（一）总结

1．砂型锻造的特性及工艺过程

配制型砂—外型—合型—浇注—冷却—落砂—清算—磨练—热解决—磨练—赢得铸件

特性：应用型砂构成铸型并实行浇注的办法，通常指在重力影响下的砂型锻造过程。

名词：

型砂——将原砂或更生砂+粘结剂+另外附加物等所混制成的搀杂物；

铸型——构成铸件表面概况的用型砂制成的空腔称为铸型；

砂芯——构成铸件内腔的用芯砂制成的实体(用于制做砂芯的型砂称为芯砂)；

外型——制作砂型的工艺过程；

制芯——制作砂芯的工艺过程。

外型(芯)办法按死板化程度可分为手工外型(芯)和死板外型(芯)两大类。

筛选符合的外型(芯)办法和切确的外型(芯)工艺职掌，对提升铸件原料、升高成本、提升临盆率有深重要的意义。

（1）手工外型(芯)手工外型(芯)是最基本的办法，这类办法适应界限广，不需求繁杂设施，并且外型原料通常能够知足工艺请求，于是，到今朝为止，在单件、小数临盆的锻造车间中，手工外型(芯)仍占很大比重。在航空、航天、帆海范围运用遍及。手工外型(芯)做事强度大，临盆率低，铸件原料不易不变，在很大程度上取决于工人的技能程度和谙练程度。手工外型办法不少，如相貌外型、刮板外型、地坑外型，各类外型办法有不同的特性和运用界限。

2．砂型/芯制作办法分类

在制作各砂型、芯的过程中，凭借其自身建树强度时其粘结机理的不同，通常可分为三大类：

（1）死板粘结剂型芯----以黏土为粘结剂的黏土型芯砂所构成的粘结；

（2）化学粘结剂型芯----型芯砂在外型、芯过程中，倚赖其粘结剂自身产生物理、化学反响到达强硬，进而建树强度，使砂粒巩固地粘结为一个大伙。有机、无机粘结剂，个中无机粘结剂包罗钠水玻璃及硅溶胶，而有机粘结剂则包罗热硬、自硬和缓硬树脂砂型（芯）；

（3）物理凝结----指用物理学旨趣构成的力将不含粘结剂的原砂凝结在一同，磁型锻造法、负压外型法或确实密封外型法或薄膜负压外型法，以及消散模外型法。

（二）黏土湿型

1.湿型及其特性

（1）临盆精明性大，实用面广，既可手工，又可死板、以及流水线临盆，既可临盆大件，也可临盆小件，可铸钢（中小件），也可铸铁，有色合金等。

（2）临盆效率高，临盆周期短，便于流水线临盆，可完结死板化及主动化，汽车，柴油机，抢拖沓机行业运用最广（～kg铸铁薄裂件）。

（3）原材料成本低，根源广。

（4）减省动力、烘干设施和车间临盆地方面积。

（5）因不需烘干，砂箱寿命长。

（6）弊端：职掌欠妥，易构成一些锻造弊端：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。

2．黏土湿型所用的重要原材料

黏土湿型的配方为：原砂（或旧砂），黏土（膨润土）1～5％，煤粉～8％，水～6％，

以及另外附加物。

（1）原砂－石英砂

其砂子是火成岩中不变的部份，重要成份为二氧化硅（SiO2）和小量的杂质（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。含SiO2极高的砂子称石英砂，有高的熔点，℃，摩氏硬度7级（通常将材料分为10级，个中滑石为1级，金刚石为10级），随搀合物含量的增进，其耐火度下降，SiO2含量高，砂子的颜色濒临无色晶莹，通常用石英砂色白并略带灰色。

锻造临盆所用的石英砂与兴办用砂不同，它有其特别的请求，重要有：含泥量；颗粒构成；原砂颗粒形态及表面情况；原砂的矿物构成和化学成份等。

临盆中通常凭借铸件的合金品种、原料、壁厚的不同来选定原砂的化学成份和矿物构成。比如铸钢的浇注温度高达1℃左右，钢液含碳量较低，型腔中不足能避让金属氧化的强复原性氛围，与铸型邻来往的界面上金属简朴氧化生成FeO和另外金属氧化物，于是较易与型砂中的杂质实行化学反响而构成化学粘砂。于是请求原砂中Si02含量应较高，无益杂质亦应老成操纵。铸钢件的浇注温度愈高，壁厚愈厚，则对原砂中Si02含量的请求就愈高。

