1、材料成形工艺 宁波工程学院周志斌2011 10 31 2 5冷铁设计 冷铁的概念为增加铸件局部冷却速度 在型腔内部及工件表面安放的激冷物 冷铁可分为外冷铁和内冷铁 在铸造生产中常将冷铁 浇注系统和冒口配合使用 控制铸件的凝固过程 冷铁 浇口 2 5 1冷铁的作用1 与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序 形成顺序凝固的凝固次序 改变铸件的凝固次序 形成顺序凝固 增大凝固过程的稳定梯度 使凝固次序更加明显 加速铸件局部厚大部位的凝固速度 与周围部分同时凝固 2 加速铸件的凝固速度 细化晶粒组织 提高铸件的力学性能 另外 冷铁还可以用来划分冒口的补缩区域 控制和扩大冒口的补缩范围 提高冒口的补缩效
2、率 2 5 2冷铁材料的选择生产中常用的冷铁材料有铸铁 铝合金 石墨和铜合金等 可以制作冷铁的材料很多 凡是比砂型材料的热导率 蓄热系数大的金属和非金属材料均可选用 常用冷铁材料的热力学性能 2 5 3外冷铁外冷铁的分类 外冷铁 直接冷铁 明冷铁 间接冷铁 暗冷铁 有气隙 无气隙 外冷铁厚度的确定 根据经验 外冷铁的厚度见下表2 注 T 铸件热节圆直径 对轻合金件 当T大于2 5倍铸件壁厚时 需配合冒口使用 外冷铁工作表面积的确定设在铸件底面和内侧面的外冷铁 在重力和铸件收缩力作用下同铸件表面紧密接触 称为无气隙外冷铁 设在铸件顶部和外侧的冷铁属于气隙外冷铁 外冷铁的重量为防止外冷铁被铸件熔接
3、 应计算或校核外冷铁的重量 原理 铸件 热节部分 的质量为Wo 用外冷铁激冷后 铸件模数Mo减少为等效模数M1 对应M1的铸件质量为W1 则质量差 Wo W1 所含的过热热量和结晶潜热应为外冷铁吸收并使之升温 设CL Cs为金属液 固体的比热容 铸件凝固结束时允许外冷铁最高温度为600 依据热平衡原理 导出Wc 2 5 4内冷铁内冷铁的激冷作用比外冷铁强 通常是在外冷铁激冷作用不足时才使用内冷铁 主要用于壁厚而技术要求不太高的铸件上 特别是铸钢件 常用内冷铁的形式 a钉子 b螺旋形 c短圆柱形 2 5 5冷铁放置的位置1 冷铁的作用分析铸件自下而上的凝固顺序 通常把冷铁放在铸型的下部 2 铸件
4、结构的分析不宜安放冒口的厚大部位 一般均放冷铁 散热条件差的部位放冷铁 3 与冒口配合使用冷铁与冒口保持一定距离 从冷铁部位向冒口方向顺序凝固 4 浇注系统及引入位置的影响采用底注式浇注系统 一般均在铸件底部放置冷铁 第三章砂型铸造 砂型铸造是传统的铸造方法 适用于各种形状大小批量及各种合金铸件的生产 掌握砂型铸造是合理选择铸造方法和正确设计铸件的基础 不受零件形状 大小 复杂程度及合金种类的限制 造型材料来源广 生产准备周期短 成本低 砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种 砂型铸造占铸件总产量的80 到90 以型砂和芯砂为造型材料制成铸型 液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法 什么是
5、砂型铸造 型砂 是按一定比例配制的造型材料 是制造砂型铸造用的铸型的主要材料之一 砂型 型砂被舂紧在上 下砂箱之中 连同砂箱一起称作上砂型和下砂型铸型 铸型是用金属或其它耐火材料制成的组合整体 是金属液凝固后形成铸件的地方 分型面 铸型组元间的接合表面 一般位于模样的最大截面 型芯 是用来获得铸件的内孔或局部外形 由芯砂或其它材料制成的芯体 砂型铸造的几个基本概念 砂型铸造的工艺过程 在砂型铸造中 造铸型和造型芯是最基本的工序 它们对铸件质量 生产率和成本影响很大 粘土砂型结构示意图1 原砂 2 粘接剂 3 附加物 4 透气孔隙 粘土砂 水玻璃砂和树脂砂占主导地位 常用造型方法及其选择 整模造
