机器制芯的方法有哪些？
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机器制芯的方法有哪些？
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- 2020-08-31 15:47
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- 1楼
- 2020-08-31 15:47
1.选用原则
(1)优先采用湿型尤其是中小铸件。因为无论从成本、环保、生产率考虑都是最有优势的。目前，全世界’70%的铸件是用砂型生产的，湿型占大多数。只有湿型不能满足要求时，才考虑用其他造型方法。如：
①铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度;
②浇注位置上铸件有较大水平壁，用湿型容易引起夹砂缺陷;
③造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型;
④型内放置冷铁多，应避免使用湿型。
认为湿型不可靠时，可考虑使用表干砂型、树脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用树脂自硬砂型可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件。
(2)造型、制芯方法应和生产批量相适应 大批量生产应创造条件采用技术先进的造型、制芯方法。老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大批量生产的要求，应逐步加以改造。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型线，生产效率又高，占地面积也少;对于中型铸件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线。为适应快速、高精度造型生产线的要求，制芯方法可选用：冷芯盒、热芯盒及壳芯等制芯方法。
中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和制芯、抛砂造型等。
单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活，不要求很多工艺装备。可以应用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土于型、树脂自硬砂型及水泥砂型等;对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜，虽然模样、砂箱等开始投资高，但可从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。
(3)造型方法应适合工厂条件如有的工厂生产大型机床床身等铸件，采用组芯造型法。着重考虑设计、制造芯盒的通用化问题，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯;而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。不同的工厂生产条件、生产习惯、所积累的经验各不一样。如果车间内起重机的吨位小、烘干炉也小，而需要制作大型铸件时，用组芯造型法是行之有的。
每个铸造工厂只有很少的几种造型、制芯方法，所选择的方法应切合现场实际条件。
(4)要兼顾铸件的精度要求和成本各种造型、制芯方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终的经济效益也有差异。因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的造型方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高，又能保证铸件要求的造型、制芯方法。
2.造型方法种类及特点
(1)按铸型种类分类见表1-4。
表1_4按铸型种类分类的造型方法特点和应用
铸型种类
主要特点
应用情况
干型
水分少，强度高，透气性好，成本高，劳动条件差，不易实现机械化和自动化
结构复杂，质量要求高，单件小批量、中大型铸件
湿型
不烘干，成本低，劳动条件好，机械化造型、手工造型均广泛应用