铸铁的浇注温度通常在℃下列，铁液中含有较多碳分，湿型浇注时型砂中参与有煤等附加物，能构成洪量复原性氛围，在与铸型邻来往的界面上金属基本不氧化，现实上湿型铸铁件无化学粘砂局势。

烧结点指的是原砂颗粒表面或砂粒间搀杂物最先凝结的温度。它是原砂各类组合成份耐火机能的归纳反响。于是，偶然采纳测定原砂烧结点的法子能更直觉地注明原砂做为耐火材料的机能，并且可用来猜度原砂中SiO2含量高下和杂质几多。长石、云母及其杂质中所含有的碱金属氧化物(Na20、K20)、碱土金属氧化物(CaO、MgO)等能与Si02和氧化铁生成易熔物资。比如Si02与NaO的原料比为73：27的搀杂物，其熔点仅℃．K2O与SiO2可构成熔点仅℃低熔物,烧结点低。

（2）原砂－非石英质原砂

硅砂弊端：热膨胀系数较量大，并且在℃时会因相变而构成忽然膨胀-----铸件若裂；热分散率较量低；简朴与铁的氧化物起影响等。这些城市对铸型与金属的界面反响起不良影响。在临盆高合金钢铸件或大型铸钢件时，应用硅砂配制的型砂，铸件简朴产生粘砂弊端，使铸件的清砂万分坚苦。

非石英质原砂是指矿物构成中不含或只含小量游离Si02的原砂。在铸钢临盆中已逐步采纳一些非石英质原砂来配制无机和有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。这些材料与硅砂比拟，大大都都具备较高的耐火度、热导率、热分散率和蓄热系数，热膨胀系数低并且膨胀平匀，无体积渐变，与金属氧化物的反响才能低等好处，能赢得表面原料高的铸件并改正清砂做事前提。但这些材猜中有的代价较高，较量稀缺，故该当正当采用。

今朝可用的非石英质原砂有橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等。真实遍及应用的仍为石英砂。

（3）黏土----膨润土

黏土的矿物成份黏土是湿型砂的重要粘结剂。黏土被水润泽后具备粘结性和可塑性；烘干后硬结，具备干强度，而硬结的黏土加水后又能复原粘结性和可塑性。黏土主如果由微小结晶质的黏土矿物所构成的土状材料。

黏土矿物的品种不少，按晶体构造可分为高岭石和蒙脱石等。通常凭借所含黏土矿物品种不同将所采纳的黏土分为锻造用黏土(fireclay)和锻造用膨润土(bentonite)两类。膨润土主如果由蒙脱石组矿物构成的，重要用于湿型锻造的型砂粘结剂。

凭借国度业余准则《锻造用膨润土和黏土》(JBlT—)的规矩，膨润土中假如某一交流性阳离子量占阳离子交流容量的≥50％时，称其为重要交流性阳离子，假如为钠离子则称为钠膨润土，以PNa提醒(P是膨润土代号)；假如为钙离子，则称为钙膨润土，以PCa提醒。我国钙基膨润土资本较多，开拓和供应较量便利。偶然要凭借黏土的阳离子交流性格，对钙土实行解决，使之变化成钠基膨润土。这类离子交流过程，通常称为膨润土的活化解决，最罕用的活化剂为碳酸钠。这一过程的化学反响机理简朴提醒下列

Ca2+一蒙脱石+Na2C03一-Na+一蒙脱石+CaC03+。

（4）黏土的粘结机理

黏土在水中构成的黏土-水体制是胶体，带负电的黏土颗粒将极性水份子吸引在本人的周遭，构成胶团的水化膜，倚赖黏土颗粒间的大众水化膜，经由个中的水化阳离子所起的“桥”或键的影响，使黏土颗粒彼此连合起来，在水化膜中处在吸附层的水份子被黏土质点表面吸附得很紧，而处于分散层中的水份子较松，大众水化膜即是黏土胶粒间的大众分散层。黏土和水量比例适当时，才具赢得最好的湿态粘结力。通常说来，黏土颗粒所带电荷愈多或黏土颗粒愈微小，比表面积愈大，则湿粘结力愈大。

