材料成型設備-鑄造機械化1

材料成型設備

chapter1*21造型機和造芯機的工作基礎

造型機和造芯機實質上是相同的，有的造型機可用于制芯。其主要作用為：填砂、實砂和起模。1.1緊實度和對緊實度的要求實砂－關鍵環(huán)節(jié)。1.1.1緊實度及砂型硬度（1）緊實度：型砂被緊實的程度。即：型砂的緊實度型砂的重量型砂的體積注意：包括砂粒間的空隙。??！*31造型機和造芯機的工作基礎

表1.1常見型砂緊實度1.1.2緊實度的測量方法及分布狀況（2）常見型砂緊實度a.砂型的平均緊實度c.實際生產中常用砂型硬度計測量砂型的緊實程度b.

砂型內不同位置的緊實度－緊實度的分布狀況

衡量實砂效果的方法。*41造型機和造芯機的工作基礎1.1.3對緊實度的工藝要求表1.2常見砂型表面硬度砂型緊實后的強度

能夠經受住搬運或翻轉過程中的震動而不脫落；型腔表面能抵抗?jié)沧r鐵水的壓力。b.

緊實后的砂型應起模容易，并能保證鑄型的精度。c.

砂型應具有必要的透氣性，以避免產生氣孔等缺陷。*51造型機和造芯機的工作基礎主要包括：壓實、震擊及微震、射砂及氣流、拋砂等（1）壓實實砂—直接加壓的方法使型砂緊實。1.2.1壓實法實砂1.2實砂方法圖1-2-1壓實造型壓實所得砂型的平均緊實度與壓實比壓有關。例圖1-2-2。壓實后壓實前*61造型機和造芯機的工作基礎

圖1-2-3說明：砂型內不同部位的緊實度不同。其變化與壓實過程中砂粒間、砂粒與砂箱壁及模樣壁間的摩擦力有關。圖1-2-2不同型砂的壓實緊實曲線（2）影響緊實度分布的因素a.同一砂型內部，位置的影響圖1-2-3平板壓實后砂型內緊實度分布3-砂箱角上2-靠砂箱壁中心1-砂型中心*71造型機和造芯機的工作基礎1.2.1壓實法實砂b.砂箱高度的影響圖1-2-4砂箱高度對砂型內緊實度的影響1－H＝400mm

2－H＝250mm

3－H＝120mm壓板側模板側對實際工作的指導意義：

砂箱高度應適當。說明：隨砂箱高度增大，近模板一側的緊實度逐漸降低。當砂箱高度過大時，型砂基本上不能被緊實。*81造型機和造芯機的工作基礎1.2.1壓實法實砂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。對于粘土砂，當A＞0.8時，深凹處底部型砂緊實度則難以保證。*91造型機和造芯機的工作基礎1.2.1壓實法實砂c.模型特性的影響

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

h/H和h/(H-m)可看作壓縮比，

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

1、2、3、4、5、6、7－實砂比壓（各代表×100KPa）說明：

比壓越大，型砂的均勻性越高。常用壓實比壓：

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

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

a－加壓前b－加壓后圖1-2-10多觸頭壓頭的實砂原理

原理：使用多觸頭壓實時，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。但當砂型上有小于多觸頭的深凹處時，多觸頭不能使該處得到充分的緊實。*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部，對型砂進行壓實。缺點：橡皮模易損壞，砂箱上不宜設箱帶。壓頭橡皮模砂箱模樣圖1-2-11壓模實砂原理壓縮空氣*15原理：壓實時，在壓力的作用下，模樣壓縮下面的彈簧，向下退縮。壓實結束時，模樣高度達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度分布。圖1-2-12模樣退縮裝置原理*161造型機和造芯機的工作基礎b.模板加壓與對壓法（3）提高壓實法實砂緊實度的方法PP圖1-2-13模板加壓與壓板加壓

特點a)壓板加壓法

模板不動，壓板向下運動加壓b)模板加壓法

壓板不動，模板向上運動加壓*171造型機和造芯機的工作基礎對壓法－將壓板加壓與模板加壓結合起來。圖1-2-14對壓法a)垂直分型水平對壓b)水平分型垂直對壓b)*181造型機和造芯機的工作基礎c.提高壓前的型砂緊實度（3）提高壓實法實砂緊實度的方法提高填砂緊實度、復合實砂和壓實前預實砂。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，提高緊實度的均勻性。

順序加壓是指：采用多觸頭進行加壓時，各個小觸頭不是同時動作，而是按照模樣的形狀，按一定的順序動作。，見圖1-2-15。*191造型機和造芯機的工作基礎圖1-2-15多觸頭壓實時，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。型砂向兩邊補充。（Ⅲ）整體加壓*201造型機和造芯機的工作基礎（4）其它壓實實砂方法擠壓法、滾壓法、氣鼓法、葉片壓實法等。

