本文中國(guó)鑄造網(wǎng)主要為大家介紹造型、制芯方法和鑄型種類的選擇，首先我們來(lái)看看造型方法的選用原則。
1.選用原則
(1)優(yōu)先采用濕型尤其是中小鑄件。因?yàn)闊o(wú)論從成本、環(huán)保、生產(chǎn)率考慮都是最有優(yōu)勢(shì)的。目前，全世界’70%的鑄件是用砂型生產(chǎn)的，濕型占大多數(shù)。只有濕型不能滿足要求時(shí)，才考慮用其他造型方法。如：
①鑄件過(guò)高，金屬靜壓力超過(guò)濕型的抗壓強(qiáng)度;
②澆注位置上鑄件有較大水平壁，用濕型容易引起夾砂缺陷;
③造型過(guò)程長(zhǎng)或需長(zhǎng)時(shí)間等待澆注的砂型不宜用濕型;
④型內(nèi)放置冷鐵多，應(yīng)避免使用濕型。
認(rèn)為濕型不可靠時(shí)，可考慮使用表干砂型、樹(shù)脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用樹(shù)脂自硬砂型可以獲得尺寸精確、表面光潔的鑄件。
(2)造型、制芯方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng) 大批量生產(chǎn)應(yīng)創(chuàng)造條件采用技術(shù)先進(jìn)的造型、制芯方法。老式的震擊式或震壓式造型機(jī)生產(chǎn)線生產(chǎn)率不夠高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，噪聲大，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求，應(yīng)逐步加以改造。對(duì)于小型鑄件，可以采用水平分型或垂直分型的無(wú)箱高壓造型機(jī)生產(chǎn)線、實(shí)型造型線，生產(chǎn)效率又高，占地面積也少;對(duì)于中型鑄件可選用各種有箱高壓造型機(jī)生產(chǎn)線、氣沖造型線。為適應(yīng)快速、高精度造型生產(chǎn)線的要求，制芯方法可選用：冷芯盒、熱芯盒及殼芯等制芯方法。
中等批量的大型鑄件可以考慮應(yīng)用樹(shù)脂自硬砂造型和制芯、拋砂造型等。
單件小批生產(chǎn)的重型鑄件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能適應(yīng)各種復(fù)雜的要求，比較靈活，不要求很多工藝裝備?？梢詰?yīng)用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有機(jī)酯水玻璃自硬砂型、粘土于型、樹(shù)脂自硬砂型及水泥砂型等;對(duì)于單件生產(chǎn)的重型鑄件，采用地坑造型法成本低，投產(chǎn)快。批量生產(chǎn)或長(zhǎng)期生產(chǎn)的定型產(chǎn)品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜，雖然模樣、砂箱等開(kāi)始投資高，但可從節(jié)約造型工時(shí)、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面得到補(bǔ)償。
(3)造型方法應(yīng)適合工廠條件如有的工廠生產(chǎn)大型機(jī)床床身等鑄件，采用組芯造型法。著重考慮設(shè)計(jì)、制造芯盒的通用化問(wèn)題，不制作模樣和砂箱，在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法，制作模樣。不同的工廠生產(chǎn)條件、生產(chǎn)習(xí)慣、所積累的經(jīng)驗(yàn)各不一樣。如果車間內(nèi)起重機(jī)的噸位小、烘干爐也小，而需要制作大型鑄件時(shí)，用組芯造型法是行之有的。
每個(gè)鑄造工廠只有很少的幾種造型、制芯方法，所選擇的方法應(yīng)切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件。