对于黏土颗粒与砂粒之间的粘结则被诠释为：砂粒因当然破裂及其在混碾过程中构成新的破裂面而带薄弱负电，也能使极性水份子在其周遭法则地定向分列。如许，黏土颗粒与砂粒之间的大众水化膜，经由个中水化阳离子的“桥’’或键的影响，使黏土砂赢得湿态强度。

（5）附加物

3．湿型砂的混制工艺及旧砂的解决

临盆中罕用的混砂机有碾轮式(verticalwheelsandmuller)、摆轮式(horizontalwheelsandmuller，speedmuller)、叶片式(blademixer)等。各有优弊端。

临盆1t铸件约需求5-10t湿型型砂，配制型砂时都只管回用旧砂(即反复应用过的型砂)，即经济也是庇护处境的需求。但简朴地反复应用旧砂，会使型砂机能变坏，铸件原料下降。必要懂得旧砂的性格，操纵其机能变化的规律，采纳需求法子，才具保证和不变型砂的机能。混砂时还需向旧砂中增进参与新砂、膨润土、煤粉和水等材料，才具使混制出的型砂机能相符请求。

4．黏土湿型的紧实工艺

（1）对型(芯)砂紧实度的请求

2）型砂紧实度的请求请求铸型紧实度高且平匀。高压外型法由于铸型紧实度高，其铸型机能和铸件原料广泛好过中低压外型。高压外型法的目标就在于制出平匀的高紧实度铸型。理论和试验研讨表明其压实办法和压头方式对紧实度有很大的影响。对湿型而言，通常有震击紧实、震压紧实、压实、微震压实和高压紧实等，上面简朴先容其紧实办法。

（2）震击紧实和震压紧实

震击紧有用震击外型机来达成。多以紧缩空气为动力，哄骗震击动能和惯性使型砂紧实。将砂箱1放在模板2上，型板不变于震击处事台，与震击活塞3邻接，4为震击气缸。砂箱内装满型砂后，翻开进气阀，使紧缩空气投入震击气缸，鞭策活塞回升。活塞抬高高出排气孔时，紧缩空气由排气孔逸出，气缸中的压力忽然下降，此时震击活塞连同砂箱模板下降，与震击气缸产生撞击，砂箱中的型砂由于惯性力的影响而彼此紧实。此后因出气孔堵住，进气孔投入的紧缩空气压力高出砂箱型板活塞等的分量，使处事台回升，如斯接续震击，使型砂得以紧实。震击高度通常为30~60mm，震击次数30~50/min次为好，通常不高出80次。震击紧实实用于大砂箱，砂箱高度不低于mm，不然紧实成绩不好。其型砂紧实度沿砂箱高度是上松下紧，顶部型砂紧实度险些与震前相同。

为了克复震击紧实砂箱上部型砂紧实度太松的弊端，能够先震击使底部型砂紧实，再对顶部型砂增进压实。这类经震击后再加压的外型机叫做震压外型机。震压紧实型砂的紧实度散布好，尤其是在砂箱不过高的处境下，压实的影响能够到达分型面，如许能够大大淘汰震击次数，进而提升做事临盆率，节省能耗。但由于补加压实以紧缩空气为动力，比压较低，故多用于中小砂箱的型砂紧实。震击外型机和震压外型机的构造都较量简朴，职掌培修便利，实用性强，通常中袖珍铸件都实用。然而震击式外型机处事时噪音太大，激烈的晃荡也对厂房兴办提议了较高的准则。

