鑄造機(jī)械化

1、主講 趙維民 教授,第一章 造型機(jī)和造芯機(jī)的工藝基礎(chǔ),鑄造車間所用的機(jī)械很多，造型機(jī)和造芯機(jī)是其中最主要的。目前，粘土砂造型仍然是 鑄造車間中的主要造型方法，因此，這里主要介紹粘土砂造型用的造型機(jī)和造芯機(jī)。 造型機(jī)和造芯機(jī)實質(zhì)上是相同的，它們的作用主要是三個：填砂、實砂和起模。其中，實

2、 砂是關(guān)鍵的一環(huán)。,第一節(jié) 緊實度及對實砂的要求,實砂就是使型砂緊賣，賦與一定的強(qiáng)度和剛度。型砂被緊實的程度通常用單位體積內(nèi)型 砂的質(zhì)量表示，稱作緊實度，即 式中 ——型砂的緊實度(g／cm)； m——型砂的質(zhì)量(g)； v——型砂的體積(cm)。,型砂緊實度和物理學(xué)中的密度單位相同但概念不同，型砂體積V中包括了砂粒間的空隙。

3、 下面是幾個常見的型砂緊實度的數(shù)值：十分松散的型砂，o.6~1.0g／cm3；從砂斗填到砂箱的松散砂，1.2～L 3g／cm3；一般緊實的型砂，1.55~1.7g／cm3；高壓緊實后的型砂，1.6～1.8g／cm3；非常緊實的型砂，1.8～1.9g／cm3。 一個砂型的平均緊實度比較容易確定，將砂型的總質(zhì)量除以總體積即得，但砂型內(nèi)各部分的緊實度往往不相同，往往需要知道砂型內(nèi)不同點的緊實度，因而需用緊實度的分布狀況衡量實砂的效

4、果。測量的方法：用一鋼管或特制的鉆頭把被測部分的型砂取出來，稱出其質(zhì)量并計算其體積，求出緊實度。這一方法相當(dāng)麻煩且不易準(zhǔn)確，主要用于試驗研究工作。,在實際生產(chǎn)中，測量砂型的緊實程度時，常采用砂型硬度計。一般砂型的表面硬度在60～80單位之間；高壓造型可達(dá)90單位以上。砂型硬度計分A、B、C三種型式，其中A、B型的壓頭為球形，用于測量一般砂型，C型硬度計的壓頭呈錐形，用于測量硬度高的砂型。在砂型硬度很高時，硬度計所得測量值差別不大，特別是

5、A、B型硬度計的分辨能力很差，這一缺點在砂型緊實程度超于高值的現(xiàn)在，更顯得突出，因此，近年出現(xiàn)一種砂型強(qiáng)度計，用于測量砂型的緊實程度，其原理為將一個直徑為3．2mm，長為9mm的測頭壓入砂型中所需的貫入阻力，折算成砂型強(qiáng)度，所得的值大體上與型砂的抗壓強(qiáng)度相近。對于高緊實度砂型來說，砂型強(qiáng)度大約在20～26N／cm3之間。砂型強(qiáng)度計使用比較方便，測值重復(fù)性好，用者漸多。,二、對砂型緊實的工藝要求 從鑄造工藝上說，對緊實后的砂型有以

6、下幾點要求： 1)砂型緊實后要具有足夠的緊實度，除了要使砂型能經(jīng)受住搬運(yùn)或翻轉(zhuǎn)過程中的震動而不損毀外，更重要的是要使砂型型腔表面能抵抗住澆注時金屬熔液的壓力。在幬件澆注和凝固過程中，金屬熔液及鑄件對砂型型壁有一種膨脹壓力，這種壓力有時可以達(dá)到很大，如果砂型的緊實度不足，就可能產(chǎn)生較大的型壁移動，造成鑄件尺寸偏差。如果砂型的緊實度較高，能抵抗住這種膨脹壓力，就能減小型壁移動，獲得精確度高的鑄件。 2)緊實后的砂型應(yīng)是起模容

