低,混成砂的綜合質量就越差。目前,各國鑄造工作者已有了這樣一種共識:進入混砂機的舊砂,水分只能比混成砂略低一點。 較好的做法是:在舊砂冷卻過程中充分加水冷卻後所含的水分略低於混成砂。這樣,從砂冷卻到進入混砂機還有一段相當長的時間,水可以充分潤濕舊砂砂粒表面上的膨潤土。 更好的做法是:在系統中設混砂機對舊砂進行預混,冷卻後的舊砂在預混混砂機中加水進行預混,以改善舊砂中膨潤土和水的混合狀態。國外,有的鑄造廠預混時,將需補加的新砂、膨潤土、煤粉等附加料全部加入。天津的新偉祥鑄造公司,用德國製造的EiRich混砂機預混。經過預混的舊砂,進入混砂機後加水量很少,只是略微調整。型砂中的膨潤土和水在混砂機進一步得到調製,型砂的性能就更為穩定一致。

舊砂的粒度

對於用粘土濕型砂製造的鑄鐵件,型砂的粒度以細一些為好。由於混砂時舊砂用量一般都在90%以上,決定型砂粒度的因素主要是舊砂。新砂加入量很少,不可能靠加入新砂來改變型砂的粒度。所以,應該經常檢測舊砂的粒度。 檢測粒度時,取樣後先清洗除去泥分(可用測定含泥量時剩下的砂樣),烘乾後篩分。 對粒度有以下兩點要求。 (1)140目篩上的砂粒應在10-15%之間。保持較多的細砂,可以減輕鑄件表面粘砂。而且,會增加砂粒之間粘結橋的數量,從而降低型砂的脆性,避免沖砂缺陷。此外,這對提高型砂的溫強度、乾強度和水分遷移後增濕層強度都有好處。

(2)200目篩、270目篩和底盤上細砂的總和應儘量地少。這樣的細砂對改善鑄件表面質量的作用不大,卻會使混成砂的水分較高,而且會使型砂的透氣性降低。細砂的總和一般應少於4%。

​吸水細粉的含量

吸水細粉中主要是死粘土,還包括焦化了的煤粉細粒和其他細粉。 吸水細粉的含量並非越低越好,最好將其控制在2-5%之間。 吸水細粉,混砂時會和膨潤土爭奪水分,使混成砂達到可緊實性目標值所需的水分增高。但是,據目前大家的認識,吸水細粉的吸水能力比膨潤土強,而保持水分的能力卻低於膨潤土。因此,在型砂中加水量略有不當時,吸水細粉對型砂性能有一定的"微調和穩定"作用。水分高時,細粉首先吸水,膨潤土所吸收水可較穩定一致;混成砂在輸送過程中水分蒸發時,吸水細粉所吸的水先蒸發,粘結砂粒的粘土膏中的水分較為穩定,型砂的性能也就較小波動。 吸水細粉含量太高也不好,會使型砂的水分較高,易於導致鑄件上產生針孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。 吸水細粉含量太低,則型砂的性能(尤其是可緊實性)不易穩定。

鑄造的俗稱

"砂型鑄造" 時先將下半型放在平板上,放砂箱填型砂緊實刮平,下型造完,將造好的砂型翻轉180度,放上半型,撒分型劑,放上砂箱,填型砂並緊實、刮平,將上砂箱翻轉180度,分別取出上、下半型,再將上型翻轉180度和下型合好,砂型造完,等待澆注。這套工藝俗稱--"翻砂"。

翻砂是將熔化的金屬澆灌入鑄型空腔中,冷卻凝固後而獲得產品的生產方法。在汽車製造過程中,採用鑄鐵製成毛坯的零件很多,約占全車重量的60%左右,如氣缸體、變速器箱體、轉向器殼體、後橋殼體、制動鼓、各種支架等。製造鑄鐵件通常採用砂型。砂型的原料以砂子為主,並與粘結劑、水等混合而成。砂型材料必須具有一定的粘合強度,以便被塑成所需的形狀並能抵禦高溫鐵水的沖刷而不會崩塌。為了使砂型內塑成與鑄件形狀相符的空腔,必須先用木材製成模型,稱為木模。熾熱的鐵水冷卻後體積會縮小,因此,木模的尺寸需要在鑄件原尺寸的基礎上按收縮率加大,需要切削加工的表面相應加厚。空心的鑄件需要製成砂芯子和相應的芯子木模(芯盒)。有了木模,就可以翻制空腔砂型。在製造砂型時,要考慮上下砂箱怎樣分開才能把木模取出,還要考慮鐵水從什么地方流入,怎樣灌滿空腔以便得到優質的鑄件。砂型製成後,就可以澆注,也就是將鐵水灌入砂型的空腔中。澆注時,鐵水溫度在1250-1350度,熔煉時溫度更高。然後還要經過除砂、修復、打磨等過程,才能夠成為一件合格鑄件。

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