（3）压实、微震压实和高压紧实

压实紧实是经由压实外型机来达成的，多以紧缩空气为动力对型砂压实紧实。翻开进气阀，紧缩空气由进气孔投入压实气缸4，将活塞3举起，当砂箱2内的型砂遭遇压头1时，就产生压实影响。型砂压实后，翻开排气阀，气缸中的紧缩空气排出，活塞即时下降，压实处事达成。这类紧实较震击紧实的效率高，噪音很小，死板构造也很简朴。弊端是型砂紧实度不平匀，上紧下松。实用于砂箱高度不高出mm而底面积通常不高出×mm的铸型。

微震压实外型是在型砂受压的同时，模板、砂箱和型砂做高频小振幅(10-13Hz，3-8mm，通俗震击外型的震击频次和振幅离别为1.1-3.3Hz，30-80mm)的一种外型办法。当紧缩空气经由处事台的进气孔投入微震气缸后，在紧缩空气的压力影响下，微震活塞与不变在处事台上的模板、砂箱回升；同时紧缩空气的压力还使微震气缸向下活动，紧缩微压气缸下的弹簧；当微震活塞回升至翻开排气孔时(排气孔面积是进气孔的6~7倍)，缸内气压赶快升高，处事台等靠自重下降，而微震气缸受弹簧影响回升，两者产生撞击，使砂箱内的型砂赢得一次紧实。如许屡次反复，型砂就可以较为赶快地到达预约的紧实度请求。

微震压实外型比天真压实成绩好，在雷同压力下，能赢得更高的紧实度，相当于提升比压30~50%，并且砂型的紧实度散布较量平匀；临盆率高，每小时可达箱以上，铸件原料较好；震击噪音小，做事前提好，并可升高对厂房基本的请求；死板应用靠得住，培修便利，代价也较量廉价。其重要弊端是仍有必要的噪音。微震压实外型在中小铸件的临盆中已赢得较为遍及的运用。

上述压实外型是中低压压实，其压实比压为0.4MPa左右。频年来，国表里洪量进展和采纳高压压实外型机。用高压外型机外型时，由于压实比压提升到0.7Mpa以上，砂型硬度、紧实度和强度都大为提升，沿砂箱高度方位的紧实度散布赢得有所改正，砂型概况明确，能够赢得尺寸较量的确的铸件（可达CT7~8级），表面光洁（Ramax=3.2~2.5μm）；由于铸型紧实度高，蓄热系数也高，放慢了金属凝结、冷却速率，改正了铸件内部原料，提升了力学机能；节省金属，淘汰加工余量及花费；压实紧砂工艺简朴、临盆率高（~箱砂型/h），易于死板化，噪音小，做事强度低；适应性强，能制作繁杂、较大的铸件。其弊端是死板构造繁杂，临盆线投资大；请求工艺装置精度高，刚性大；请求有较高的设施培修调养才能。高压外型实用于成批洪量临盆、砂箱尺寸较大、铸件较繁杂及请求较小的尺寸小吏和表面粗陋度低的铸件的临盆。

（4）气流冲砂紧实

气流打击紧实外型是将压力为0.4~0.6MPa的紧缩空气以平匀的气流打击型砂表面，使型砂紧实的外型新办法。铸型的紧实机构采纳脉冲产生器（打击头），其构造似储气罐，内有一小室3，室内紧缩空气压力通常为0.4~0.6MPa，称为多余压力。小室外部紧缩空气压力通常比室内空气压力低0.1MPa，称为储气罐压力。砂箱7和协助框6满盈型砂，移到打击头下边并被压紧后，翻开单向快开阀2，室内紧缩空气的多余压力突然下降，逼迫翻开隔阂阀5，使紧缩空气赶快加快而构成气流打击，既而由于空气赶紧膨胀而构成压力波，其速率可达m/s以上；压力波在几何毫秒内穿透全部砂型，使砂型紧实。

气流打击外型的重要好处是：砂型紧实度平匀，砂型硬度高，铸件尺寸精度和光洁程度都赢得提升；外型机构造简朴，噪音小；临盆率高，做事前提好；砂型充填性好，吃砂量少，可节省型砂及混砂能耗；适应性强，既可哄骗高压外型型砂，也可哄骗通俗死板外型型砂。弊端是仍旧有必要的噪音；砂箱或芯盒必要有充分的强度和刚度。