7、易，回彈力小，起模后能保持鑄型精度，特別是不發(fā)生損壞、脫落等現(xiàn)象.,3)砂型應(yīng)具備必要的透氣性，避免澆注時產(chǎn)生氣孔等缺陷． 這些要求，有時互相矛盾，如：緊實度高的砂型往往起模困難，回彈量大，但為了獲得鑄件高精確度，砂型的表面硬度要求在80單位以上． 所以，對各種實砂方法的評價，主要應(yīng)視其所得砂型能否達(dá)到以上要求，能否保證砂型表面的每一點都有足夠的緊實度．,第二節(jié) 壓實緊實 一、壓實過程 1．壓實實砂

8、 壓實實砂就是直接加壓使型砂緊實(圖1~1)．壓實時，壓板壓入輔助框中，砂柱高度降低，型砂緊實．因緊實前后型砂的質(zhì)量不變，可得 式中 H0、H一砂柱初始高度及緊實后的高度；,—型砂的緊實前及緊實后的緊實度。若砂箱的高度為H ．輔助框的高度為h，則 ，由式(1—1)可得 2．緊實度與壓實比壓的關(guān)系 壓實時，砂型的平均緊實度與壓實

9、比壓有關(guān)。圖1—2是三條性能不同型砂的壓實緊實曲線。由圖可見：不論那一種型砂，在壓實開始時p增加很小，就引起 很大的變化；但當(dāng)壓實比壓逐漸增高時， 的增大減慢，在高比壓階段，雖然p增大很多，然而 的增加很微小。,3.壓實過程及所得緊實度分布 壓實時，砂箱內(nèi)砂粒移動及緊實度的變化與壓板壓入的相對建度有關(guān)。 (1)慢速壓實 加壓速度很低(<o．01m／s)時，砂箱壁上的摩擦阻力對砂粒移動的作用較大．壓實開始

10、時，箱壁上的摩擦阻力使壓板邊角處應(yīng)力升高，在壓板下沿著砂箱壁形成一個高應(yīng)力環(huán)形區(qū)(見圖1—3)．這時，型砂的內(nèi)摩擦力與壓板的向下推力w結(jié)合，形成一個向下向中心的作用力T。隨著壓實過程的進(jìn)展，高緊實區(qū)在砂型的中心G點交匯，成為一個倒拱形高緊實度區(qū)，這樣壓實所得砂型內(nèi)的緊實度大致如圖1—5a所示。在砂型中心的高度上，緊實度的差別不大，在大約相當(dāng)于砂型寬度2／3的深度上，出現(xiàn)極大值(曲線1)，亦即相當(dāng)于圖 1—3中G點處出現(xiàn)極大值．在砂型

11、的邊角處，緊實度上高下低，特別是下邊模板的邊角處，緊實度很低。,(2)高速壓實 當(dāng)壓板壓向砂型的速度很高時(>7m／s)，情況就不相同了。壓板的作用力主要是向下的，橫向的作用力相對很弱，拱形高緊實區(qū)不能形成。這時的壓實過程大致可分為三個階段； 1)型砂初步緊實井向下加速運(yùn)動階段，緊實開始，壓板高速拍擊型砂，使砂型頂部的砂層一方面被初步緊實，另一方面被推動向下運(yùn)動(見圖l—4a)。砂層的緊實度因壓板的速度．填砂的緊實度、型

12、砂的緊實度等因素的大小而定．上面一層型砂得到加速后，立即推動它下面的砂層，同樣使其初步緊實及向下運(yùn)動．這樣層層由上面下形成一種緊實波。這種緊實波向下發(fā)展速度很快，可以達(dá)到壓板速度的好幾倍．圖1—4b示這一緊實波到達(dá)模板前的情況。,2)砂層的沖擊緊實階段．當(dāng)上述砂層緊實波到達(dá)模板表面時，高速運(yùn)動的砂層產(chǎn)生很高的沖擊力，使型砂進(jìn)一步緊實，達(dá)到很高緊實度(見圖I—4c)．模板上的砂層緊實后，它上面的砂層受到更上層砂層的沖擊，也得到?jīng)_擊緊實。如