(4)要兼顧鑄件的精度要求和成本各種造型、制芯方法所獲得的鑄件精度不同，初投資和生產(chǎn)率也不一致，最終的經(jīng)濟(jì)效益也有差異。因此，要做到多、快、好、省，就應(yīng)當(dāng)兼顧到各個(gè)方面。應(yīng)對(duì)所選用的造型方法進(jìn)行初步的成本估算，以確定經(jīng)濟(jì)效益高，又能保證鑄件要求的造型、制芯方法。
2.造型方法種類及特點(diǎn)
(1)按鑄型種類分類見(jiàn)表1-4。
表1_4按鑄型種類分類的造型方法特點(diǎn)和應(yīng)用
鑄型種類 | 主要特點(diǎn) | 應(yīng)用情況 |
干型 |
水分少，強(qiáng)度高，透氣性好，成本高，勞動(dòng)條件差，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 |
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，單件小批量、中大型鑄件 |
濕型 | 不烘干，成本低，勞動(dòng)條件好，機(jī)械化造型、手工造型均廣泛應(yīng)用 采用膨潤(rùn)土活化砂及高壓造型，可以得到強(qiáng)度高、透氣性較好的鑄型 | 多用于單件或大批量的中小件 |
水玻璃砂型 | 強(qiáng)度高，硬化快，效率高，粉塵少?？捎胏02、酯硬化、烘干、VRH法硬化 | 各種鑄件均可應(yīng)用，對(duì)大型鑄件效率更高，以鑄鋼件應(yīng)用最多 |
鑄型種類 | 主要特點(diǎn) | 應(yīng)用情況 |
樹(shù)脂砂型 | 強(qiáng)度高，可自硬，精度高。鑄件易清理。 生產(chǎn)效率高 | 大、中型鋼、鐵、鋁、銅鑄件的單件 或批量生產(chǎn) |
表面烘干型(表干型) | 只將表面層烘干(烘干層厚度約為15～80ram)。具有干型的一些優(yōu)點(diǎn)，避免和克服了干型的某些缺點(diǎn) | 同干型相比，生產(chǎn)率高，成本低。適用于鑄件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、質(zhì)量要求較高的單件、小批量生產(chǎn)的中、大型鑄件 |
雙快水泥砂型 | 利用快凝、快硬的雙快水泥作粘結(jié)劑制作鑄型，具有自硬、快硬的優(yōu)點(diǎn) | 生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，與水玻璃流態(tài)砂相比，鑄鐵件無(wú)縮沉和不粘 砂。用于單件、成批量生產(chǎn)的鑄鐵件 |
石灰石砂型 | 通常用水玻璃做粘結(jié)劑，吹CO：使之硬化，或配制成水玻璃自硬砂。具有硅粉塵少、易清理、可減少工人矽肺職業(yè)病等優(yōu)點(diǎn) | 目前主要用于鋼鑄件的生產(chǎn)中。應(yīng)用于大型鑄鋼件時(shí)有縮沉現(xiàn)象，還產(chǎn)生大量C02氣體 |
(2)按砂型緊實(shí)成形方式分類可分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。
1)手工造型。見(jiàn)表1—5。
表1—15手工造型分類
造型方法 | 主要特點(diǎn) | 應(yīng)用情況 |
組芯造型 | 鑄型由砂芯組成，可在砂箱、地坑中或用夾具組裝 | 用于單件或成批生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件 |
脫箱造型 | 造型后取走砂箱。在無(wú)箱或加套箱的條件下澆注 | 用于大量、成批或單件生產(chǎn)的小件 |
砂箱造型 | 在砂箱內(nèi)造型，操作方便，勞動(dòng)量較小 | 大、中、小鑄件，大量、成批和單件生產(chǎn) |
刮板造型 | 用專制的刮板刮制，可節(jié)省制造模樣的材料 和工時(shí)，操作麻煩，生產(chǎn)率低 | 用于單件、外形簡(jiǎn)單的鑄件 |
地坑造型 | 在地坑中造型，不用砂箱或只用一個(gè)蓋箱。操作費(fèi)時(shí)，生產(chǎn)周期長(zhǎng) | 用于單件生產(chǎn)的大、中型鑄件 |
機(jī)器造型。濕型機(jī)器造型按其成形機(jī)理分類，見(jiàn)表l-16
表1_6機(jī)器造型按成形機(jī)理分類