采用膨润土活化砂及高压造型，可以得到强度高、透气性较好的铸型
多用于单件或大批量的中小件
水玻璃砂型
强度高，硬化快，效率高，粉尘少。可用c02、酯硬化、烘干、VRH法硬化
各种铸件均可应用，对大型铸件效率更高，以铸钢件应用最多
铸型种类
主要特点
应用情况
树脂砂型
强度高，可自硬，精度高。铸件易清理。
生产效率高
大、中型钢、铁、铝、铜铸件的单件
或批量生产
表面烘干型(表干型)
只将表面层烘干(烘干层厚度约为15～80ram)。具有干型的一些优点，避免和克服了干型的某些缺点
同干型相比，生产率高，成本低。适用于铸件结构较复杂、质量要求较高的单件、小批量生产的中、大型铸件
双快水泥砂型
利用快凝、快硬的双快水泥作粘结剂制作铸型，具有自硬、快硬的优点
生产效率高，劳动条件好，与水玻璃流态砂相比，铸铁件无缩沉和不粘
砂。用于单件、成批量生产的铸铁件
石灰石砂型
通常用水玻璃做粘结剂，吹CO：使之硬化，或配制成水玻璃自硬砂。具有硅粉尘少、易清理、可减少工人矽肺职业病等优点
目前主要用于钢铸件的生产中。应用于大型铸钢件时有缩沉现象，还产生大量C02气体
(2)按砂型紧实成形方式分类可分为手工造型和机器造型两大类。
1)手工造型。见表1—5。
表1—15手工造型分类
造型方法
主要特点
应用情况
组芯造型
铸型由砂芯组成，可在砂箱、地坑中或用夹具组装
用于单件或成批生产结构复杂的铸件
脱箱造型
造型后取走砂箱。在无箱或加套箱的条件下浇注
用于大量、成批或单件生产的小件
砂箱造型
在砂箱内造型，操作方便，劳动量较小
大、中、小铸件，大量、成批和单件生产
刮板造型
用专制的刮板刮制，可节省制造模样的材料
和工时，操作麻烦，生产率低
用于单件、外形简单的铸件
地坑造型
在地坑中造型，不用砂箱或只用一个盖箱。操作费时，生产周期长
用于单件生产的大、中型铸件
机器造型。湿型机器造型按其成形机理分类，见表l-16
表1_6机器造型按成形机理分类
紧实方法
成形机理及铸型特征
适用范围
震击
靠机械震击赋予型砂动能和惯性，紧实成形。铸
型上松下紧，常需补压
用于精度要求不高的中小铸件成
批、大量生产
压实
单纯压实
型砂借助于压头或模样所传递的压力紧实成形，
按比压大小可分为低压(O．15一O．4MPa)、中压
(0．4～O．’7MPa)、高压(>O．7MPa)三种造型方法
中、低压用于精度要求不高的简单
铸件，中、小批量生产。高压用于精
度要求高、较复杂铸件的大批量生产
紧实方法
成形机理及铸型特征
适用范围
压实
单向压实
直接受压面的铸型紧实度较高，但不均匀。若比压不足则紧实度低
用于精度要求不高、扁平铸件的
中、小批量生产
差动压实
(双向)
首先用压头预压(上压)，其次从模样面补压(下压)，然后用压头终压。其紧实度及均匀性均优于单向压实
用于精度要求较高、较复杂铸件的大批量生产
震压
普通震压
振击加压实，其砂型密度的波动范围小，可获得紧实度较高的砂型
用于精度要求较高、较复杂铸件的大批量生产
微震压实
振击频率4JDO一500H2，振幅小，可同时微震、压实，也可先微震后压实，比单纯压实可获得较高的砂型紧实度，均匀性也较高
用于精度要求较高、较复杂铸件的大批量生产
射压
用压缩空气赋予型砂动能，预紧之后再用压头补压成形，紧实度及均匀性较高。有顶射、底射和侧射之分，顶射结构简单
用于精度要求不高，一般中、小件的大批量生产
抛砂
借旋转的叶片把砂团高速抛出，打在砂箱内的砂层上，使型砂逐层紧实。砂团的速度越大，砂型紧实度越高。若供砂情况和抛头移动速度稳定，则各部分紧实度均匀
用来紧实中大件的砂型或砂芯，也可用于地坑造型，单件、小批、成批生产均可使用，但铸件精度较低
气流
紧实
静压
其过程包括：(1)在砂箱内填砂(模板上有通气塞)。(2)对型砂施以压缩空气进行气流加压(一般O．3s)，通人的压缩空气穿过型砂经通气塞排出。此时越靠近模板处型砂密度越高。(3)用压实板在型砂上部压实，使其上下紧实度均匀。此法砂箱吃砂量较小，拔模斜度较小
可用于精度要求高的各种复杂铸件的大批量生产
气流冲击
具有一定压力的气体瞬时膨胀释放出来的冲击波作用在型砂上使其紧实，且由于型砂受到急速的冲击产生触变(瞬时液化)，克服了粘土膜引起的阻力，提高了型砂的流动性。在冲击力和触变作用下迅速成形。其砂型特点是紧实度均匀且分布合理，靠模样处的紧实度高于铸型背面
可用于精度要求高的各种复杂铸件的大量生产，比静压造型具有更大的适应性