6、型 分模造型 挖砂造型 活块造型 三箱造型 刮板造型 地坑造型 造型方法 手工造型 机器造型 为了正确地选择造型方法 必须对各种造型方法的特点有所了解 铸件图 1 整模造型 将模型做成与零件形状相适应的整体结构 用整体模型进行造型的方法 模型为整体 型腔全部位于一个砂型内 分型面为平面 造型简便 所得型腔形状和尺寸精度较好 适用于外形轮廓的顶端有一最大截面 并且为一平面的铸件 零件图 2 分模造型 该零件若用整模造型是否可行 若垂直放置时 下端法兰阻碍起模 不可行 模型图 该零件的模型应该采用分开的模型 即沿模型截面最大处分为两半 并用销钉将其定位 模型分为两半 分模面即分型面 型腔分别位于上
7、下两个砂型内 分型面为平面 造型简便 但有可能发生错箱缺陷 适用于最大截面在中部 并且为一平面的铸件 特别是用于有孔的铸件 机器造型使造型中最主要的两项操作 紧砂和起模实现了机械化 它可大大提高生产率 改善劳动条件以及提高铸件的精度和表面质量 在大批量生产中 尽管机器造型所需要的设备 专用砂箱和模板等投资较大 单铸件总的成本仍能显著降低 机器造型使现代化铸工车间生产的基本方式 机器造型 气动多触头震压式造型机 气动微震压实造型机 气冲造型机 机器造型设备举例 机器制芯设备举例 普通射芯机 冷芯盒射芯机 多功能射芯机 3 2粘土湿型 湿型 造好的砂型不用经过烘干 直接浇入高温金属液的砂型 湿型铸
8、造法的特点 砂型不用烘干 不存在硬化过程 优点 1 生产率高 周期短 易流水线生产 易机械化合自动化 2 成本低 3 节省了烘干设备 车间生产面积 燃料电力等 4 延长了砂箱的使用寿命 缺点 夹砂结疤 气孔 砂眼 粘砂等缺陷 湿型主要原材料原砂 膨润土 煤粉 水 附加物1 原砂 硅砂是使用最广泛的原砂 主要成分为二氧化硅 硅砂的缺点 a热膨胀系数比较大 b热扩散率比较低 c容易与铁的氧化物起作用 铸件容易发生粘砂现象 清砂很困难 铸钢中采用的非石英砂 橄榄石砂 锆砂 铬铁矿砂 石灰石砂 镁砂 刚玉砂等 2 膨润土湿型砂的主要粘接剂 膨润土粉 膨润土原矿石 3 煤粉 煤粉主要是防止铸铁件产生粘砂
9、和夹砂 3 2 3湿型砂的混制 旧砂处理及型砂性能检测1 混砂 原砂100 膨润土1 到5 煤粉8 以下 水分6 以下 适量附加物 2 旧砂处理 重复使用 经济环保 3 型砂性能要求 湿度 透气性 强度 紧实度 变形量 破碎指数 流动性 含泥量 有效粘土含量 有效煤粉含量 砂温 抗夹砂性 抗粘砂性等 检测方法 在线控制和线外控制 3 2 4湿型的紧实工艺1 对型砂紧实度的要求紧实度对铸型性能的影响 铸型的强度和透气性 对型砂紧实度的要求 紧实度高而且均匀 常用的紧实方法 震击紧实震压紧实微震压实高压紧实压实等 3 3纳水玻璃砂型 3 3 1概述纳水玻璃是铸造生产中应用最广泛的无机化学粘接剂 优点 1 型砂流动性好 易于紧实 劳动强度低 2 硬化快 强度高 可简化造型工艺 缩短生产周期 提高劳动生产率 3 可在型硬化后起模 型 芯尺寸精度高 4 可以取消或者缩短烘烤时间 降低能耗 2 纳水玻璃粘接剂水玻璃 各种聚硅酸盐水溶液的通称 纳水玻璃 钾水玻璃 锂水玻璃 钾钠水玻璃 季铵盐水玻璃等 3 水玻璃型砂的硬化方法硬化方法有 加热烘干法 吹二氧化碳硬化法 硅铁粉自硬砂 有机酯自硬砂 真空置换硬化 二氧化碳法等