緊實(shí)方法 | 成形機(jī)理及鑄型特征 | 適用范圍 | ||||
震擊 | 靠機(jī)械震擊賦予型砂動(dòng)能和慣性，緊實(shí)成形。鑄 型上松下緊，常需補(bǔ)壓 | 用于精度要求不高的中小鑄件成 批、大量生產(chǎn) | ||||
壓實(shí) | 單純壓實(shí) | 型砂借助于壓頭或模樣所傳遞的壓力緊實(shí)成形， 按比壓大小可分為低壓(O．15一O．4MPa)、中壓 (0．4～O．’7MPa)、高壓(>O．7MPa)三種造型方法 | 中、低壓用于精度要求不高的簡(jiǎn)單 鑄件，中、小批量生產(chǎn)。高壓用于精 度要求高、較復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn) | |||
緊實(shí)方法 | 成形機(jī)理及鑄型特征 | 適用范圍 | ||||
壓實(shí) | 單向壓實(shí) | 直接受壓面的鑄型緊實(shí)度較高，但不均勻。若比壓不足則緊實(shí)度低 | 用于精度要求不高、扁平鑄件的 中、小批量生產(chǎn) | |||
差動(dòng)壓實(shí) (雙向) | 首先用壓頭預(yù)壓(上壓)，其次從模樣面補(bǔ)壓(下壓)，然后用壓頭終壓。其緊實(shí)度及均勻性均優(yōu)于單向壓實(shí) | 用于精度要求較高、較復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn) | ||||
震壓 | 普通震壓 | 振擊加壓實(shí)，其砂型密度的波動(dòng)范圍小，可獲得緊實(shí)度較高的砂型 | 用于精度要求較高、較復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn) | |||
微震壓實(shí) | 振擊頻率4JDO一500H2，振幅小，可同時(shí)微震、壓實(shí)，也可先微震后壓實(shí)，比單純壓實(shí)可獲得較高的砂型緊實(shí)度，均勻性也較高 | 用于精度要求較高、較復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn) | ||||
射壓 | 用壓縮空氣賦予型砂動(dòng)能，預(yù)緊之后再用壓頭補(bǔ)壓成形，緊實(shí)度及均勻性較高。有頂射、底射和側(cè)射之分，頂射結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 | 用于精度要求不高，一般中、小件的大批量生產(chǎn) | ||||
拋砂 | 借旋轉(zhuǎn)的葉片把砂團(tuán)高速拋出，打在砂箱內(nèi)的砂層上，使型砂逐層緊實(shí)。砂團(tuán)的速度越大，砂型緊實(shí)度越高。若供砂情況和拋頭移動(dòng)速度穩(wěn)定，則各部分緊實(shí)度均勻 | 用來(lái)緊實(shí)中大件的砂型或砂芯，也可用于地坑造型，單件、小批、成批生產(chǎn)均可使用，但鑄件精度較低 | ||||
氣流 緊實(shí) |
靜壓 | 其過(guò)程包括：(1)在砂箱內(nèi)填砂(模板上有通氣塞)。(2)對(duì)型砂施以壓縮空氣進(jìn)行氣流加壓(一般O．3s)，通人的壓縮空氣穿過(guò)型砂經(jīng)通氣塞排出。此時(shí)越靠近模板處型砂密度越高。(3)用壓實(shí)板在型砂上部壓實(shí)，使其上下緊實(shí)度均勻。此法砂箱吃砂量較小，拔模斜度較小 | 可用于精度要求高的各種復(fù)雜鑄件的大批量生產(chǎn) | |||
氣流沖擊 | 具有一定壓力的氣體瞬時(shí)膨脹釋放出來(lái)的沖擊波作用在型砂上使其緊實(shí)，且由于型砂受到急速的沖擊產(chǎn)生觸變(瞬時(shí)液化)，克服了粘土膜引起的阻力，提高了型砂的流動(dòng)性。在沖擊力和觸變作用下迅速成形。其砂型特點(diǎn)是緊實(shí)度均勻且分布合理，靠模樣處的緊實(shí)度高于鑄型背面 | 可用于精度要求高的各種復(fù)雜鑄件的大量生產(chǎn)，比靜壓造型具有更大的適應(yīng)性 | ||||
