材料成型設(shè)備-鑄造機(jī)械化1

材料成型設(shè)備

chapter1*21造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)

造型機(jī)和造芯機(jī)實(shí)質(zhì)上是相同的，有的造型機(jī)可用于制芯。其主要作用為：填砂、實(shí)砂和起模。1.1緊實(shí)度和對(duì)緊實(shí)度的要求實(shí)砂－關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1.1.1緊實(shí)度及砂型硬度（1）緊實(shí)度：型砂被緊實(shí)的程度。即：型砂的緊實(shí)度型砂的重量型砂的體積注意：包括砂粒間的空隙。?。?31造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)

表1.1常見(jiàn)型砂緊實(shí)度1.1.2緊實(shí)度的測(cè)量方法及分布狀況（2）常見(jiàn)型砂緊實(shí)度a.砂型的平均緊實(shí)度c.實(shí)際生產(chǎn)中常用砂型硬度計(jì)測(cè)量砂型的緊實(shí)程度b.

砂型內(nèi)不同位置的緊實(shí)度－緊實(shí)度的分布狀況

衡量實(shí)砂效果的方法。*41造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.1.3對(duì)緊實(shí)度的工藝要求表1.2常見(jiàn)砂型表面硬度砂型緊實(shí)后的強(qiáng)度

能夠經(jīng)受住搬運(yùn)或翻轉(zhuǎn)過(guò)程中的震動(dòng)而不脫落；型腔表面能抵抗?jié)沧r(shí)鐵水的壓力。b.

緊實(shí)后的砂型應(yīng)起模容易，并能保證鑄型的精度。c.

砂型應(yīng)具有必要的透氣性，以避免產(chǎn)生氣孔等缺陷。*51造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)主要包括：壓實(shí)、震擊及微震、射砂及氣流、拋砂等（1）壓實(shí)實(shí)砂—直接加壓的方法使型砂緊實(shí)。1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂1.2實(shí)砂方法圖1-2-1壓實(shí)造型壓實(shí)所得砂型的平均緊實(shí)度與壓實(shí)比壓有關(guān)。例圖1-2-2。壓實(shí)后壓實(shí)前*61造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)

圖1-2-3說(shuō)明：砂型內(nèi)不同部位的緊實(shí)度不同。其變化與壓實(shí)過(guò)程中砂粒間、砂粒與砂箱壁及模樣壁間的摩擦力有關(guān)。圖1-2-2不同型砂的壓實(shí)緊實(shí)曲線（2）影響緊實(shí)度分布的因素a.同一砂型內(nèi)部，位置的影響圖1-2-3平板壓實(shí)后砂型內(nèi)緊實(shí)度分布3-砂箱角上2-靠砂箱壁中心1-砂型中心*71造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂b.砂箱高度的影響圖1-2-4砂箱高度對(duì)砂型內(nèi)緊實(shí)度的影響1－H＝400mm

2－H＝250mm

3－H＝120mm壓板側(cè)模板側(cè)對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)意義：

砂箱高度應(yīng)適當(dāng)。說(shuō)明：隨砂箱高度增大，近模板一側(cè)的緊實(shí)度逐漸降低。當(dāng)砂箱高度過(guò)大時(shí)，型砂基本上不能被緊實(shí)。*81造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂c.模型特性的影響圖1-2-5帶高模樣的砂型H－深凹處的高度Bmin－深凹處短邊寬度

(a)深凹比(A)

深凹處的高度（H）和其短邊寬度(Bmin)之比（A）。

A越大，則深凹處底部型砂越不易緊實(shí)。對(duì)于粘土砂，當(dāng)A＞0.8時(shí)，深凹處底部型砂緊實(shí)度則難以保證。*91造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂c.模型特性的影響

該比值影響砂柱的變形難易程度。當(dāng)B≥1~1.25時(shí)，模樣頂上的砂柱易變形，受擠滑出，補(bǔ)充到模樣四周的砂量越大，提高緊實(shí)度的均勻性。(b)模樣頂上砂柱的高寬比（B）(c)壓縮比*101造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂H圖1-2-6壓縮比對(duì)緊實(shí)度的影響a－加壓前b－加壓后

h/H和h/(H-m)可看作壓縮比，

δ1和δ2分別為壓實(shí)后模樣四周和模樣頂部的平均緊實(shí)度。在h相同的情況下，δ2迅速增大，對(duì)壓實(shí)的阻力迅速增長(zhǎng)。當(dāng)m大時(shí)，壓實(shí)的作用力主要是通過(guò)高緊實(shí)度的δ2區(qū)傳到模樣頂上而被抵消。此時(shí)可能δ1還很低。*111造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂d.壓實(shí)比壓的影響圖1-2-7比壓大小對(duì)緊實(shí)度的影響