（三）钠水玻璃砂型

锻造临盆中运用最遍及的无机化学粘结剂是钠水玻璃。此表率芯砂与黏土砂较量，有下列好处：

(1)型(芯)砂滚动性好，易于紧实，故外型（芯）做事强度低。

(2)强硬快，强度较高，可简化外型（芯）工艺，缩小临盆周期，提升做事临盆率。

(3)可在型(芯)强硬后起模，型、芯尺寸精度高。

(4)可打消或缩小烘烤时光，升高能耗，改正处事处境和处事前提。

1．钠水玻璃粘结剂

水玻璃是各类聚硅酸盐水溶液的通称。锻造上最罕用的是钠水玻璃(Sodiumsilicatewaterglass)，因其廉价，根源足量；其次为钾水玻璃，另外再有锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等，离别是硅酸钠(Na20·mSi02)、硅酸钾(K20，nSi02)、硅酸锂(Li20·mSi02)、硅酸钾钠(mK20·Na20·nSi02)、季铵盐的水溶液。

硅酸钠是弱酸强碱盐，干态时为白色或灰白色团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃表面为无色黏稠液体，由于含铁盐而呈灰色或绿色,pH值通常在11-13。钠水玻璃的化学式为Na20·mSi02·nH20。

钠水玻璃有几个重要参数，直接影响它的化学和物理性质，也直接影响钠水玻璃砂的工艺机能，这即是钠水玻璃的模数、密度、含固量和粘度等。

(1)模数

钠水玻璃中Si02和Na20的摩尔数之比称为模数，用M来提醒。模数的巨细仅提醒钠水玻璃中SiO2、Na2O的摩尔数之比，并不提醒钠水玻璃中硅酸钠的原料分数。然而模数变化，钠水玻璃构造及其物理—化学性质也会产生变化，由于模数的巨细直接影响硅酸阴离子的齐集度，齐集度越高，模数也越大。模数越高，做为芯(型)砂粘结剂时的强硬速率也越快，到达最高强度的时光也越短。但过高的模数，将使芯(型)砂的保管性差，不适于外型和造芯。

钠水玻璃模数能够经由化学的办法升高或提升。升高钠水玻璃模数可参与适当的NaOH，以提升水玻璃中Na20的原料分数，进而相对地淘汰Si02的原料分数。锻造临盆中，吹C02强硬时罕用模数为2的钠水玻璃。

（2）密度、含固量和粘度

钠水玻璃的密度P取决于钠水玻璃中水的原料分数，而不是它的模数，由于Na2O（62）和Si02(60)(括号中数值为相对分子原料)的相对分子原料数值很形似。密度低，水的原料分数高，含固量少，不宜用做型(芯)砂粘结剂；反之，密渡过大，黏稠，也不便定量和不利与砂子搀杂。锻造上通常采纳密度为1．32-1．68g／cm3或波美度35-54的钠水玻璃。

2。钠水玻璃砂的强硬机理

硅酸钠是弱酸强碱盐，在水溶液中险些彻底电离，于是钠水玻璃现实是部份电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的散开体制。不同硅酸盐负离子的均衡是盘根错节的，它取决于pH值、模数和温度，在几何特有的反响过程中到达均衡。个中最蓄谋义的反响是硅酸钠(以=Si-0-Na提醒)的钠-氧键水解(hydrolysis)(向右实行)和酸-碱反响(向左实行).，硅氧烷链(Si-0-Si(siloxanelinkage)沿线性方位成长，就构成高聚物(polymcr)；当它在三维空间肆意生永劫，就构成凝胶(gel)，这就致使了钠水玻璃的强硬。

假如没有任何胶凝影响的影响，钠水玻璃则可保管很永劫间，但它对引发均衡变化的任何要素却尤其敏锐，这一潜在不不变性格，通常被用来加快钠水玻璃的缩聚，以构成坚忍的三维的网状构造，使型砂粘结在一同。

锻造临盆中罕用的一些强硬办法，都是参与能直接或直接影响上述反响均衡点的气态、液态或粉状固化剂，与OH-影响，进而升高pH值，或靠失水，或靠上述两者的复合营用来到达强硬。

