铸造用砂相关培训课件

铸造用砂相关培训课件第一章铸造用砂基础概述铸造用砂的重要性砂型铸造作为最古老、应用最广泛的铸造方法之一,在我国铸造工业中占据着举足轻重的地位。据统计,砂型铸造占我国铸件总产量约80%,广泛应用于汽车、机械、航空航天等众多领域。砂型质量的优劣直接影响铸件的尺寸精度、表面粗糙度、内部组织致密性以及生产效率。高质量的铸造用砂能够显著降低铸件缺陷率,提高材料利用率,缩短生产周期,从而为企业创造更大的经济效益和市场竞争力。80%砂型铸造占比全国铸件产量90%质量相关性铸造用砂的组成原砂主要为石英砂、锆英砂等耐火颗粒,占砂型总量的85-95%,决定砂型的耐火性能和透气性粘结剂使砂粒相互粘结形成整体强度,包括粘土、树脂、水玻璃等,通常占3-10%附加剂改善砂型特殊性能,如煤粉提高退让性、淀粉增加强度,占1-3%水分湿型砂必需成分,控制在3-6%,影响砂型的可塑性和强度旧砂经处理后重复使用的砂,可占70-90%,降低成本并保持性能稳定铸造用砂的分类按粘结剂分类粘土砂:成本低,应用广泛树脂砂:强度高,精度好水玻璃砂:环保,适合大型铸件油砂:表面光洁度高按用途分类型砂:形成铸型外形的砂芯砂:制作砂芯形成铸件内腔面砂:直接接触铸件表面背砂:填充砂箱主体按物理状态分类湿砂:含水3-6%,可塑性好干砂:经烘干,强度高表面干砂:表层干燥,内部保持湿度铸造用砂的性能要求机械性能要求强度高砂型需承受合箱、搬运及浇注时金属液的冲击和压力,湿压强度一般要求≥0.08MPa,干压强度≥0.5MPa良好退让性铸件凝固收缩时砂型能适度变形,避免产生裂纹和应力,煤粉等附加物可改善此性能热工性能要求耐火性好砂型需承受高温金属液而不软化熔化,石英砂耐火度可达1750℃,满足大多数铸造需求低发气量高温下砂型分解产生的气体要少,避免在铸件中形成气孔缺陷,发气量应控制在15mL/g以下良好透气性砂型内部气体能顺利排出,透气性一般要求80-150单位,过高易塌陷,过低易产生气孔优良的表面质量第二章砂型造型工艺详解造型工艺是砂型铸造的核心环节,涉及从模样准备到成型完成的全过程。掌握科学规范的造型方法,能够有效提高砂型质量,减少铸件缺陷,提升生产效率。本章将详细讲解各种造型方法的原理、适用范围及操作要点。造型工艺流程总览模样与芯盒准备根据铸件图纸制作木模或金属模,考虑收缩率和加工余量型砂与芯砂配制按配方混制原砂、粘结剂、附加剂和水,确保性能均匀造型与造芯填砂、紧实、起模,制作上下型和砂芯,形成完整铸型熔炼与浇注将金属加热至液态,控制温度和速度浇入铸型落砂清理检验冷却后打开砂型取出铸件,清砂、去浇冒口并质检整个流程环环相扣,每个环节的质量控制都至关重要。现代铸造企业通过标准化作业和过程监控,确保每批铸件质量稳定可靠。手工造型方法分类整体模造型这是最简单的手工造型方法,模样为不可拆卸的整体结构。将模样放置在砂箱中,填入型砂并紧实,然后将模样整体取出,形成铸型型腔。适用范围:形状简单、无侧凹、拔模斜度合理的小型铸件优点:操作简便快捷,模样制作成本低,适合单件小批生产缺点:应用范围受限,不适合复杂铸件,起模时易损坏砂型分模造型模样沿分型面分为上下两半,分别造上型和下型,最后合箱组成完整铸型。这是应用最广泛的手工造型方法。