13、此，沖擊由下層層向上，砂層也層層得到緊實(見圖1—4d)。 ，3)壓板的沖擊緊實階段。砂層沖擊將近結(jié)束時，高建運(yùn)動的壓板受阻滯止，產(chǎn)生較大的沖擊力，使砂型背面的砂層被充分緊實(見圖1—4e)，壓板的質(zhì)量大時，產(chǎn)生的沖擊力也大． 一般的高速壓實經(jīng)過這三個階段已是完畢了，但也可能有這樣情況，亦即壓板的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(氣缸或液壓缸)的出力特別大，超過了砂層沖擊階段中砂層的最大沖擊力，這時這一壓實力還可能使砂層進(jìn)一步緊實，但是由于沖擊

14、緊實所得的緊實度已經(jīng)很高，在這一緊實中，型砂緊實度的增加十分小。,高速壓實所得砂型的緊實度分布見圖1—5d．在砂型中心，砂層的沖擊使模板附近達(dá)到很高緊實度，隨著砂層高度向上，由于砂層沖擊力逐漸減低，緊實度逐漸降低，但到砂型頂面，壓板的沖擊使砂型頂部的緊實度進(jìn)一步上升。所以總的說來，砂型的緊實度分布呈c形，底部及頂部高，中部較低。 圖l·5b及c是遭度較低的高速緊實砂型的緊實度分布曲線。由圖可見；它們與圖l—5d中的曲線

15、差不霧，只是砂型底部的緊實度較低一些，這是速度低，沖擊能量少的反映。將圖b與圖a相比可見，壓實速度2．5m／s已足夠破壞拱形高緊實度區(qū)的形成。,(3)通常壓實 通常壓實是指在一般的低壓壓實造型機(jī)(圖l—1)上的壓實過程．這種壓實過程與前面所說的過程基本相同，只是砂流的流動及沖擊的方向不同，二者剛好相差1800。這種壓實方法中，壓板不動．而模板、型砂及砂箱等受工作臺下的氣缸推動，由下向上運(yùn)動，沖向壓板，將型砂緊實．其壓實過程大致可以分成

16、四個階段：①壓實開始時，工作臺推動模板、砂箱、型砂等向上運(yùn)動，型砂速度由零變大，增大至與工作臺等的速度相同。這一階段是型砂的加速及初步緊實運(yùn)動階段，但所達(dá)到的速度和初緊實度都不高(速度約o.5～1.O m／s)． ②當(dāng)型砂頂部碰到壓板時，型砂的運(yùn)動受阻，發(fā)生碰撞，先是最頂上一層型砂，接著是它下面一層，這樣碰撞一層層由上向下將型砂緊實，頂上部分受沖擊力最大，所得的緊實度也最高，砂層高度向下，則緊實度也較低．⑧在上述型砂沖擊緊實未了

17、，砂箱、模板等尚具有較大的速度，因而緊跟著向砂型沖擊，這一沖擊力比較大，可以提高模板附近砂層的緊實度。,④如果壓實機(jī)構(gòu)的壓實力很大時，這一壓實力也可能將砂型進(jìn)一步壓實，但這只當(dāng)壓實壓力很高，或在沖擊緊實階段(階段②或⑧)的沖擊力都不大時才有可能． 這樣壓實所得的砂型內(nèi)緊實度分布曲線大致如圖1—6，呈上高下低，這是砂粒流由下向上沖擊作用的結(jié)果．在砂型底部模板附近，緊實度又有所提高，這是階段⑧模板沖擊的結(jié)果。,二、寓砂箱及高模樣對壓