1、2、3、4、5、6、7－實(shí)砂比壓（各代表×100KPa）說(shuō)明：

比壓越大，型砂的均勻性越高。常用壓實(shí)比壓：

一般的壓實(shí)和震擊造型機(jī)的比壓為：300-400MPa;高壓造型機(jī)的常用壓實(shí)比壓為：700-1500MPa。*121造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.1壓實(shí)法實(shí)砂（3）提高壓實(shí)法實(shí)砂緊實(shí)度的方法a.減小壓縮比

應(yīng)用成形壓板（圖1-2-8和1-2-9）(b)應(yīng)用多觸頭壓頭（圖1-2-10）(c)壓模造型（圖1-2-11）(d)應(yīng)用模樣退縮裝置（圖1-2-12）*13圖1-2-8用成形壓板壓實(shí)a)加壓前b)加壓后圖1-2-9用帶凸棱的壓板實(shí)砂

a－加壓前b－加壓后圖1-2-10多觸頭壓頭的實(shí)砂原理

原理：使用多觸頭壓實(shí)時(shí)，壓頭能隨著模樣的高低，壓入不同的深度，使砂型各部分的壓縮比均勻化。但當(dāng)砂型上有小于多觸頭的深凹處時(shí)，多觸頭不能使該處得到充分的緊實(shí)。*14原理：用一塊彈性的橡皮膜作壓頭，壓縮空氣作用于橡皮膜的內(nèi)部，對(duì)型砂進(jìn)行壓實(shí)。缺點(diǎn)：橡皮模易損壞，砂箱上不宜設(shè)箱帶。壓頭橡皮模砂箱模樣圖1-2-11壓模實(shí)砂原理壓縮空氣*15原理：壓實(shí)時(shí)，在壓力的作用下，模樣壓縮下面的彈簧，向下退縮。壓實(shí)結(jié)束時(shí)，模樣高度達(dá)到鑄件所要求的高度。

齒輪、凸輪、圓筒等較高的圓柱形鑄件，采用模樣退縮裝置可得到良好的緊實(shí)度分布。圖1-2-12模樣退縮裝置原理*161造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)b.模板加壓與對(duì)壓法（3）提高壓實(shí)法實(shí)砂緊實(shí)度的方法PP圖1-2-13模板加壓與壓板加壓

特點(diǎn)a)壓板加壓法

模板不動(dòng)，壓板向下運(yùn)動(dòng)加壓b)模板加壓法

壓板不動(dòng)，模板向上運(yùn)動(dòng)加壓*171造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)對(duì)壓法－將壓板加壓與模板加壓結(jié)合起來(lái)。圖1-2-14對(duì)壓法a)垂直分型水平對(duì)壓b)水平分型垂直對(duì)壓b)*181造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)c.提高壓前的型砂緊實(shí)度（3）提高壓實(shí)法實(shí)砂緊實(shí)度的方法提高填砂緊實(shí)度、復(fù)合實(shí)砂和壓實(shí)前預(yù)實(shí)砂。d.多次加壓與順序加壓特別高的模樣，如鋼錠模，可用多次加壓與多次填砂的方法，提高緊實(shí)度的均勻性。

順序加壓是指：采用多觸頭進(jìn)行加壓時(shí)，各個(gè)小觸頭不是同時(shí)動(dòng)作，而是按照模樣的形狀，按一定的順序動(dòng)作。，見(jiàn)圖1-2-15。*191造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)圖1-2-15多觸頭壓實(shí)時(shí)，順序加壓原理（Ⅰ）兩邊壓頭下壓（Ⅱ）兩邊壓頭上提，中間壓頭下壓。型砂向兩邊補(bǔ)充。（Ⅲ）整體加壓*201造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)（4）其它壓實(shí)實(shí)砂方法擠壓法、滾壓法、氣鼓法、葉片壓實(shí)法等。

對(duì)于一些條狀的砂芯，可用擠壓法來(lái)制造，相應(yīng)的制芯機(jī)稱為擠芯機(jī)。圖1-2-16擠壓壓實(shí)制芯*211造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.2震擊及微震實(shí)砂（1）震擊實(shí)砂圖1-2-17震擊實(shí)砂a)工作臺(tái)舉起b)下落震擊a.實(shí)砂原理：工作臺(tái)及型砂升到一定高度，然后讓其下落，與機(jī)體發(fā)生撞擊。型砂下落產(chǎn)生的沖擊力作用于下面的砂型上，使型砂層層得到緊實(shí)。b.緊實(shí)度分布特點(diǎn)隨砂箱高度的增加，緊實(shí)度逐漸降低。如圖1-2-18。*221造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.2震擊及微震實(shí)砂圖1-2-18震擊實(shí)砂緊實(shí)度分布曲線