适用范围:回转体铸件、对称结构件,中小型复杂铸件优点:起模方便,砂型完整性好,可适应较复杂形状关键点:分型面选择要合理,便于起模且不影响铸件质量手工造型方法(续)挖砂造型将模样完全埋入砂箱,紧实后从侧面挖出通道将模样取出。适合具有复杂曲面、侧凹或不规则外形的铸件。技术要求:操作者需具备丰富经验和高超技艺,挖砂时要保证型腔光滑完整不塌陷活块造型对于局部有凸起或凹陷的铸件,将这些部位设计成可单独取出的活动块,主模样起出后再取出活块。应用场景:带有局部突出部分的铸件,如带凸台的箱体、带凸缘的管件等复杂结构造型方法选择原则:根据铸件的结构特点、批量大小、精度要求和生产条件综合考虑。简单铸件优先选用整体模或分模造型,复杂铸件根据具体结构选用挖砂、活块等特殊方法。手工造型方法(续)1三箱造型使用上、中、下三个砂箱进行造型,特别适合中间截面小而两端截面大的复杂铸件,如阀体、泵体等。中箱的使用使得分型面可以灵活设置,解决了二箱造型难以处理的复杂结构问题。先造下箱和中箱,然后造上箱起模时分三次进行,确保型腔完整适合批量生产中等复杂度铸件2刮板造型利用刮板(样板)围绕轴心旋转刮削砂型,形成回转体型腔。这种方法无需制作整体模样,仅需制作刮板,大大降低了模样成本。特别适合单件小批生产的大型旋转体铸件,如大型齿轮、滑轮、管件等。刮板形状与铸件截面形状一致可现场制作修改刮板,灵活性高要求操作者技术熟练,控制刮削力度机器造型技术震压式造型机结合震击和压实两种紧实方式,先通过震击使型砂初步填充密实,再用压头从上部加压进一步紧实。这种方式能获得上下较均匀的砂型硬度。震击阶段:震动频率50-60Hz,使砂粒重新排列压实阶段:压力0.3-0.6MPa,提高砂型强度适用铸件:中小型铸件,单件重量50-500kg生产效率:每小时可造30-60箱高压造型机采用0.7-1.5MPa的高压气体或液压直接压实型砂,获得高密度、高强度的砂型。砂型硬度可达90-95,表面质量优异,尺寸精度高。紧实均匀:整个砂型硬度差异小于5%生产率高:每小时可造60-120箱铸件质量:表面粗糙度Ra12.5-25μm适用场景:大批量生产,特别是汽车铸件机器造型的优势:劳动强度低、生产效率高、砂型质量稳定、铸件精度好,是现代铸造企业的首选方案。砂芯制造工艺砂芯的作用砂芯是形成铸件内部空腔、孔洞和复杂外形的关键工具。它在浇注前放置在铸型内,金属液凝固后取出或清除,形成铸件的内腔结构。砂芯还可以形成铸件外表面的局部复杂形状。芯砂的特殊要求芯砂比型砂要求更高:强度要足够承受金属液压力而不变形或断裂;退让性要好,便于铸件收缩时砂芯能溃散;发气量要低,防止气孔缺陷;溃散性要好,便于清砂。手工造芯将芯砂填入芯盒,用工具捣实、刮平,然后从芯盒中取出砂芯并烘干。适合小批量、形状简单的砂芯制作。灵活性高,适应性强劳动强度大,效率较低质量依赖操作者技能射芯技术利用0.3-0.7MPa压缩空气将芯砂高速射入芯盒,瞬间填充并紧实。现代射芯机配合热芯盒可实现砂芯快速硬化,取出后无需烘干即可使用。生产效率高,每小时可制50-200个芯砂芯质量稳定,尺寸精度高适合大批量生产复杂砂芯第三章铸造用砂的性能检测与标准铸造用砂的性能检测是确保砂型质量和铸件质量的重要手段。