18、實砂型的影響 l. 砂箱高度的影響 砂箱增高時，由于箱壁上摩擦阻力的增加，在砂箱下部，壓實應(yīng)力逐漸減小，型砂緊實度也逐漸降低．圖l—7是砂箱的內(nèi)尺寸為lOOmmXlOOmm，砂箱高度不同時，壓實后砂型中心的緊實分布情況．,當(dāng)H＝120mm(砂箱內(nèi)尺寸為lOOXlOOzmrn)時，砂型上下緊實度基本上是均勻的(圖中曲線3)．當(dāng)H＝250mm時，只有離壓板lOOmm左右高度上緊實度是均勻的，再以下，緊實度迅速降低。若H＝40

19、0mm，則曲線分成三段，寓壓板lOOmm處緊實度尚高；再以下則緊實度直線下降，而在近模板一段，緊實度很低，型砂基本上沒有得到緊實。 2．高模樣對緊實度分布的影響 以上所述是砂箱中沒有模樣或模樣很矮時的情況，若砂箱內(nèi)模樣較高，情況更為復(fù)雜。如圖1—8，其模樣深凹處底部的點如1、2、3上的型砂就不容易得到緊實，這是因為除了型砂內(nèi)部的阻力以及型砂與砂箱間的摩擦阻力外，還有模樣與型砂間的摩擦力在起阻礙緊實的作用．,(1)深凹比

20、 深凹處型砂的緊實同砂型壓實一樣，只是模樣壁上的摩擦力代替了砂箱壁上的摩擦力．深凹處的高與寬之比對這里型砂的緊實有影響，其影響程度可用深凹比A表示 深凹比A越大，則深凹處底部型砂的緊實越不容易。根據(jù)試驗，對于粘土砂壓實， 小于o.8時，深凹處尚容易緊實；若 >o．8時，則深凹處底部的緊實度就難于得到保證．,(2)壓縮比 如圖l—9，若把砂型分成模樣頂上和模樣四周兩個部分，假定在壓實過程中，無側(cè)向移

21、動，各自獨(dú)立受壓，則： 對于模樣四周有 對于模樣頂上，有得式中 ——砂箱、輔助框和模樣的高度； ——壓實前型砂的緊實度以及壓實后模樣四周及模樣頂上的型砂平均緊實度,上兩式中的 及 可以視為砂柱的壓縮比，在h相同的情況下，模樣頂上型砂的壓縮比大， 增長很快，對壓實的阻力迅速增長．尤其在m大時，壓實的作用力主要通過高緊實度的

22、 區(qū)傳到模樣頂上而被抵消掉．這時 有可能還很低．,(3)模樣頂上的型砂向四周填充的可能性 以上分析中假定模樣頂上和四周的砂柱獨(dú)立受壓，彼此沒有聯(lián)系。實際上，壓實過程中也確會有一些模樣頂面砂柱的型砂向四周流動，填入四周深凹處，使四周的型砂量增加，使 與 ，的差值減小。但試驗表明，除了用油脂作粘結(jié)劑及流態(tài)砂等濕強(qiáng)度很低的型砂外，一般的粘土砂在壓實過程中并沒有顯著的橫向流動，不能過高地估計這種流動對緊實度均勻化的作用．

23、 模樣頂上砂柱受壓變形可見圖1—10．壓實前，用不同蘑色型砂分格填砂，每一方格原先呈正方形。圖中是用1000kPa的比壓壓實后方格變形情況．可見；在模樣的轉(zhuǎn)角上，有一部分型砂，滑過模祥轉(zhuǎn)角，被擠入模樣四周區(qū)域中，模樣頂上砂柱的下部，向外稍稍突出，但總的說來，突出量并不大，而且在砂柱上部e處，因受拱形高緊實區(qū)向中心力的作用，砂柱甚至向中心方向擠進(jìn)．,(4)模樣頂上砂柱的高寬比 模樣頂上的型砂在壓實過程中，能否向四周移動使緊實均