模樣對(duì)緊實(shí)度分布影響不大。且越靠近模板的砂型深凹處，緊實(shí)度越高。靠近模板處最高。c.補(bǔ)充壓實(shí)方法

原因？

－表層得不到緊實(shí)

方法手工或風(fēng)沖子－－多用于中大型鑄件的造型。動(dòng)力補(bǔ)充緊實(shí)－砂型上外加鐵板等重物，主要用來(lái)中大型鑄件的造型。補(bǔ)充加壓法－－震擊后壓實(shí)，用于中小型鑄件的造型。*231造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.2震擊及微震實(shí)砂震擊造型機(jī)－只有震擊機(jī)構(gòu)，用前兩種方法補(bǔ)充緊實(shí)。震壓造型機(jī)－同時(shí)具有震擊機(jī)構(gòu)和壓實(shí)機(jī)構(gòu)。d.應(yīng)用高的砂型，特別是模樣較高或比較復(fù)雜的砂型適合采用震擊或震壓實(shí)砂。但因其噪聲大，生產(chǎn)率低，故目前處于被淘汰的地位。（2）微震實(shí)砂微震實(shí)砂是在震擊實(shí)砂方法基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)而得到的一種實(shí)砂方法。和震擊實(shí)砂相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了對(duì)地基的影響。即對(duì)震擊機(jī)構(gòu)采取一定的減震措施。*241造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.2震擊及微震實(shí)砂

減震方法：在機(jī)座和地基間添加木質(zhì)減震墊、在震擊氣缸下面添加氣缸墊或螺旋彈簧。其特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)壓震。將微震和壓實(shí)組合，可有：①單純微震②預(yù)震加壓實(shí)③單純壓震④先預(yù)震后壓震

微震的實(shí)砂作用與震擊相似，所得得緊實(shí)度分布曲線與震擊的相似。*251造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.3射砂法實(shí)砂（1）射砂方法實(shí)砂原理：利用壓縮空氣將型秒以很高的速度射入芯盒(或砂箱)而得到緊實(shí)。

根據(jù)圖1-2-19說(shuō)明射砂法實(shí)砂原理。進(jìn)氣方式：頂上進(jìn)氣和筒壁上均勻進(jìn)氣（在部分射芯機(jī)采用）。排氣方式：上排氣、下排氣及上下同時(shí)排氣。圖1-2-19射砂法實(shí)砂原理壓縮空氣進(jìn)口射砂筒射砂頭射孔芯盒*261造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.3射砂法實(shí)砂圖1-2-21上排氣和下排氣射砂頭排氣塞芯盒砂芯上排氣下排氣（2）射砂所得緊實(shí)度及其影響因素*271造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)圖1-2-22射砂所得緊實(shí)度分布a)上排氣

b)下排氣近芯盒壁處試樣心部近芯盒壁處試樣心部緊實(shí)度分布特點(diǎn)：芯盒下部較高，愈到上部，緊實(shí)度逐漸降低。只有在芯盒最上面，接近射孔處，緊實(shí)度又重新有所提高。

上排氣法所得緊實(shí)度的均勻性低于下排氣法。影響射砂緊實(shí)度的主要因素射砂氣壓及氣壓梯度、型砂性能（油砂、樹脂砂等流動(dòng)性好的芯砂，易于射出）、進(jìn)氣方式、排氣孔尺寸與位置、射孔大小。*281造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)（3）射砂的應(yīng)用

射砂法的主要缺點(diǎn)是：所得型砂的緊實(shí)度不夠高，因此主要用于造芯，相應(yīng)的造芯機(jī)又稱射芯機(jī)。樹脂砂特別適合采用射砂緊實(shí)。熱芯盒造芯，大多采用射芯機(jī)。

將射砂與壓實(shí)相結(jié)合得到射壓實(shí)砂方法。垂直分型無(wú)箱射壓造型機(jī)、水平分型無(wú)箱射壓造型機(jī)、有箱的射壓造型機(jī)等采用的是射壓實(shí)砂的緊實(shí)方法。此處射砂的主要作用是：快速填砂并給予一定的預(yù)緊實(shí)。