通过科学规范的检测方法,可以准确评估原砂和型砂的各项性能指标,为生产过程控制提供可靠依据。本章将介绍砂的关键性能指标、检测方法及相关国家标准。砂的粒度与分级砂的粒度是指砂粒的大小,通常用筛网目数表示。粒度对砂型的多项性能有重要影响:对强度的影响细砂比表面积大,粘结剂包覆效果好,砂型强度较高;但过细会降低透气性对表面质量影响细砂能获得光滑的铸件表面,粗砂则表面粗糙,易产生机械粘砂对透气性影响粗砂孔隙大透气性好,细砂孔隙小透气性差,需要合理配比国家标准T/CFA0202032—2022硅砂分级砂粒级别粒度范围(目)主要应用特点粗砂12-30目大型铸钢件透气性好,强度低中砂30-70目一般铸铁件性能平衡,应用广细砂70-140目精密铸件表面质量好,透气性差特细砂140-270目熔模铸造面砂表面极光滑,需特殊处理实际生产中通常采用多种粒度混合,形成合理的粒度分布,兼顾强度、透气性和表面质量。砂的物理性能指标松装密度砂在自然松散状态下单位体积的质量,反映砂的堆积特性。石英砂松装密度一般为1.4-1.6g/cm³。松装密度影响配砂时各组分的配比计算和砂处理设备的容积设计。测定方法:将砂自由落入标准容器,刮平后称重计算。流动性砂通过标准漏斗所需的时间,反映砂的流动能力。流动性好的砂易于填充模样各部位,紧实均匀。影响因素包括粒度、含水量、粘结剂类型。干砂流动性好(一般<10秒),湿型砂较差。对机器造型和射芯工艺,流动性是关键指标。休止角砂堆积形成的锥体侧面与水平面的夹角,反映砂的内摩擦特性和稳定性。休止角小的砂流动性好、易于紧实。石英砂休止角一般30-40度。过大说明砂粒间摩擦大或有结块,影响造型质量。可用于评价砂的混制均匀性和储存状态。角形因数表征砂粒形状特征的参数,反映砂粒的圆度和棱角程度。圆形砂粒流动性好、紧实度高,但强度较低;棱角砂粒强度高,但流动性差、易损伤模样。通过显微镜观察或图像分析测定。合理控制角形因数可优化砂型综合性能,一般控制在1.2-1.5之间。砂的化学性能指标含泥量砂中粒径小于0.02mm的粘土类杂质含量。含泥量过高会严重降低砂的透气性,增加发气量,容易导致气孔、粘砂等缺陷。优质铸造砂含泥量应<0.5%,严格控制在1%以下。控制方法:水洗、筛分分级、选用纯净原砂,定期检测旧砂并补充新砂酸耗值用盐酸处理砂样时消耗酸的量,反映砂中碳酸盐、氧化物等酸溶物含量。酸耗值高说明杂质多,影响铸件质量和砂的重复使用性。铸钢用砂酸耗值应<1.0%,铸铁用砂<2.0%。影响:酸溶物高温分解产生气体,导致气孔;降低耐火度;影响金属液流动性含水量砂中水分占砂总重的百分比。湿型砂含水量直接影响砂型强度、透气性和尺寸稳定性。含水量过低砂型强度不足易破碎,过高则透气性差、易产生气孔,且尺寸精度差。最佳范围:粘土砂3-6%,具体根据粘土种类和用砂要求调整;化学硬化砂<1%缺陷与化学性能的关系气孔:含泥量高、有机物多、含水量大导致发气量大粘砂:含泥量高、耐火度低使砂粒与金属液发生化学反应尺寸偏差:含水量不稳定导致砂型膨胀收缩不一致夹砂结疤:酸耗值高的砂在高温下强度降低,易剥落砂的检验方法与质量控制01试验筛分使用标准筛网(孔径从大到小排列)对砂样进行筛分,称量各筛网上的残留量,计算粒度组成。