24、勻化，模樣頂上砂柱的高寬比有相當(dāng)大的影響．當(dāng) 值很小時，模樣頂上的砂柱就會象圖1-11中的扁平砂柱一樣，由于砂粒間互相嚙合，無論多大的壓力，只能把砂粒壓碎，卻不能使型砂象粘土漿團(tuán)那樣從四周擠出來。所以若 值較小，例如o．3～o．7時，模樣頂上砂柱被過度緊實，壓實力主要通過這一砂柱傳到模樣上；模樣四周區(qū)域中緊實度很低．若 ≥1～1. 25時，模樣頂上砂柱很容易變形，受擠滑出，補(bǔ)充到模樣四周深凹處的砂量就比較大，有利

25、于緊實度分布均勻化．,(5)壓實比壓 壓實比壓對壓實過程有很大的影響，除了可以提高緊實度之外，還可使砂型內(nèi)緊實度分布更均勻．圖1—12是一組不同比壓對砂型內(nèi)緊實度分布影響的曲線，其砂箱內(nèi)尺寸為lOOmm~lOOmm，初始高度為400mm。由圖可見：壓實比壓提高時，靠近模板一面的緊實度逐漸提高．若比壓提高到700kPa時，即使砂型的深凹比 為3.2，砂型中心緊實度仍能基本上達(dá)到均勻。 提高比壓還可以使深凹部和砂型側(cè)壁的緊實

26、度提高．圖1—12是一組試驗結(jié)果，比壓較低時，雖然模樣頂上A點的砂型硬度已在85以上，但是模樣側(cè)面B點及深凹處底部C點的砂型硬度仍然很低．如將比壓增加至800kPa以上，月點和c點的硬度就可以達(dá)到80左右，能夠滿足工藝要求．,過去有人認(rèn)為；壓實比壓達(dá)到300~400kPa時，再提高比壓，對緊實度提高的作用不大。 從圖1—2的緊實曲線看來也似乎是這樣，所以一般的壓實造型機(jī)和震壓造型機(jī)所用的比壓都在300~400kPa左右，但是后來

27、的實踐證明，提高比壓，提高了砂型緊實度，減小澆注時的型壁移動，從而可提高幬件的尺寸精確度和表面的光潔程度。尺寸精確度可達(dá)5～7級，表面粗糙度可降低至12.5~25 。另外，由于砂型緊實度高，強(qiáng)度大，砂型受震動或沖擊而塌落的危險性小，可以減少鑄型缺陷，所以50年代以來，高壓造型逐漸發(fā)展，特別是大批和大量生產(chǎn)的椅造車間，紛紛采用高壓造型。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，高壓造型已基本取代了一般壓實造型．,但是高壓造型的比壓也不能過高。過高比壓，除了能

28、引起砂型回彈，影響起模及鑄型精度之外，還可能使型砂的透氣性降低，鑄件容易產(chǎn)生氣孔，夾砂等缺陷．所以，盡管一度有的采用5000kPa以上的高比壓，但目前常用的壓實比壓為700~900kPa,而將一般比壓為300～400kPa的壓實稱作低壓壓實。三、使壓實實砂緊實度均勻化的方法 高壓造型雖然在一定程度上能使緊實度均勻化，然而對于較復(fù)雜的模樣還是不能獲得滿意的結(jié)果．現(xiàn)在很多造型機(jī)針對壓實的缺點，采取了不同措施使緊實度均勻化，擴(kuò)大壓實

29、的應(yīng)用范圍．下面把這些方法按原理的不同加以介紹和分析． 1．減小壓縮比的差別 高模樣引起壓縮比的差別是緊實度不均勻的一個主要原因，所以很多造型機(jī)就設(shè)法盡量減小壓縮比的差別，使緊實度均勻化．,(1)應(yīng)用成形壓板 成形壓板是按照模樣形狀而變化(圖1—14)，相應(yīng)于模樣高度m處，壓板的深度為n。為使整個砂型的壓縮比相同，則有可使壓實后砂型的緊實度基本均勻．實際上壓板形狀變化不一定需要嚴(yán)格按式(1—5)與模樣相似，象圖l—

