什么是砂型铸造?

如何用砂型制作复杂的铸件

Pouring a sand mold

Sand casting 是否使用不可重复使用的砂型来形成金属铸件. On one hand, 铸造是一个看似简单的制造过程:任何在海滩上建造过城堡的人都知道沙子可以用来制造细节形状. However in a foundry, 处理熔化金属的热, 成功必须考虑许多因素. 铸造用于制造各种尺寸的金属部件,从几盎司到几吨不等. 砂型可以形成具有良好外部细节、内芯和其他形状的铸件. 几乎任何金属合金都可以用砂型铸造.  空心是在潮湿的沙子中,填充熔化的金属,然后冷却. 

What is Molding Sand?

型砂与其他模具材料相比有三个重要优势:

  1. it is inexpensive,
  2. 它很容易回收,而且
  3. 它能承受极高的温度.

砂型铸造是为数不多的用于高熔点金属(如钢)的铸造工艺之一, nickel, and titanium. 因为它的灵活性, heat resistance, 成本相对较低, 砂型铸造是应用最广泛的铸造工艺.

铸件是通过将液态金属浇注到型腔中来生产的. 一个成功的选角, 模具型腔必须保持其形状,直到金属冷却并完全凝固. 纯沙很容易碎裂, 但是型砂含有粘合材料,可以增强其耐热和保持形状的能力.

Green sand (一堆沙子, pulverized coal, bentonite clay, 和水)一直被用于传统的砂型铸造, however modern 化学粘合成型系统 越来越受欢迎. 应用最广泛的铸造砂是二氧化硅(SiO)2).

型砂性能

Strength

砂型在机械应力条件下保持其几何形状的能力.

Permeability

在铸造过程中,砂型允许气体和蒸汽逸出的能力.

Moisture Content

水分含量影响模具的强度和透气性:水分太少的模具可能会破裂, 而水分过多的模具则会导致铸件中产生气泡.

Flowability

砂子填充图案中小洞的能力. 高流动性创造了一个更精确的模具,因此是有用的详细铸件.

Grain Size

沙粒的大小:沙粒的大小.

Grain Shape

该属性根据每个沙粒的圆度来评估它们的形状. 铸造砂一般采用三种颗粒类别:

  1. Rounded Grain 砂提供相对较差的结合强度,但良好的流动性和表面光洁度.
  2. Angular Grains 因为联锁而有更大的结合强度, 但流动性和渗透性不如圆形颗粒砂.
  3. Sub-angular Grains are the middle road. 相对于圆形颗粒,它们具有更好的强度和更低的渗透性, 但强度较低,透气性较好.

Collapsibility

混合砂在外力作用下坍塌的能力. 更大的模具溃散性允许金属铸件在凝固时自由收缩, 没有热撕裂或开裂的风险.

Refractory Strength

当熔化的金属注入模具时,模具不能熔化、燃烧或开裂. 耐火强度衡量型砂承受极端高温的能力.

Reusability

型砂在后续生产操作中重复使用(经过型砂调理)以生产其他型砂铸件的能力.

Mold box fill
模具盒里装满了铸砂.

型砂的许多特性依赖于砂粒的粒度和分布:小粒度提高模具强度, 但大颗粒的渗透性更强. 细粒砂为铸件提供良好的表面光洁度, 但渗透率低, 而细粒砂则相反.

特殊的添加剂或 binders 可添加到沙、粘土和水的基本骨料中,以增加凝聚力. 这些粘合剂可以是有机的,也可以是无机的. 常见的粘合剂包括谷物, ground pitch, sea coal, gilsonite, fuel oil, wood flour, silica flour, iron oxide, pearlite, molasses, dextrin, 和专有的材料.

找到完美的组合并不容易. 砂骨料的某些特性是相互矛盾的:湿陷性较大的型砂强度较小, 强度越大,溃散性越小. 为了实现为特定部件和类型转换应用程序提供适当属性的折衷方案,通常需要进行权衡. 型砂特性的精确控制是如此重要,以至于砂实验室已经成为现代铸造厂的常见补充.

砂型铸造模具的零件

从模盒中抽出的Cope
盖是从模具盒中抽出来的.

一个金属铸件是由用来生产它的模具来成型的——一个好的模具是一个好的铸件的先决条件. 模具有多个部件,它们一起工作,影响最终bwin体育.

模具型腔由 pattern在砂型中留下印记的零件的全尺寸模型. 有些内部表面不包括在图案中, 而将由独立的核心创建.

core 是否有砂型插入模具中以定型铸件内部, 包括孔或通道等特征的. 型芯通常由型砂制成,这样它们就可以从铸件中摇出来. A core print 是否在图案、芯或模具上增加了一个区域来定位和支撑模具内的芯.

进一步的核心支持由 chaplets -固定在芯和腔表面之间的小金属片. 为了维持这种支持, 这种金属链必须由一种熔化温度与被铸造金属相同或更高的金属组成. 凝固后,小珠将被包裹在铸件内.

砂芯可以使用许多与砂模具相同的方法来生产:因为模具是由一个图案来塑造的, 砂芯是由a core-box; they are similar to a die and can be made of wood, plastic, or metal. 芯盒也可以包含多个空腔,以产生几个相同的芯.

riser 模具内是否有多余的空隙来容纳多余的金属. 当铸件凝固和收缩时,将熔融金属注入模具型腔,从而防止在主铸件中形成缩孔.