可绘制粒度分布曲线,评价砂的均匀性02流动性测定将标准质量的砂样装入标准漏斗,测量砂全部流出所需时间。时间越短流动性越好。需控制砂样含水量和测试环境温湿度03强度测试制备标准试样(直径50mm×高50mm),用万能试验机测定抗压强度或抗拉强度。分湿态强度和干态强度,是评价粘结效果的关键指标04透气性测定标准试样在规定压力差下,测量单位时间通过的气体体积。透气性单位通常为cm³/(cm²·min)或无量纲数值,反映砂型排气能力05化学分析含泥量用水洗沉降法测定;酸耗值用盐酸滴定法;含水量用烘干失重法或快速水分仪;灼烧减量反映有机物含量现场质量监控要点:①每班检测型砂水分、强度、透气性,发现异常立即调整②每周检测粒度分布、含泥量、酸耗值等关键指标③新砂进厂必须全检合格后方可使用④建立质量档案,跟踪分析长期变化趋势⑤关注异常铸件,反查砂型数据,持续改进工艺常见问题排查:强度不足→检查粘结剂添加量和混制时间;透气性差→检查含泥量和粒度配比;表面粗糙→检查原砂粒度和旧砂再生效果;气孔多发→检查含水量和发气量。第四章铸造缺陷与砂型质量关系铸造缺陷是影响铸件质量的主要因素,而砂型质量是众多缺陷产生的重要根源。深入理解各类缺陷与砂型性能之间的内在联系,掌握预防控制方法,是提高铸件合格率、降低生产成本的关键。本章将系统分析常见铸造缺陷的成因及防控措施。常见铸造缺陷及成因气孔铸件内部或表面的孔洞缺陷砂型透气性差,气体无法排出含水量过高,产生大量水蒸气发气量大,有机物分解产生气体浇注速度过快,卷入气体砂眼铸件表面或内部的砂粒夹杂砂型强度不足,砂粒脱落紧实度不均,局部疏松浇注时金属液冲刷砂型砂芯表面处理不当粘砂砂粒粘附在铸件表面难以清除砂的耐火度不够,高温软化含泥量高,与金属反应浇注温度过高缺少涂料保护或涂料质量差缩孔缩松金属凝固收缩造成的孔洞或疏松砂型退让性差,阻碍收缩冒口设置不当冷却速度不合理铸件结构设计问题冷隔两股金属液未完全熔合的缝隙浇注温度偏低浇注速度太慢砂型散热过快浇注系统设计不合理裂纹铸件上的线状开裂缺陷砂型退让性差,收缩受阻冷却应力过大铸件结构有应力集中金属成分或热处理不当大多数缺陷与砂型性能密切相关,通过优化砂型配方、改善造型工艺、加强过程控制,可以显著降低缺陷发生率。砂型缺陷预防措施合理选用型砂和粘结剂根据铸件材质选砂铸钢件选用铬铁矿砂或锆英砂,耐火度高;铸铁件可用石英砂;有色金属铸件用硅砂或橄榄石砂粘结剂匹配一般铸件用粘土砂,成本低;精密铸件用树脂砂,强度高精度好;大型铸钢件用水玻璃砂,耐高温添加剂优化加入煤粉改善退让性和表面质量;加入木屑增加透气性;加入铁粉防止氧化粘砂控制砂型强度与透气性平衡性能控制目标调整方法湿压强度0.08-0.15MPa调整粘结剂用量和水分干压强度0.5-1.5MPa控制烘干温度和时间透气性80-150单位优化粒度配比,控制含泥量发气量<15mL/g减少有机物,控制水分造型工艺规范与操作要点紧实均匀:手工造型要分层填砂捣实,机器造型要调整震击和压实参数,确保砂型各部位硬度一致起模谨慎:敲击振动要轻柔均匀,防止损伤型腔;复杂部位先用压缩空气吹松,再缓慢起模修补仔细:发现缺陷及时修补,使用同质砂并充分压实;修补处涂刷涂料增强强度涂料保护:型腔表面均