*291造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.4氣流實(shí)砂法（1）實(shí)砂原理先將型砂填入砂箱，然后用高壓的氣體驟然加在型砂上，或使氣流通過(guò)砂層使砂型得到緊實(shí)。（2）實(shí)砂方法類型

a.氣流滲透實(shí)砂法

用快開(kāi)閥將氣罐中的壓縮空氣引至砂箱上面，使氣流在很短時(shí)間內(nèi)透過(guò)型砂，而使型砂緊實(shí)的方法，如圖1-2-23。壓縮空氣入口分流器砂箱模樣排氣孔底板圖1-2-23氣流滲透緊實(shí)法*301造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.4氣流實(shí)砂法

靜壓造型：氣流由分流板上的分散小孔進(jìn)入，使其能較均勻地作用于砂層上面。多數(shù)新型造型機(jī)采用此方法。

b.氣流沖擊實(shí)砂法

工作原理:先將型砂填入砂箱及輔助框中，并壓緊在氣沖噴孔下面，然后迅速打開(kāi)沖擊閥，砂箱頂部空腔氣壓迅速提高，產(chǎn)生沖擊作用，將型砂緊實(shí)。氣沖閥圖1-2-24一種氣沖造型機(jī)的原理升壓速度可達(dá)每秒80-100MPa。*311造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.4氣流實(shí)砂法

b.氣流沖擊緊實(shí)過(guò)程圖1-2-25氣沖緊實(shí)過(guò)程示意圖a）急劇升高的氣壓使砂型頂上的型砂初步被緊實(shí)并向下運(yùn)動(dòng)b）初步被緊實(shí)并向下運(yùn)動(dòng)的型砂愈來(lái)愈厚，且向下發(fā)展的速度加快c）與模板發(fā)生碰撞，最下層的砂層先得到緊實(shí)d）和e）上面的型砂逐層被緊實(shí)*321造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.4氣流實(shí)砂法

c.氣流沖擊緊實(shí)度分布特點(diǎn)圖1-2-26氣沖緊實(shí)所得緊實(shí)度分布

下部緊實(shí)度高，上部低。與實(shí)砂過(guò)程中型砂受到的沖擊力有關(guān)。氣流沖擊緊實(shí)的關(guān)鍵是進(jìn)氣時(shí)砂型頂上氣壓升高的速度，升壓速度越高，則氣流沖擊力愈大。*331造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.4氣流實(shí)砂法特點(diǎn)：

緊實(shí)度高用相對(duì)均勻，靠近型面處緊實(shí)度高，符合工藝要求。緊實(shí)度高、噪音小、機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。砂型頂上約10-30mm厚的一層砂的緊實(shí)度很低。

d.氣流緊實(shí)方法的特點(diǎn)及應(yīng)用應(yīng)用：不宜用于低矮的砂型。

e.氣流緊實(shí)方法發(fā)展真空射砂、噴射實(shí)砂及氣沖氣推成形多觸頭實(shí)砂。*341造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.2.5拋砂法實(shí)砂

用機(jī)械的方法將砂塊以高速拋入砂箱，使砂層在高速砂團(tuán)的沖擊作用下得到緊實(shí)的實(shí)砂方法，稱為拋砂法實(shí)砂。送砂膠帶弧板葉片拋砂頭轉(zhuǎn)子圖1-2-27拋砂機(jī)工作原理

型砂由送砂膠帶送入，葉片接住，帶著旋轉(zhuǎn)，在弧板上擠壓成團(tuán)。到了下面出口，弧板不再擋住，砂團(tuán)在離心力的作用下，以很高的速度向外飛出，填入砂箱。高速砂團(tuán)碰到砂箱中的型砂時(shí)，產(chǎn)生沖擊力，將砂緊實(shí)。

影響拋砂緊實(shí)效果的因素：拋砂速度、拋砂頭移動(dòng)速度、供砂速度等。拋砂法實(shí)砂－適宜造大的砂型。*351造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.3提高填砂緊實(shí)度的方法與起模1.3.1提高填砂緊實(shí)度的方法在現(xiàn)代的一些壓實(shí)造型機(jī)中，提高填砂緊實(shí)度的方法有：重力加砂法和真空加砂法。圖1-2-28重力加砂裝置1-中間加砂斗2-閘門3-導(dǎo)料套4-砂箱5-模樣6-模板*361造型機(jī)和造芯機(jī)的工作基礎(chǔ)1.3提高填砂緊實(shí)度的方法與起模1.3.2起模頂箱起模

頂桿法（圖1-2-29）托箱法（圖1-2-30）起模方式翻轉(zhuǎn)起模漏模法（圖1-2-31）轉(zhuǎn)臺(tái)法（圖1-2-32）翻臺(tái)法（圖1-2-32）*37

圖1-2-29頂桿法起模砂箱模板頂桿造型機(jī)工作臺(tái)圖1-2-30托箱法（圖1