空气冲击：采用普通压缩空气作为动力，通过调节压缩空气压力来调节砂型紧实度
用于砂箱平面积≤1．2～1．5m2的条件下
燃气冲击：用天然气、丙烷气、甲烷和乙烷按一定比例和空气混合后，点火引爆。可通过调节风机转速来调节砂型紧实度
用于砂箱平面积≥1．5 m。的条件下
爆炸气流冲击：用高压电流的电弧放电，点燃液态或固态物质，使之爆炸，产生高压气体紧实砂型
尚未投入使用
4)水玻璃砂造型、制芯水玻璃资源丰富、价格便宜、无毒无味，在混砂、造型、浇注和落砂过程中无有毒气体析出，可用多种方法使型砂硬化：cO：法、VRH(真空置换硬化)法、酯硬化法、微波法、烘干法、粉末硬化剂法(如硅铁粉，赤泥粉)等。三种应用广泛的典型配方、优缺点和适用范围见表1—8。
表1名水玻璃砂典型配方、优缺点和适用范围
硬化方法
水玻璃加入量(质量分数，%)
硬化剂
优缺点
适用范围
C02法
≥6～8
C02
优点：工艺设备简单，投资少；操作方便，对原砂要求低；在混砂、造型、浇注和落砂过程中无毒、无味
缺点：cO：硬化水玻璃砂强度低，导致水玻璃加入量高，浇注后型、芯砂溃散性很差，铸件清砂极其困难；c02硬化时水玻璃砂易于过吹，而且硬化的水玻璃砂在存放过程中容易吸湿，表面形成白霜和粉化，表面安定性明显下降；水玻璃旧砂再生非常困难，我国基本上不回用，增加了新砂用量，也造成了环境污染
各种铸
钢件，大型
铸铁件
VRH(真空置
换硬化)法
2．5～3．5
真空脱水+c02
优点：c0：气体消耗少，水玻璃与cO：气体的反应又快又充分；砂型具有硬化均匀、强度高、含水率低、存放性好；水玻璃加入量可降低到2．5％(质量分数)；型、芯砂的残留强度低，容易清砂；旧砂可再生
缺点：设备较复杂，一次性投资大；生产效率低，不适用于批量生产；受真空室尺寸的限制，不能用于中、大型铸件
各种铸件
酯硬化法
2．5～3．5
液体有机酯：甘油醋酸酯，乙二醇
醋酸酯、二甘醇醋
酸酯和丙烯碳酸
酯等，加入量为水
玻璃质量分数的
8％一12．5％
优点：砂型、砂芯具有很高的强度、抗湿性和硬透性；水玻璃加入量小；浇注后型、芯砂溃散性好，铸件清砂容易；旧砂可再生，再生率60％～80％，减轻了环境污染；酯硬化水玻璃砂型的硬化是渐进过程，铸件精度高
缺点：有机酯价格高。对原砂和水玻璃要求高；应根据砂型、砂芯的大小和水玻璃的模数，正确选用不同型号(快酯、慢酯或混合酯)的
有机酯；型、芯砂脆性大、表面安定性、流动性不很好
(1)优先采用湿型尤其是中小铸件。因为无论从成本、环保、生产率考虑都是最有优势的。目前，全世界’70%的铸件是用砂型生产的，湿型占大多数。只有湿型不能满足要求时，才考虑用其他造型方法。如：
①铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度;
②浇注位置上铸件有较大水平壁，用湿型容易引起夹砂缺陷;
③造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型;
④型内放置冷铁多，应避免使用湿型。
认为湿型不可靠时，可考虑使用表干砂型、树脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用树脂自硬砂型可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件。
(2)造型、制芯方法应和生产批量相适应 大批量生产应创造条件采用技术先进的造型、制芯方法。老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大批量生产的要求，应逐步加以改造。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型线，生产效率又高，占地面积也少;对于中型铸件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线。为适应快速、高精度造型生产线的要求，制芯方法可选用：冷芯盒、热芯盒及壳芯等制芯方法。
中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和制芯、抛砂造型等。