30、14的情況，若壓板完全與模板對應(yīng)，則壓板上的B點與模樣上的A點，壓實后距離太近，反而不利于實砂?？紤]到型砂在壓實過程中，有一定程度塑性流動，所以壓板與模板只要大概近似，避免模樣上某些高點的砂柱頂住壓板，保證探凹部有足夠的緊實度就可以。 現(xiàn)在很多工廠在平壓板的邊上作出凸棱，這種帶凸棱的壓板也是一種成形壓板(圖l—15)，它的作用在于提高砂型四周靠近砂箱壁部分的緊實度，避免這些部位緊實度過低。,（2）應(yīng)用多觸頭壓頭 整塊的平壓板不

31、能適應(yīng)模樣上不同的壓縮比，所以將它分成許多,小壓板，稱做多觸頭壓頭(圖l—16)．每個小壓頭的后面是一個液壓缸，液壓缸的油路是互相連通的．因此在壓砂型時，每個小壓頭的壓力大致相等，這樣即使對應(yīng)于模樣高點的一些壓頭被頂住，也不妨礙其他壓頭繕續(xù)下壓。所以壓實時，各個觸頭能隨著模樣的高低．壓入不同的深度，使砂型各部分的壓縮比均勻化。 因面對于比較復(fù)雜的模樣，多觸頭壓頭一次壓實可以得到緊實度大體均勻的砂型，但是如果砂型上有寬度小于觸頭的

32、深凹處，觸頭并不能壓入，多觸頭井不能健這些地方得到充分的緊實。 多觸頭壓實后，各個小觸頭恢復(fù)至圖a的位置．,也可以在對某一種模板進(jìn)行第一次壓實時，把各個小觸頭設(shè)法鎖住至如圖b的位置，使其壓砂面在不同的高度上保持其相互位置，于是小觸頭就組成了一個成形壓頭，可以用來壓實以后的砂型． 多觸頭壓頭能自行調(diào)整砂型各部分的實砂壓力，不需要為每一種模板設(shè)計和制造專用成形壓板，用于成批生產(chǎn)比較合適．多觸頭高壓造型機(jī)是目前自動化鑄造車間中

33、應(yīng)用得較多的造型機(jī)．但是多觸頭壓頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，使它的應(yīng)用受到一定的限制． (3)壓膜造型 壓膜造型是用一塊彈性的橡皮膜作壓頭，壓縮空氣作用于橡皮膜的內(nèi)部，耐型砂進(jìn)行壓實(圖l—17)，這種橡皮膜可以槐作能自動適應(yīng)模樣形狀的成形壓頭，使各處的實砂力量相等，從而使緊實度均勻化。其主要缺點是橡皮膜容易損壞，砂箱上不能設(shè)置箱帶。,2．模板加壓與對壓法 從壓實砂型緊實度分布，可見靠近壓板處緊實度高而均勻，而在模板處緊實度

34、比較低．如果在壓實時，壓板不動，使模板向砂箱壓入，這樣在模板附近，亦即分型面上得到高而均勻的緊實度．這種方法叫做模板加壓法，而把原來的方法叫做壓板加壓法(圖1—18)。這個方法由于要使模板相對于砂箱移動，又要使移動后的模板平面與砂箱底面相平，因而機(jī)器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如果把壓板加壓和模板加壓結(jié)合起來，從砂型的兩面加壓，得到的砂型兩面緊實度都較高，這種方法叫做對壓法(圖1—19)，圖a是垂直分型的對壓法，b、c是水平分型的對壓法．如果在對壓

