生产中常用的混砂机有碾轮式(vertical wheel sand muller)、摆轮式(horizontal wheel sand muller,speed muller)、叶片式(blade mixer)等。各有优缺点。
生产1t铸件约需要5-10t湿型型砂,配制型砂时都尽量回用旧砂(即重复使用过的型砂),即经济也是保护环境的需要。但简单地重复使用旧砂,会使型砂性能变坏,铸件质量下降。必须了解旧砂的特性,掌握其性能变化的规律,采取必要措施,才能保证和稳定型砂的性能。混砂时还需向旧砂中补充加入新砂、膨润土、煤粉和水等材料,才能使混制出的型砂性能符合要求。
4.粘土湿型的紧实工艺
(1)对型(芯)砂紧实度的要求
1)紧实度对铸型性能的影响 型砂需要紧实才能成为整体的砂型。型砂的紧实程度常用紧实度(密度)和孔隙度表示。紧实度影响着铸型的强度和透气性。紧实度越大,铸型强度越大,透气性越差。紧实度高,蓄热系数也高,加快了金属的凝固冷却速度,改善了铸件的内在质量,组织更为致密,铸件尺寸精确,力学性能有所提高。对高压造型法的研究表明,铸型紧实度高,浇注时型壁移动量小,铸件尺寸精确,表面光洁。因此,铸件可以做得更薄,进而减轻铸件机器重量。
2)型砂紧实度的要求 要求铸型紧实度高且均匀。高压造型法由于铸型紧实度高,其铸型性能和铸件质量普遍好于中低压造型。高压造型法的目的就在于制出均匀的高紧实度铸型。理论和实验研究证明其压实方法和压头形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,下面简单介绍其紧实方法。
(2)震击紧实和震压紧实 震击紧实用震击造型机来完成。多以压缩空气为动力,利用震击动能和惯性使型砂紧实如图2-3所示。将砂箱1放在模板2上,型板固定于震击工作台,与震击活塞3相连,4为震击气缸。砂箱内装满型砂后,打开进气阀,使压缩空气进入震击气缸,推动活塞上升。活塞升高超过排气孔时,压缩空气由排气孔逸出,气缸中的压力突然下降,此时震击活塞连同砂箱模板下落,与震击气缸发生撞击,砂箱中的型砂由于惯性力的作用而互相紧实。而后因出气孔堵住,进气孔进入的压缩空气压力超过砂箱型板活塞等的重量,使工作台上升,如此连续震击,使型砂得以紧实。震击高度一般为30~60mm,震击次数30~50/min次为宜,一般不超过80次。震击紧实适用于大砂箱,砂箱高度不低于150mm,否则紧实效果不好。其型砂紧实度沿砂箱高度是上松下紧,顶部型砂紧实度几乎与震前一样。
为了克服震击紧实砂箱上部型砂紧实度太松的缺点,可以先震击使底部型砂紧实,再对顶部型砂补充压实。这种经震击后再加压的造型机叫做震压造型机。震压紧实型砂的紧实度分布好,特别是在砂箱不太高的情况下,压实的影响可以达到分型面,这样可以大大减少震击次数,从而提高劳动生产率,节约能耗。但由于补加压实以压缩空气为动力,比压较低,故多用于中小砂箱的型砂紧实。震击造型机和震压造型机的结构都比较简单,操作维修方便,适用性强,一般中小型铸件都适用。但是震击式造型机工作时噪音太大,强烈的震动也对厂房建筑提出了较高的标准。
(3)压实、微震压实和高压紧实 压实紧实是通过压实造型机来完成的,多以压缩空气为动力对型砂压实紧实,其工作原理如图2-4所示。打开进气阀,压缩空气由进气孔进入压实气缸4,将活塞3举起,当砂箱2内的型砂碰到压头1时,就发生压实作用。型砂压实后,打开排气阀,气缸中的压缩空气排出,活塞立即下降,压实工作完成。这种紧实较震击紧实的效率高,噪音很小,机器结构也很简单。缺点是型砂紧实度不均匀,上紧下松。适用于砂箱高度不超过150mm而底面积一般不超过800×600mm的铸型。
微震压实造型是在型砂受压的同时,模板、砂箱和型砂作高频小振幅(10-13Hz,3-8mm,普通震击造型的震击频率和振幅分别为1.1-3.3Hz,30-80mm)的一种造型方法,其原理如图2-5所示。当压缩空气经过工作台的进气孔进入微震气缸后(图a),在压缩空气的压力作用下,微震活塞与固定在工作台上的模板、砂箱上升;同时压缩空气的压力还使微震气缸向下运动,压缩微压气缸下的弹簧(图b);当微震活塞上升至打开排气孔时(排气孔面积是进气孔的6~7倍),缸内气压迅速降低,工作台等靠自重下落,而微震气缸受弹簧作用上升,二者发生撞击(图c),使砂箱内的型砂获得一次紧实。这样多次重复,型砂就能较为迅速地达到预定的紧实度要求。
微震压实造型比单纯压实效果好,在相同压力下,能获得更高的紧实度,相当于提高比压30~50%,而且砂型的紧实度分布比较均匀;生产率高,每小时可达120箱以上,铸件质量较好;震击噪音小,劳动条件好,并可降低对厂房基础的要求;机器使用可靠,维修方便,价格也比较低廉。其主要缺点是仍有一定的噪音。微震压实造型在中小铸件的生产中已得到较为广泛的应用。 (图2-5 气动微震造型工作原理)
上述压实造型是中低压压实,其压实比压为0.4MPa左右。近年来,国内外大量发展和采用高压压实造型机。用高压造型机造型时,由于压实比压提高到0.7Mpa以上,砂型硬度、紧实度和强度都大为提高,沿砂箱高度方向的紧实度分布得到有所改善,砂型轮廓清晰,可以得到尺寸比较准确的铸件(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,加快了金属凝固、冷却速度,改善了铸件内部质量,提高了力学性能;节约金属,减少加工余量及费用;压实紧砂工艺简单、生产率高(200~300箱砂型/h),易于机械化,噪音小,劳动强度低;适应性强,能制造复杂、较大的铸件。其缺点是机器结构复杂,生产线投资大;要求工艺装备精度高,刚性大;要求有较高的设备维修保养能力。高压造型适用于成批大量生产、砂箱尺寸较大、铸件较复杂及要求较小的尺寸公差和表面粗糙度低的铸件的生产。
(4)气流冲砂紧实 气流冲击紧实造型是将压力为0.4~0.6MPa的压缩空气以均匀的气流冲击型砂表面,使型砂紧实的造型新方法(图2-6)。铸型的紧实机构采用脉冲发生器(冲击头),其结构似储气罐(图2-6a),内有一小室3,室内压缩空气压力通常为0.4~0.6MPa,称为过剩压力。小室外部压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和辅助框6充满型砂,移到冲击头下边并被压紧后,打开单向快开阀2,室内压缩空气的过剩压力骤然下降,强制打开隔膜阀5,使压缩空气迅速加速而产生气流冲击,继而由于空气急剧膨胀而形成压力波,其速度可达800m/s以上;压力波在若干毫秒内穿透整个砂型,使砂型紧实。
气流冲击造型的主要优点是:砂型紧实度均匀,砂型硬度高,铸件尺寸精度和光洁程度都得到提高;造型机结构简单,噪音小;生产率高,劳动条件好;砂型充填性好,吃砂量少,可节约型砂及混砂能耗;适应性强,既可利用高压造型型砂,也可利用普通机器造型型砂。缺点是仍然有一定的噪音;砂箱或芯盒必须有足够的强度和刚度。
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