金属液态砂型成形工艺

金属液态砂型成形工艺1.液态金属与铸型的界面作用及伴生缺陷

研究液态金属与铸型界面作用的现象和机理可能引起的铸造缺陷及防止方法金属液态砂型成形工艺的主要内容金属液态砂型成形工艺的主要内容2.造型材料

作为材料，它包括两层内容：型、芯、涂料等所用的原材料原材料的混合料作为科学，它研究下列内容：混合料的组成、配比、制备工艺、工艺性能及其测试方法；原材料、混合料的性能与铸件质量的关系；开发新的造型方法和造型材料；旧砂再生工艺和设备。

耐火骨料粘结剂、固化剂附加物

型砂芯砂涂料

§3.1砂型成形方法和工作条件

一、砂型成形方法原砂（或再生砂）、粘结剂（包括固化剂）和附加物经混制而成型砂（或芯砂）。

利用机械设备把型砂（或芯砂）制成砂型（或砂芯）的工艺过程称为造型制芯。

造型制芯过程中，型（芯）砂在外力作用下成型并达到一定的紧实度或密度而成为砂型（或砂芯）§3.1砂型成形方法和工作条件

一、砂型成形方法砂型——

型砂在外力作用下而成型的物体，具有一定的紧实度。紧实度——

砂型的密度。

在砂型制造过程中，外力的大小影响砂型的紧实度：粘土砂砂斗中普通造型机高压造型机紧实度1.15~1.25约1.65〉1.7§3.1砂型成形方法和工作条件

一、砂型成形方法造型制芯是金属液态砂型成形最基本的工序，通常分为：手工造型：机器造型：利用简单的器械进行砂型（芯）的制作

利用造型机和制芯机进行砂型（芯）的制作

§3.1砂型成形方法和工作条件

一、砂型成形方法手工造型的特点：

操作方便灵活，适应性强生产率低劳动强度大铸件质量不易保证

适用于单件小批量生产

§3.1砂型成形方法和工作条件

一、砂型成形方法机器造型的特点：

生产效率高劳动条件好劳动强度低铸件的表面质量好、尺寸精度高适用于成批大量生产

§3.1砂型成形方法和工作条件

二、砂型的特点砂型中微孔的物理特性决定了砂型的特点。具有一定强度的微孔——多孔隙体系。砂型的结构

孔隙率n反映微孔的数量物理特性：

颗粒形状：圆形、多角形、尖角形

堆积方式：立方体、菱柱、角锥砂型的容重、导热性、热膨胀、透气性与n有关。

物理特性：

微孔尺寸反映微孔的大小影响砂型的抗渗透能力

颗粒大小颗粒形状堆积方式

影响因素：三、砂型的工作条件时间段为：液态金属充型和凝固阶段。1.工作条件液态金属充满型腔前：热作用、冲击、冲刷液态金属充满型腔后：热作用、压力、物化反应铸件表层结壳：界面产生气隙、阻碍铸件收缩2.界面作用热作用——传热、传质在金属和砂型间有热交换、水分和气体迁移、砂型膨胀铸件产生夹砂结疤2.界面作用机械作用——冲击、冲刷、静压力

如果砂型表层强度不够，金属液将冲坏型壁铸件产生表面缺陷

如果砂型整体强度不够，型壁在金属液静压力作用下发生移动铸件产生尺寸误差缺陷（胀箱、肥大）2.界面作用化学和物理化学作用——造型材料本身、造型材料与液态金属发生化学和物理化学反应

造型材料自身的分解和化学反应，可改变界面气氛和压力铸件产生气孔

金属液与造型材料起化学和物化反应铸件产生粘砂、表面成分改变、气孔

§3.2液态金属与砂型的物理作用

一、传热与传质现象传热——物体间的热量交换传质——物体间的物质交换在砂型铸造中，传热与传质相互影响，其过程比较复杂。

1.金属与砂型的传热热流方向：铸件铸型大气

传热方式：对流、辐射、导热关键部位：界面

关键数值：研究金属与砂型的传热

铸件/砂型铸件/砂芯铸件/冷铁铸型/大气材料热物性参数边界条件影响传热的因素：

体系温度砂型热物性几何条件合金性能金属液浇注温度砂型初始温度环境温度铸件的形状与壁厚涂料层厚度砂型厚度合金热物性相变与相变潜热2.砂型温度场

砂型受热后将发生一系列的变化，这些变化对铸件质量影响很大。所以，人们对砂型温度场进行研究，借助砂型温度场来分析金属对砂型的加热过程及产生伴生缺陷的可能性，合理控制型砂性能和浇注工艺，防止产生铸造缺陷。

（1）确定砂型温度场的方法

实验法解析计算法数值模拟法（2）砂型温度场的特点近界面处（型壁处）升温快，型外部温度低。砂型内各层初期温度梯度大，随时间增加温度梯度逐渐变小。（3）影响砂型温度场的主要因素

金属浇注量和浇注温度砂型热物性值型腔结构3.水分迁移（传质）水分迁移——

浇注时砂型在热作用下，界面处表面层的水分向砂型里层迁移的过程。

湿型在浇注后开箱时常常会发现：紧贴铸件的一层砂，强度很高，几乎不含水分；但距表面一定距离（2～5mm）的砂层，水分特别多，强度很低。这就是水分迁移造成的结果。（1）砂型的区域划分水分迁移后，根据砂型中各层水分含量将砂型划分成4个区域：

名称温度水分强度界面干砂区（烘干区）D>100℃极少高Ⅰ-Ⅱ蒸发Ⅱ-Ⅲ凝聚水分饱和凝聚区M约100℃多很低水分未饱和凝聚区U<100℃较多较低未受影响区（正常区）G常温适宜正常M区是高湿度、低强度区：抗拉强度低时，使D区脱离砂型抗压强度低时，使D区向里推移（2）水分迁移过程铸型浇注时，铸件/铸型界面处的砂型在热作用下形成温度场：

4.热膨胀和热应力热膨胀——材料受热后发生体积膨胀的现象。砂型受热后，造型材料的体积将发生变化。（1）热膨胀石英砂的热膨胀量最大锆英砂的热膨胀量最小所以石英砂铸型易产生膨胀类缺陷。对于粘土砂：体积变化石英砂粘土膨胀（点阵拉长和相变）收缩（失水）砂型膨胀砂多土少膨胀量愈大砂型温度愈高热变化率愈大影响砂型膨胀量的因素：砂型紧实度大原砂粒度大、粒度集中热变化率大膨胀量大热应力——材料由于受热而引起的应力。（2）热应力砂箱的阻碍铸件结构的阻碍热压应力=f（砂型膨胀量、砂型韧性、砂