(1)加热强硬----失水产生由液态到固态的变化

但凡能去除钠水玻璃中水份的办法，如加热烘干、吹热空气或枯燥的紧缩空气、真空脱水、微波映照以及参与构成放热反响的化合物等均能够使钠水玻璃强硬。图是Na20、Si02和H20三元系统的常温状况图。个中锻造行业所用的商品液体钠水玻璃，是图中暗影部份(地区9，M=2.0—3.3，p=1．2—1．7g／cm3)，当这类水玻璃与砂搀杂制成砂芯(型)时，假如用加热(或用热空气)方法强硬，会按图中带箭头虚线请教的方位，液体钠水玻璃先变成黏稠液体，接着成为半固体，再变成脱水液体。

(2)化学反响构成新的产品

钠水玻璃在pH值大于10以上很不变，参与适当酸性或具备潜在酸性的物资时，其pH值升高，不变性下降，使水解和缩聚过程加快实行。

图为pH值对钠水玻璃胶凝时光的影响弧线，弧线呈大写“N”字形,即出名的“N弧线”。胶凝速率最快的pH值，亦即弧线的最低点在6.8到7.1之间；钠水玻璃不变性最好、胶凝速率尤其慢的pH值，也即是弧线的最高点，在3.2-3.9和10以上。

A)吹C02强硬

C02与钠水玻璃中的水影响构成碳酸：

CO2+H20----2H++C-

构成的H+使表面钠水玻璃的pH值继续升高，并到达赶快强硬。

钠水玻璃同C02反响，耗损Na20，把凝胶化的水玻璃推到图的不不变液体和凝胶地区。这类Si02凝胶含$i02高，并使砂芯和砂型建树强度。

C02是一种脱水才能相当强的气体，从砂粒周遭流过，C02与粘结剂来往面积大，使钠水玻璃部份失水，于是，C02强硬既有钠水玻璃的物理脱水影响，也有化学反响，两种机理难以截然隔开，通常其粘结是两种影响的结束。(哪一种影响占主宰名望?)

采纳C02法强硬，有人觉得仅表现了钠水玻璃粘结机能的10％，：于是不得不把砂中钠水玻璃参与量提升到6％-7％(原料分数)。图所示为C02强硬后包裹在砂粒表面的钠水玻璃膜的构造模子，膜由两层构成，表层Ι的重要成份是硅酸胶体以及Na2C03和NaHC03结晶(粉化即白霜)，里层Ⅱ的重要成份是尚未反响的硅酸钠胶体。

B)有机酯液态强硬剂

酯促进钠水玻璃砂强硬建树强度分两阶段，酯使钠水玻璃胶凝化，构成强度；最后强度来自硅酸钠脱水。用酯强硬时，酯在钠水玻璃中实行水解生成有机酸和醇，有机酸供应氢离子，其反响通式是

RCOOR’+H2O-------RCOOH+R’OH

RCOO-与钠水玻璃电离的钠离子Na+产生皂化反响，生成脂肪酸钠；H+与钠水玻璃的OH-连合，均有益于酯的进一步水解和使钠水玻璃析出硅酸溶胶，并促进朝着生成大的凝集的硅酸分子方位挪移，当它在三维空间肆意生永劫，就构成凝胶，这就致使钠水玻璃强硬。

(3)不同强硬办法所得钠水玻璃砂的强度是不同的。

其原由于：

①所赢得的粘结剂膜布局的密度和有序性分列不同，于是影响强度的巨细，其按次为加热强硬、酯强硬、铬铁渣强硬、CO2强硬，响应的粘结膜的内聚强度为41MPa、29.8MPa、20.5MPa、14.9MPa；

②所得钠水玻璃的凝胶胶粒巨细显然不同，C02强硬的胶粒直径为0.2—0.48μm，酯强硬的为0.07-0.18μm，真空强硬的为0.06-0.16μm，加热强硬的惟独0.-0.04μm，于是强度会显然不同。

（四）另外表率的砂型

还可应用硅溶胶、植物油、树脂等做为粘结剂构成不同表率的砂型。

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锻造装置（

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