空氣沖擊：采用普通壓縮空氣作為動(dòng)力，通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力來(lái)調(diào)節(jié)砂型緊實(shí)度 | 用于砂箱平面積≤1．2～1．5m2的條件下 | |||||
燃?xì)鉀_擊：用天然氣、丙烷氣、甲烷和乙烷按一定比例和空氣混合后，點(diǎn)火引爆?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)砂型緊實(shí)度 | 用于砂箱平面積≥1．5 m。的條件下 | |||||
爆炸氣流沖擊：用高壓電流的電弧放電，點(diǎn)燃液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，使之爆炸，產(chǎn)生高壓氣體緊實(shí)砂型 | 尚未投入使用 | |||||
4)水玻璃砂造型、制芯水玻璃資源豐富、價(jià)格便宜、無(wú)毒無(wú)味，在混砂、造型、澆注和落砂過(guò)程中無(wú)有毒氣體析出，可用多種方法使型砂硬化：cO：法、VRH(真空置換硬化)法、酯硬化法、微波法、烘干法、粉末硬化劑法(如硅鐵粉，赤泥粉)等。三種應(yīng)用廣泛的典型配方、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍見(jiàn)表1—8。
表1名水玻璃砂典型配方、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍
硬化方法 | 水玻璃加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) | 硬化劑 | 優(yōu)缺點(diǎn) | 適用范圍 |
C02法 | ≥6～8 | C02 | 優(yōu)點(diǎn)：工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少；操作方便，對(duì)原砂要求低；在混砂、造型、澆注和落砂過(guò)程中無(wú)毒、無(wú)味 缺點(diǎn)：cO：硬化水玻璃砂強(qiáng)度低，導(dǎo)致水玻璃加入量高，澆注后型、芯砂潰散性很差，鑄件清砂極其困難；c02硬化時(shí)水玻璃砂易于過(guò)吹，而且硬化的水玻璃砂在存放過(guò)程中容易吸濕，表面形成白霜和粉化，表面安定性明顯下降；水玻璃舊砂再生非常困難，我國(guó)基本上不回用，增加了新砂用量，也造成了環(huán)境污染 | 各種鑄 鋼件，大型 鑄鐵件 |
VRH(真空置 換硬化)法 | 2．5～3．5 | 真空脫水+c02 | 優(yōu)點(diǎn)：c0：氣體消耗少，水玻璃與cO：氣體的反應(yīng)又快又充分；砂型具有硬化均勻、強(qiáng)度高、含水率低、存放性好；水玻璃加入量可降低到2．5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；型、芯砂的殘留強(qiáng)度低，容易清砂；舊砂可再生 缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜，一次性投資大；生產(chǎn)效率低，不適用于批量生產(chǎn)；受真空室尺寸的限制，不能用于中、大型鑄件 | 各種鑄件 |
酯硬化法 | 2．5～3．5 | 液體有機(jī)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，加入量為水 玻璃質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 8％一12．5％ | 優(yōu)點(diǎn)：砂型、砂芯具有很高的強(qiáng)度、抗?jié)裥院陀餐感裕凰ＡЪ尤肓啃。粷沧⒑笮?、芯砂潰散性好，鑄件清砂容易；舊砂可再生，再生率60％～80％，減輕了環(huán)境污染；酯硬化水玻璃砂型的硬化是漸進(jìn)過(guò)程，鑄件精度高 缺點(diǎn)：有機(jī)酯價(jià)格高。對(duì)原砂和水玻璃要求高；應(yīng)根據(jù)砂型、砂芯的大小和水玻璃的模數(shù)，正確選用不同型號(hào)(快酯、慢酯或混合酯)的 有機(jī)酯；型、芯砂脆性大、表面安定性、流動(dòng)性不很好 | 單件、批量生產(chǎn)的各種鑄件 |
