砂型铸造实验报告

1 / 15 砂型铸造实验报告 工程材料及热加工 实 验 指 导 书 陈红梅编 写 适用专业：机械制造与自动化 材料成型及控制工程 2016 年 11 月 湖南涉外经济学院 前言 “工程材料及热加工”是机械类，材料类专业学生的一门专业基础必修课，主要介绍金属学原理及主要热加工成型过程中的基本理论和成型方法的原理和特点，使学生了解与金属学、材料成型相关的理论和工艺方法，并为后续的专业课程打下基础。通 过学习使学生对金属学原理热加工成型技术的基本概念和技术有一定的了解，并能结合材料设计、研究及工程应用进行合理选材和设计工艺路线。 课程安排“砂型铸造工艺实验”，共 4 学时。 通过实验，使学生对铸造工艺的概念和要求有较深入的了解，并理解凝固过程的原理、工艺特点和应用。 实验 铸造工艺实验 实验学时： 4 实验类型： 实验要求： 一、实验目的 2 / 15 通过对 铸件的工艺设计、造型和采用 ZL102 进行浇注实验，使学生对了解铸造工对铸件的流动性、成型性和铸件质量的影响，加深 对铸造工艺对铸件质量有重要影响的认识。通过动手参与实验，能对铸造工艺进行简单的分析，为今后从事金属凝固或铸造工作，进行铸造工艺设计和分析等工程实践奠定坚实的实践基础。 二、实验内容 1分析的零件图； 2对零件进行多种铸造工艺方案进行分析和比较； 3按其中一种铸造工艺方案分别进行造型和浇注，获得铸件； 4观察并分析铸件质量，从而总结铸造工艺对铸件凝固和最终产品质量的影响。 三、实验原理、方法和手段 零件要求铸件内部无缩松、缩孔和砂眼，外表面 应无气孔、夹渣等缺陷。 根据铸件结构壁较厚大、材质收缩大的特点，一般都确定按顺序凝固原则进行浇注，即设置冒口补缩，以减少缩松和缩孔缺陷。但浇注位置和分型面可有多种设计方案。 根据多年的生产该铸件有多种工艺方案可供选择，并分别具有特定的浇注系统和分型面。通过对多种铸造工艺方案进行分析，并结合实验结果，使学生对铸造工艺的重要性有具体的认识。 3 / 15 可事先给学生复习和讲解有关铸造工艺方面的知识，并提出问题让学生独立思考，并在现场对实验现象和结果进行分析和讨论。要求学生独立完成实验内容和实验报告， 通过实验教学培养学生认真的实验态度和科学严谨的科学方法。 四、实验组织运行要求 分组集中进行，每组 10 人左右，分小组由指导教师和实验教学的师傅带领，分三个工艺方案造型、浇注，最后进行集中分析和讨论。要求学生做课前预习和记录记录，实验结束后由学生写出相应的实验报告，完成实验大纲要求的内容。 五、实验条件 100kg 感应熔炼炉一台； 黏土砂、砂箱、造型工具。 六、实验步骤 参见实验内容。 七、思考题 1铸造工艺 各有什么特点？ 2如何避免厚壁件产生缩孔、缩松等缺陷？ 3哪种铸造工艺的成型性最好，铸件质量最优？原因何在？ 八、实验报告 整理实验结果，结合理论知识对铸件不同的砂型铸4 / 15 造生产工艺进行分析、讨论，并回答思考题。 九、其它说明 在铸造现场要注意安全，服从安排，确保人身和设备安全。 实验 1：铸造工艺实验 一、实验目的 通过对铸件的工艺设计、造型和浇注实验，了解铸造工艺对铸件的流动性、成型性和铸件质量的影 响，加深对铸造工艺对控制铸件质量具有重要影响的认识。 二、实验要求 1预习有关砂型铸造工艺、浇注位置、分型面选择等方面的知识； 2遵守纪律和安全制度，服从指导教师和工人师傅的安排； 3认真听讲，不懂就问； 4 严格按照操作规范进行实验； 5做好实验记录； 6完成实验报告 三、实验步骤 1、 绘制、分析铸件的零件图； 2、 绘制零件的铸造工艺流程图 3、 分三组，每组 10 人左右，按设计铸造工艺方案分别进行造型和浇 注； 4、 观察并分析铸件质量，总结铸造工艺对铸件凝固和最终产品质量的影响。 5 / 15 四、实验报告 1的零件特点和要求 砂型铸造实习报告 矿业工程系 机械设计制造及其自动化 1201 班 李阳阳 20161804129 今年暑假我们学校组织我们矿业工程系机械专业的学生去啦太原科大进行了 一次金工实习。这次实习，一共去了四个班，在实习过程中没有多少需要我们去 想，更多的是需要我们去做，好多东西看 起来十分简单，但如果你没有亲自去做， 你就不会懂得理论和实践是有很大区别的，看一个东西简单，但他在实际操作中 就是有很多需要注意的地方，有些东西也与你想象的不一样。而且正和叫我们的 师傅所说的有些操作甚至有一定的危险性。当然我们也足够小心，所以我们成功 的完成了这次金工实习。 在那里我们学到了许多知识，焊接 ,车工，钳工，铸造等等 。 在这里主要说说关于砂型铸造的方面的。 6 / 15 一：目的要求： 1 熟悉铸造种类，铸造用材，铸造设备等 2 掌握铸造成形工艺流程编制 3 通过实习与生 产实践初步接触到铸造生产的各个环节，了解和掌握一般的铸造生 产工艺知识和基础技能，培养动手能力，为后程及课程设计，以及 毕业后从事有关方面的工作奠定了实践基础。 