整个砂型都装在一个叫做砂型的盒子里 flask. In a two-part mold, 哪种砂型铸件比较典型, 上半部分(包含图案的上半部分), flask, 和核心)被称为 cope. 下半部分叫做 drag. The parting line 是线或表面分开的处理和拖动.

如何制作砂型铸件

砂型铸造包括四个基本步骤:组装砂型, 将液态金属倒入模具中, 让金属冷却, 然后去掉砂子,取出铸件. 当然,这个过程比听起来要复杂得多.

模具装配的第一步是用砂部分填充拖板. 模式,核心打印,核心,浇注系统放置在分型线附近. 然后将罩装配到拖板上. 额外的沙子倒在cope的一半,直到模式, core, 和浇注系统是覆盖的, 再通过振动或机械手段将砂子压实. 用打砂杆将多余的沙子清除.

现在模具已经成型了, 盖被从模具上取下,这样图案就可以从模具中提取出来.

仔细地进行模式提取,以避免破坏或扭曲新形成的模具型腔. 通过设计一个 draft:垂直于分型线的垂直锥度. 锥度通常至少为1°. 图案表面越粗糙,需要提供的牵伸就越多.

才能装满液态金属, the complete mold needs to be prepared; the mold cavity is often lubricated with mold washes to facilitate casting removal. 然后核心被定位, 额外的模具材料,如拉绳被加入,以帮助防止漏出, and the mold halves are closed and securely clamped together; the cope and drag sections maintain proper alignment with the aid of pins and guides.

模具的一半必须保持安全,所以液态金属不能泄漏通过分型线. 浇注无瓶模具前,木材或金属浇注 jackets 通常放在模具周围,并在顶部设置砝码,以防止顶盖上升.

熔化的金属通过一个小孔进入模具型腔 gating system:熔化的金属通过 pouring cup, continues down the sprue (浇注系统的垂直部分),然后通过流道(水平部分). 积聚的气体和排开的空气逸出 vents. 金属从流道引入模具型腔的多个点称为流道 gates.

铸件冷却后,从砂型中取出. 从铸件中除去砂的过程称为 shakeout. 铸件可以用手动或自动化机械拆除. 搅拌台和旋转转杯是常用的.

Sand mold
一个工程部件的完整的cope和drag.

根据模式的不同,这个基本过程也有不同的变化, flask type, 机械化水平:

  • Bench Molding 适合做小型工作. 整个操作在一个高度方便的工作台上进行.
  • Floor Molding 用于中型和大型的工作. 顾名思义,浇筑前先将模具固定在地板上.
  • Machine Molding 是否用于大规模生产. 机器成型节省劳动力,并提供优越的精度和均匀性, 使其能够快速地在狭窄的范围内保持公差. 成型机的主要操作是型砂的捣打, roll over the mold, form gate, 敲击模式和它的退出.

回收型砂

在一个完整的铸件中,沙子被抖掉后,块体被冷却并粉碎. 通常在磁场的帮助下,所有的颗粒和金属颗粒都被去除. 所有的砂和组分都用振动筛、旋转筛或振动筛筛分. 然后可以将清洗过的砂重新引入型砂生产周期的开始阶段.

型砂是在磨砂机中制备的,磨砂机混合砂、粘结剂和水. 同时使用曝气器使砂变松,使其更易于成型.

准备好的沙子被送到成型地板, 通常由铲车或皮带输送机, where it is formed into molds; the molds may be placed on the floor or delivered by conveyors to a pouring station. 浇筑后,在落砂站将铸件从粘砂中清除. 用过的沙子,反过来,通过带式输送机或其他方式返回到储料箱.

铸造砂通常通过许多生产周期进行回收和再利用. 根据行业估计, 每年生产中大约使用1亿吨沙子. Of that number, 只有四七百万吨被丢弃, 甚至沙子也经常被其他行业回收利用.

型砂成型工艺与方法

Closed mold
准备浇注的封闭砂型.

Green Sand Molds

一种典型的绿砂混合物含有89%的沙子,4%的水和7%的粘土. 绿砂因其低成本和稳定的整体性能而成为行业的宠儿. 绿砂中的“绿”指的是浇注过程中混合物中的水分含量.

绿砂型具有足够的强度用于大多数砂型铸造应用. 它们还具有良好的可折叠性、渗透性和可重复使用性. 主要的困难出现在含水率上. 水分过多会导致铸件出现缺陷, 其耐湿性取决于被铸造的金属.

寒冷的设置过程

工业砂型铸造有时使用非传统的粘合剂. 传统的铸造粘合剂需要加热固化, 当这些替代粘合剂与沙子混合时,在室温下进行化学结合,因此称为冷凝固过程. 技术先进,这些相对较新的砂型铸造工艺越来越受欢迎. 冷凝固工艺比绿砂模具更昂贵, 但他们生产的铸件具有特殊的尺寸精度.

Shell Molding

Shell mold casting is a relatively recent invention in molding techniques for mass production and smooth finish; it was first used by Germany during the Second World War. 成型材料是干料的混合物, 细硅砂,最小粘土含量和3- 8%的热固性树脂(酚醛或硅脂). 当成型混合物滴到加热的模板上时, 形成了约6毫米厚的硬壳. 为了使壳完全固化, 它必须加热到440到650°F(230到350t)几分钟.

定制铸造服务

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Image Credits

  • 模具盒填充:OKFoundry, CC BY 2.0, via Flickr
  • Cope从模具盒抽取:OKFoundry, CC BY 2.0, via Flickr
  • 开砂模具:OKFoundry, CC BY 2.0, via Flickr
  • 闭模:OKFoundry, CC BY 2.0, via Flickr