匀涂刷耐火涂料,厚度0.5-2mm,防止粘砂和改善表面质量合箱准确:上下型对准定位销,压紧密封,防止跑火和错箱砂芯缺陷及防控1芯子变形原因:烘干温度过高或不均匀,芯砂强度不足,搬运过程受力防控:控制烘干曲线,低温长时间烘干;增加芯骨或芯撑支撑;轻拿轻放,使用专用工装2偏芯错位原因:芯座不准确,定位销松动;合箱时芯子移动;浇注时金属液冲击芯子防控:精确加工芯座和定位装置;采用芯撑固定;控制浇注速度,设置挡渣包3芯子气孔原因:芯砂发气量大,透气性差;芯子烘干不充分,残留水分;出气孔堵塞防控:选用低发气粘结剂;充分烘干,水分<0.5%;保持出气孔畅通,合理设置排气道4芯子粘砂原因:芯砂耐火度低;表面涂料质量差或涂刷不均;浇注温度过高防控:选用高耐火度芯砂;涂刷高质量涂料,厚度均匀;严格控制浇注温度芯砂配制与烘干工艺控制要点:芯砂强度应比型砂高20-30%,透气性高30-50%。树脂芯砂配比:原砂100%,树脂1.5-3%,固化剂0.3-0.6%(占树脂重量)。烘干制度:升温速度50-100℃/h,保温温度180-250℃,保温时间按芯子厚度每25mm保温1小时。烘干后缓慢冷却至60℃以下才能取出,防止产生裂纹。第五章铸型(芯)的烘干与合箱烘干和合箱是砂型准备的最后阶段,对铸件最终质量有重要影响。烘干可以去除水分、提高砂型强度、改善透气性;合箱则确保铸型的完整性和准确性。掌握科学的烘干工艺和规范的合箱操作,是获得优质铸件的重要保障。烘干的作用与原理烘干的主要作用去除水分将砂型中的游离水和部分结合水蒸发去除,水分从3-6%降至0.5%以下,防止浇注时产生大量水蒸气提高强度粘土在高温下发生脱水和相变,粘结力增强;树脂固化交联,强度可提高3-5倍,达到0.5-2.0MPa改善透气性水分蒸发后孔隙增大,透气性提高50-100%,有利于气体排出,减少气孔缺陷减少发气有机物部分分解挥发,浇注时发气量降低30-50%,显著减少气孔和针孔缺陷烘干的物理化学原理烘干过程分为三个阶段:预热升温阶段(20-150℃):砂型温度逐渐升高,表面水分开始蒸发,内部水分向表面扩散。升温不宜过快,否则内部水蒸气压力大导致砂型开裂。恒速干燥阶段(150-200℃):表面水分快速蒸发,蒸发速度恒定。这一阶段时间最长,决定烘干效率。需要良好的热风循环,带走水蒸气。降速干燥阶段(200-250℃):表面水分基本蒸发完,内部深层水分扩散到表面速度变慢,蒸发速度降低。粘土发生相变,树脂完全固化,强度达到最高。烘干工艺流程与设备一次烘干(初烘)造型完成后立即进行,温度150-200℃,时间2-6小时。目的是去除大部分水分,使砂型具有一定强度便于搬运和刷涂料。涂刷涂料在初烘后的砂型表面均匀涂刷耐火涂料,厚度0.5-2mm。涂料可提高耐火度,防止粘砂,改善铸件表面质量。二次烘干(终烘)涂料干燥后进行,温度200-300℃,时间4-8小时。充分去除残余水分,使涂料烧结,砂型达到最高强度。冷却出炉烘干完成后不能立即取出,需在炉内缓慢冷却至100℃以下,防止骤冷产生裂纹。冷却时间约为烘干时间的1/2。常用烘干设备箱式烘炉砂型放在台车上推入炉内,间歇式作业。适合小批量、多品种生产。温度均匀性好,但效率较低。隧道式烘炉砂型在轨道上连续通过加热区,连续式作业。