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

模樣對緊實度分布影響不大。且越靠近模板的砂型深凹處，緊實度越高?？拷０逄幾罡摺.補充壓實方法

原因？

－表層得不到緊實

方法手工或風沖子－－多用于中大型鑄件的造型。動力補充緊實－砂型上外加鐵板等重物，主要用來中大型鑄件的造型。補充加壓法－－震擊后壓實，用于中小型鑄件的造型。*231造型機和造芯機的工作基礎1.2.2震擊及微震實砂震擊造型機－只有震擊機構，用前兩種方法補充緊實。震壓造型機－同時具有震擊機構和壓實機構。d.應用高的砂型，特別是模樣較高或比較復雜的砂型適合采用震擊或震壓實砂。但因其噪聲大，生產率低，故目前處于被淘汰的地位。（2）微震實砂微震實砂是在震擊實砂方法基礎之上進行改進而得到的一種實砂方法。和震擊實砂相比，其主要優(yōu)點是減少了對地基的影響。即對震擊機構采取一定的減震措施。*241造型機和造芯機的工作基礎1.2.2震擊及微震實砂

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

微震的實砂作用與震擊相似，所得得緊實度分布曲線與震擊的相似。*251造型機和造芯機的工作基礎1.2.3射砂法實砂（1）射砂方法實砂原理：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。

根據圖1-2-19說明射砂法實砂原理。進氣方式：頂上進氣和筒壁上均勻進氣（在部分射芯機采用）。排氣方式：上排氣、下排氣及上下同時排氣。圖1-2-19射砂法實砂原理壓縮空氣進口射砂筒射砂頭射孔芯盒*261造型機和造芯機的工作基礎1.2.3射砂法實砂圖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）射砂所得緊實度及其影響因素*271造型機和造芯機的工作基礎圖1-2-22射砂所得緊實度分布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度分布特點：芯盒下部較高，愈到上部，緊實度逐漸降低。只有在芯盒最上面，接近射孔處，緊實度又重新有所提高。

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

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

將射砂與壓實相結合得到射壓實砂方法。垂直分型無箱射壓造型機、水平分型無箱射壓造型機、有箱的射壓造型機等采用的是射壓實砂的緊實方法。此處射砂的主要作用是：快速填砂并給予一定的預緊實。

*291造型機和造芯機的工作基礎1.2.4氣流實砂法（1）實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，或使氣流通過砂層使砂型得到緊實。（2）實砂方法類型

a.氣流滲透實砂法

用快開閥將氣罐中的壓縮空氣引至砂箱上面，使氣流在很短時間內透過型砂，而使型砂緊實的方法，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氣流滲透緊實法*301造型機和造芯機的工作基礎1.2.4氣流實砂法

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

b.氣流沖擊實砂法

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，然后迅速打開沖擊閥，砂箱頂部空腔氣壓迅速提高，產生沖擊作用，將型砂緊實。氣沖閥圖1-2-24一種氣沖造型機的原理升壓速度可達每秒80-100MPa。*311造型機和造芯機的工作基礎1.2.4氣流實砂法

b.氣流沖擊緊實過程圖1-2-25氣沖緊實過程示意圖a）急劇升高的氣壓使砂型頂上的型砂初步被緊實并向下運動b）初步被緊實并向下運動的型砂愈來愈厚，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d）和e）上面的型砂逐層被緊實*321造型機和造芯機的工作基礎1.2.4氣流實砂法

c.氣流沖擊緊實度分布特點圖1-2-26氣沖緊實所得緊實度分布

下部緊實度高，上部低。與實砂過程中型砂受到的沖擊力有關。氣流沖擊緊實的關鍵是進氣時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造型機和造芯機的工作基礎1.2.4氣流實砂法特點：

緊實度高用相對均勻，靠近型面處緊實度高，符合工藝要求。緊實度高、噪音小、機器結構簡單。砂型頂上約10-30mm厚的一層砂的緊實度很低。

d.氣流緊實方法的特點及應用應用：不宜用于低矮的砂型。

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

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

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

影響拋砂緊實效果的因素：拋砂速度、拋砂頭移動速度、供砂速度等。拋砂法實砂－適宜造大的砂型。*351造型機和造芯機的工作基礎1.3提高填砂緊實度的方法與起模1.3.1提高填砂緊實度的方法在現(xiàn)代的一些壓實造型機中，提高填砂緊實度的方法有：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-導料套4-砂箱5-模樣6-模板*361造型機和造芯機的工作基礎1.3提高填砂緊實度的方法與起模1.3.2起模頂箱起模

頂桿法（圖1-2-29）托箱法（圖1-2-30）起模方式翻轉起模漏模法（圖1-2-31）轉臺法（圖1-2-32）翻臺法（圖1-2-32）*37

圖1-2-29頂桿法起模砂箱模板頂桿造型機工作臺圖1-2-30托箱法（圖1