二：实习内容： 1 铸造：是一种液态金属成形的方法，即将金属加热到液态，使 其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态 金属在重力场或外力场的作用下充 满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。 2 所铸铸件的零件名称：砂型 3 所用材料：制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最 常用的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时 则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的砂型 和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态7 / 15 金属时不致 变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂，将松散的砂粒 粘结起来成为型砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用 各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树 脂作型砂粘结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结 剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化 学硬化砂型 4 零件示意图： 5：具体铸造过程：最为传统的铸造方法就是砂型铸造，压力铸造、熔模铸造与其基本原理相同，可以说由其发展而来。 典型生产流程为制造模具 -造型、制芯 -合箱浇注-落砂清理 -检验加工。需要注意，熔模铸造没有制芯这一流程，其原理为将可以气化的材料直接做成零件坯料，埋入砂型当中浇注金属液时坯料气化，金属液占据空下 来的空间形成零件毛坯，压力铸造就是在有压力的情况下浇注，这是相对传统的砂型铸造而言，因为砂型铸造是重力铸造，就是8 / 15 在自然重力作用下金属液充型。 三：小结 1 铸造种类：铸造可以分为普通铸造和特种铸造，普通铸造有砂型铸造，手工造型，机器造型，震压造型，微震压实造型，高压造型，射压造型，空气冲击造型，抛砂造型，而特种铸造有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造等 2 工艺路径 ： ? 3 注意事项： 1 使金属液流动平稳，避免严重紊流。防止卷入、吸收气体和使金 属过度氧化。 ? 2 保证型内金属液面有足够的上升速度，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。 3 浇注系统的金属消耗小，并容易清理 4 减小砂型体积，造型简单，模样制造容易。 砂型铸造 钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。涂料的主要成分是耐火度9 / 15 高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体和各种附加物。 铸造分类铸造分类主要有砂型铸造和特种铸造两大类。 1 普通砂型铸造，利用砂作为铸模材料，又称砂铸，翻砂， 包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型 3 类，但并非所有砂均可用以铸造。好处是成本较低，因为铸模所使用的沙可重复使用 ;缺点是铸模制作耗时，铸模本身不能被重复使用，须破坏后才能取得成品。 2 特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造和以金属为主要铸型材料的特种铸造两类。 砂型材料 制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂。硅砂 的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的砂型和型芯具有一定的强度，在搬 运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂，将松散的砂粒粘结起来成为型砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿10 / 15 砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型 3 种。 1.粘土湿砂型 以粘土和适量的水为型砂的主要粘结剂，制成砂型后直接在湿态下合型和浇注。湿型铸造历史悠久，应用较广。湿型砂的强度取决于粘土和水按一定比例混合而 成的 粘土浆。