适合大批量单一产品。生产效率高,能耗低,自动化程度高。红外线烘干利用红外辐射加热,穿透力强,内外同时加热。烘干速度快,可缩短50%时间,但设备投资大。温度控制关键:采用程序控温,分段控制升温速度和保温时间。在炉内多点测温,温差控制在±10℃以内。砂型厚度每增加25mm,保温时间增加1小时。定期校准温控仪表,确保测量准确。合箱与浇注操作要点1检查清理合箱前检查上下型表面有无裂纹、砂眼等缺陷,用压缩空气吹净型腔内杂物和浮砂,确保型腔清洁完整2放置砂芯按图纸要求将砂芯准确放入下型芯座,检查定位销是否到位,芯子位置是否正确,必要时用芯撑固定3合箱定位将上型稳稳放在下型上,对准定位销,轻轻压紧。检查分型面贴合是否严密,间隙不得大于0.5mm4紧固密封用卡箍或压铁将砂箱紧固,防止浇注时金属液压力顶开砂箱。分型面涂抹密封泥,防止跑火5浇注准备检查浇口杯、直浇道通畅,预热浇包和浇口杯,准备挡渣工具。标记浇注温度和时间,做好记录浇注速度与温度控制浇注速度原则"快、稳、准":开始快速充型,防止冷隔;中间平稳,避免冲刷砂型;末尾减速,防止飞溅。薄壁铸件要快浇,防止未充满厚大铸件慢浇,避免冲砂夹渣一次浇满,中途不能停顿浇注时间:小件10-30秒,大件1-3分钟浇注温度控制根据材质和铸件确定:材质浇注温度灰铸铁1350-1420℃球墨铸铁1380-1450℃碳钢1560-1620℃铝合金700-750℃薄壁件温度上限,厚壁件温度下限防止冲砂和气孔的措施:在直浇道末端设置缓冲包,降低金属液冲击力;在内浇道前设置集渣包,阻挡熔渣进入型腔;浇注过程保持连续稳定,避免卷气;浇满后及时排除上冒口气泡,补浇缩孔。第六章铸造后处理:清砂工艺清砂是铸造生产的最后环节,目的是去除铸件表面和内部的残留型砂、浇冒口系统,使铸件达到图纸要求的外观和尺寸。清砂质量直接影响铸件的最终品质和客户满意度。本章将介绍现代清砂工艺的流程、设备及环保措施。清砂工艺流程冷却落砂铸件在砂型中冷却至400℃以下,防止热态清砂时铸件变形。然后震动落砂,使铸件与型砂分离机械清砂将铸件放入滚筒或震动台,利用机械震动和铸件间相互碰撞,去除表面粘附的型砂水射流清洗用10-30MPa高压水射流冲洗铸件内外表面,彻底清除残留砂粒和粘砂,特别是内腔和死角抛丸处理用高速钢丸或铁丸喷射铸件表面,去除氧化皮、粘砂,提高表面光洁度和粗糙度均匀性砂的再生与循环利用旧砂经过清砂工序收集后,不能直接丢弃,应进行再生处理重新利用,既降低成本又保护环境。01筛分除杂用振动筛去除大块金属、木块等杂质,分离粗细砂粒02磁选除铁用强磁磁选机去除砂中铁屑、氧化铁皮等磁性杂质03磨擦再生在再生机中高速搅拌,去除砂粒表面的粘结剂和杂质膜04风选除尘用气流分离粉尘和细小颗粒,获得合格粒度的再生砂再生砂质量要求:含泥量<1%,确保透气性灼烧减量<3%,去除有机物粒度分布与原砂接近砂粒表面清洁,无粘结物包覆再生砂通常占型砂总量的70-90%,配合10-30%新砂使用,既保证性能又降低成本。建立砂循环系统,实现砂的闭路循环,减少废砂排放。清砂设备与环保措施转筒式清砂机铸件在旋转的滚筒内翻滚碰撞,适合中小型铸件批量清砂。转速20-30rpm,清砂时间10-30分钟。优点