单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活，不要求很多工艺装备。可以应用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土于型、树脂自硬砂型及水泥砂型等;对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜，虽然模样、砂箱等开始投资高，但可从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。
(3)造型方法应适合工厂条件如有的工厂生产大型机床床身等铸件，采用组芯造型法。着重考虑设计、制造芯盒的通用化问题，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯;而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。不同的工厂生产条件、生产习惯、所积累的经验各不一样。如果车间内起重机的吨位小、烘干炉也小，而需要制作大型铸件时，用组芯造型法是行之有的。
每个铸造工厂只有很少的几种造型、制芯方法，所选择的方法应切合现场实际条件。
(4)要兼顾铸件的精度要求和成本各种造型、制芯方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终的经济效益也有差异。因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的造型方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高，又能保证铸件要求的造型、制芯方法。
2.造型方法种类及特点
(1)按铸型种类分类见表1-4。
表1_4按铸型种类分类的造型方法特点和应用
铸型种类
主要特点
应用情况
干型
水分少，强度高，透气性好，成本高，劳动条件差，不易实现机械化和自动化
结构复杂，质量要求高，单件小批量、中大型铸件
湿型
不烘干，成本低，劳动条件好，机械化造型、手工造型均广泛应用
采用膨润土活化砂及高压造型，可以得到强度高、透气性较好的铸型
多用于单件或大批量的中小件
水玻璃砂型
强度高，硬化快，效率高，粉尘少。可用c02、酯硬化、烘干、VRH法硬化
各种铸件均可应用，对大型铸件效率更高，以铸钢件应用最多
铸型种类
主要特点
应用情况
树脂砂型
强度高，可自硬，精度高。铸件易清理。
生产效率高
大、中型钢、铁、铝、铜铸件的单件
或批量生产
表面烘干型(表干型)
只将表面层烘干(烘干层厚度约为15～80ram)。具有干型的一些优点，避免和克服了干型的某些缺点
同干型相比，生产率高，成本低。适用于铸件结构较复杂、质量要求较高的单件、小批量生产的中、大型铸件
双快水泥砂型
利用快凝、快硬的双快水泥作粘结剂制作铸型，具有自硬、快硬的优点
生产效率高，劳动条件好，与水玻璃流态砂相比，铸铁件无缩沉和不粘
砂。用于单件、成批量生产的铸铁件
石灰石砂型
通常用水玻璃做粘结剂，吹CO：使之硬化，或配制成水玻璃自硬砂。具有硅粉尘少、易清理、可减少工人矽肺职业病等优点
目前主要用于钢铸件的生产中。应用于大型铸钢件时有缩沉现象，还产生大量C02气体
(2)按砂型紧实成形方式分类可分为手工造型和机器造型两大类。
1)手工造型。见表1—5。
表1—15手工造型分类
造型方法
主要特点
应用情况
组芯造型
铸型由砂芯组成，可在砂箱、地坑中或用夹具组装
用于单件或成批生产结构复杂的铸件
脱箱造型
造型后取走砂箱。在无箱或加套箱的条件下浇注
用于大量、成批或单件生产的小件
砂箱造型
在砂箱内造型，操作方便，劳动量较小
大、中、小铸件，大量、成批和单件生产
刮板造型
用专制的刮板刮制，可节省制造模样的材料
和工时，操作麻烦，生产率低
用于单件、外形简单的铸件
地坑造型
在地坑中造型，不用砂箱或只用一个盖箱。操作费时，生产周期长
用于单件生产的大、中型铸件
机器造型。湿型机器造型按其成形机理分类，见表l-16
表1_6机器造型按成形机理分类
紧实方法
成形机理及铸型特征
适用范围
震击
靠机械震击赋予型砂动能和惯性，紧实成形。铸
型上松下紧，常需补压
用于精度要求不高的中小铸件成
批、大量生产
压实
单纯压实
型砂借助于压头或模样所传递的压力紧实成形，
按比压大小可分为低压(O．15一O．4MPa)、中压
(0．4～O．’7MPa)、高压(>O．7MPa)三种造型方法
中、低压用于精度要求不高的简单
铸件，中、小批量生产。高压用于精
度要求高、较复杂铸件的大批量生产
紧实方法
成形机理及铸型特征
适用范围
压实
单向压实