型砂一经混好即具有一定的强度，经舂实制成砂型后，即可满足合型和浇注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工艺因素。 优点：粘土的资源丰富、价格便宜。使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用。制造铸型的周期短、工效高。混好的型砂可使用的时间长。砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。 缺点：混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备，否则不可能得到质量良好的型砂。由于型砂混好后即具有相当高 的强度 ,造型时型砂不易流动，难以舂实 ,手工造型时既费力又需一定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。 2.粘土干砂型 制造这种砂型用的型砂湿态水分略高于湿型用的型砂。砂型制好以后，型腔表面要涂以耐火涂料，再置于烘炉11 / 15 中烘干，待其冷却后即可合型和浇注。烘干粘土砂型需很长时间，要耗用大量燃料，而且砂型在烘干过程中易产生变形，使铸件精度受到影响。粘土干砂型一般用于制造铸钢件和较大的铸铁件。自化学硬化砂得到广泛采用后，干砂型已趋 于淘汰。 3.化学硬化砂型 这种砂型所用的型砂称为化学硬化砂。其粘结剂一般都是在硬化剂作用下能发生分子聚合进而成为立体结构的物质，常用的有各种合成树脂和水玻璃。 化学硬化基本上有 3 种方式。 自硬 :粘结剂和硬化剂都在混砂时加入。制成砂型或型芯后，粘结剂在硬化剂的作用下发生反应而导致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用于造型，但也用于制造较大的型芯或生产批量不大的型芯。 气雾硬化 :混砂时加入粘结剂和其他辅加物，先不加硬化剂。造型或制芯后，吹入气态硬化剂或吹入在气态载体中雾化了 的液态硬化剂，使其弥散于砂型或型芯中，导致砂型硬化。气雾硬化法主要用于制芯，有时也用于制造小型砂型。 加热硬化 :混砂时加入粘结剂和常温下不起作用的潜硬化剂。制成砂型或型芯后，将其加热，这时潜硬化剂和粘结剂中的某些成分发生反应，生成能使粘结剂硬化的有效硬化剂，从而使砂型或型芯硬化。加热硬化法除用于制造小型薄壳砂型外，主要用于制芯。 12 / 15 化学硬化砂型铸造工艺的特点是：化学硬化砂型的强度比粘土砂型高得多，而且制成砂型后在硬化到具有相当高的强度后脱膜，不需要修型。因而，铸型能较 准确地反映模样 的尺寸和轮廓形状，在以后的工艺过程中也不易变形。制得的铸件尺寸精度较高。由于所用粘结剂和硬化剂的粘度都不高，很易与砂粒混匀，混砂设备结构轻巧、功率小而生产率高，砂处理工作部分可简化。混好的型砂在硬化之前有很好的流动性，造型时型砂很易舂实，因而不需要庞大而复杂的造型机。用化学硬化砂造型时 ,可根据生产要求选用模样材料 ,如木、塑料和金属。化学硬化砂中粘结剂的含量比粘土砂低得多 ,其中又不存在粉末状辅料 ,如采用粒度相同的原砂，砂粒之间的间隙要比粘土砂大得多。为避免铸造时金属渗入砂粒之间，砂型或型芯表面应涂以质 量优良的涂料。用水玻璃作粘结剂的化学硬化砂成本低、使用中工作环境无气味。但这种铸型浇注金属以后型砂不易溃散；用过的旧砂不能直接回收使用，须经再生处理，而水玻璃砂的再生又比较困难。用树脂作粘结剂的化学硬化砂成本较高 ,但浇注以后铸件易于和型砂分离 ,铸件清理的工作量减少，而且用过的大部分砂子可再生回收使用。 砂芯类型 型芯 为了保证铸件的质量，砂型铸造中所用的型芯一般为干态型芯。根据型芯所用的粘结剂不同，型芯分为粘13 / 15 土砂芯、油砂芯和树脂砂芯几种。 1.粘土砂芯 用粘土砂制造的简单的型芯 。 2.油砂芯 用干性油或半干性油作粘结剂的芯砂所制作的型芯，应用较广。油类的粘度低，混好的芯砂流动性好，制芯时很易紧实。但刚制成的型芯强度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然后在 200 300的烘炉内烘数小时，借空气将油氧化而使其硬化。这种造芯方法的缺点是：型芯在脱模、搬运及烘烤过程中容易变形，导致铸件尺寸精度降低；烘烤时间长，耗能多。 3.树脂砂芯 用树脂砂制造的各种型芯。型芯在芯盒内硬化后再将其取出，能保证型芯的形状和尺寸的正确。根据硬化方法不同，树脂砂芯的制造一般分为热芯 盒制芯和冷芯盒制芯两种方法。热芯盒法制芯： 50 年代末期出现。通常以呋喃树脂为芯砂粘结剂，其中还加入潜硬化剂。制芯时，使芯盒保持在 200 300，芯砂射入芯盒中后，氯化铵在较高的温度下与树脂中的游离甲醛反应生成酸，从而使型芯很快硬化。建立脱模强度约需 10 100 秒钟。用热芯盒法制芯 ,型芯的尺寸精度比较高，但工艺装置复杂而昂贵，能耗多，排出有刺激性的气体，工人的劳动条件也很差。冷芯盒法制芯： 60 年代末出现。用尿烷树脂作为芯砂粘结剂。用此法制芯时 ,芯盒不加热 ,向其