直接受压面的铸型紧实度较高，但不均匀。若比压不足则紧实度低
用于精度要求不高、扁平铸件的
中、小批量生产
差动压实
(双向)
首先用压头预压(上压)，其次从模样面补压(下压)，然后用压头终压。其紧实度及均匀性均优于单向压实
用于精度要求较高、较复杂铸件的大批量生产
震压
普通震压
振击加压实，其砂型密度的波动范围小，可获得紧实度较高的砂型
用于精度要求较高、较复杂铸件的大批量生产
微震压实
振击频率4JDO一500H2，振幅小，可同时微震、压实，也可先微震后压实，比单纯压实可获得较高的砂型紧实度，均匀性也较高
用于精度要求较高、较复杂铸件的大批量生产
射压
用压缩空气赋予型砂动能，预紧之后再用压头补压成形，紧实度及均匀性较高。有顶射、底射和侧射之分，顶射结构简单
用于精度要求不高，一般中、小件的大批量生产
抛砂
借旋转的叶片把砂团高速抛出，打在砂箱内的砂层上，使型砂逐层紧实。砂团的速度越大，砂型紧实度越高。若供砂情况和抛头移动速度稳定，则各部分紧实度均匀
用来紧实中大件的砂型或砂芯，也可用于地坑造型，单件、小批、成批生产均可使用，但铸件精度较低
气流
紧实
静压
其过程包括：(1)在砂箱内填砂(模板上有通气塞)。(2)对型砂施以压缩空气进行气流加压(一般O．3s)，通人的压缩空气穿过型砂经通气塞排出。此时越靠近模板处型砂密度越高。(3)用压实板在型砂上部压实，使其上下紧实度均匀。此法砂箱吃砂量较小，拔模斜度较小
可用于精度要求高的各种复杂铸件的大批量生产
气流冲击
具有一定压力的气体瞬时膨胀释放出来的冲击波作用在型砂上使其紧实，且由于型砂受到急速的冲击产生触变(瞬时液化)，克服了粘土膜引起的阻力，提高了型砂的流动性。在冲击力和触变作用下迅速成形。其砂型特点是紧实度均匀且分布合理，靠模样处的紧实度高于铸型背面
可用于精度要求高的各种复杂铸件的大量生产，比静压造型具有更大的适应性
空气冲击：采用普通压缩空气作为动力，通过调节压缩空气压力来调节砂型紧实度
用于砂箱平面积≤1．2～1．5m2的条件下
燃气冲击：用天然气、丙烷气、甲烷和乙烷按一定比例和空气混合后，点火引爆。可通过调节风机转速来调节砂型紧实度
用于砂箱平面积≥1．5 m。的条件下
爆炸气流冲击：用高压电流的电弧放电，点燃液态或固态物质，使之爆炸，产生高压气体紧实砂型
尚未投入使用
4)水玻璃砂造型、制芯水玻璃资源丰富、价格便宜、无毒无味，在混砂、造型、浇注和落砂过程中无有毒气体析出，可用多种方法使型砂硬化：cO：法、VRH(真空置换硬化)法、酯硬化法、微波法、烘干法、粉末硬化剂法(如硅铁粉，赤泥粉)等。三种应用广泛的典型配方、优缺点和适用范围见表1—8。
表1名水玻璃砂典型配方、优缺点和适用范围
硬化方法
水玻璃加入量(质量分数，%)
硬化剂
优缺点
适用范围
C02法
≥6～8
C02
优点：工艺设备简单，投资少；操作方便，对原砂要求低；在混砂、造型、浇注和落砂过程中无毒、无味
缺点：cO：硬化水玻璃砂强度低，导致水玻璃加入量高，浇注后型、芯砂溃散性很差，铸件清砂极其困难；c02硬化时水玻璃砂易于过吹，而且硬化的水玻璃砂在存放过程中容易吸湿，表面形成白霜和粉化，表面安定性明显下降；水玻璃旧砂再生非常困难，我国基本上不回用，增加了新砂用量，也造成了环境污染
各种铸
钢件，大型
铸铁件
VRH(真空置
换硬化)法
2．5～3．5
真空脱水+c02
优点：c0：气体消耗少，水玻璃与cO：气体的反应又快又充分；砂型具有硬化均匀、强度高、含水率低、存放性好；水玻璃加入量可降低到2．5％(质量分数)；型、芯砂的残留强度低，容易清砂；旧砂可再生
缺点：设备较复杂，一次性投资大；生产效率低，不适用于批量生产；受真空室尺寸的限制，不能用于中、大型铸件
各种铸件
酯硬化法
2．5～3．5
液体有机酯：甘油醋酸酯，乙二醇
醋酸酯、二甘醇醋
酸酯和丙烯碳酸
酯等，加入量为水
玻璃质量分数的
8％一12．5％
优点：砂型、砂芯具有很高的强度、抗湿性和硬透性；水玻璃加入量小；浇注后型、芯砂溃散性好，铸件清砂容易；旧砂可再生，再生率60％～80％，减轻了环境污染；酯硬化水玻璃砂型的硬化是渐进过程，铸件精度高
缺点：有机酯价格高。对原砂和水玻璃要求高；应根据砂型、砂芯的大小和水玻璃的模数，正确选用不同型号(快酯、慢酯或混合酯)的
有机酯；型、芯砂脆性大、表面安定性、流动性不很好
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