35、時，分別控制壓板和模板的加壓距離，或先壓板加壓，后模板加壓，或使模樣作一定的退縮運(yùn)動，以期達(dá)到所需的緊實度分布，這些加壓方法統(tǒng)稱差動加壓法。,3．提高壓前的型砂緊實度 如果型砂在壓實前緊實度較大一些，則壓實后的砂型緊實度也均勻一些，因為這時壓板所需行程小，相應(yīng)地模樣頂上和四周砂柱壓縮比的差別也較小。,圖1—19 對壓法 由圖1—2型砂的緊實特性可見：在比壓大時， 的變化不很大，所以 增大時，能使( 一

36、 )亦即使高緊實度與低緊實度之間的差值減小，或緊實度分布比較均勻。 (1)控制型砂緊實率 通常緊實事小的型砂，松態(tài)時，砂?；ハ喽逊e比較緊密，緊實度比較大，所以控制型砂緊實事，采用緊實事比較小的型砂，就可以提高型砂的壓前緊實度。因此，高壓造型通常規(guī)定型砂的緊實事應(yīng)在40%一45%之間．對于一些探凹部較深，難于造型的模樣，有的甚至規(guī)定更低的緊實事，例如35％一38%，其目的在于獲得緊實比較均勻的砂型。但型砂的緊實率也不宜過低，

37、因為緊實率低的型砂，塑性比較差，砂型表面容易脫落，所以高壓造型用砂的粘土含量通常比較高，以補(bǔ)償塑性下降．當(dāng)然，這種方法只能在一定程度上使實砂均勻化．,(2)提高填砂緊實度 提高填砂緊實度就是提高了壓前緊實度，可以使實砂均勻。提高填砂緊實度的一些方法將在第七節(jié)中介紹． (3)復(fù)合實砂或壓前將砂預(yù)緊實 這方法就是在壓實前，先用別的實砂方法將型砂頂緊實，提高壓前緊實度，使實砂均勻化，很多造型機(jī)采用復(fù)合實砂法。例如：射壓造型機(jī)，先射

38、后壓．單用射砂，緊實度不夠高，射后加壓，可以使實砂均勻，緊實度高．又如微震加壓，也是一種復(fù)合實砂方法．,4．多次加壓與順序加壓 應(yīng)用多觸頭壓頭、進(jìn)行順序加壓，是一種多次加壓達(dá)到向深凹處補(bǔ)充填砂，使實砂均勻化的方法(圖1-20)。各個小觸頭不是一齊動作，而是按照模樣的形狀，按一定的順序動作．如圖a，先特兩邊的壓頭下壓后上提，然后中間觸頭逐次動作，可以將模樣頂上的砂團(tuán)壓散，型砂向四邊深凹部補(bǔ)充，然后一次整體加壓，可以得到較好的緊實效

39、果。圖b中，先用一個王頭壓向深凹部，然后其他壓頭動作，深凹處的型砂可以得到補(bǔ)充，使緊實均勻化。 這種順序加壓法用主動式多觸頭，動作程序控制容易實現(xiàn)。雖然壓實時間稍長一些，但電于復(fù)雜的模樣，可以得到較好的效果。 四、其他壓實實砂方法 壓實除了用壓板或壓頭之外，還可以有其他很多方式，圖1—21列出了其中幾種。,圖a為擠壓法，擠壓桿l作往復(fù)移動，后退時芯砂填入；向前時，擠壓桿將芯砂從?？?擠出，成為長條狀的砂芯3。砂芯

40、的斷面可以是圓的、方的或其他形狀．砂芯在槽上切成所需的長度。對于一些條狀的砂芯，例如拖拉機(jī)履帶板上的銷孔砂芯，就可以用這種方法制造，相宜的造芯機(jī)叫做擠芯機(jī)。 圖b為滾壓法，大的圓圈狀砂型，例如圓的鋼錠模外型，可以用這種方法。,圓砂箱2放在滾輪4上慢慢地旋轉(zhuǎn)，中間用一壓輥3，一面填砂，一面壓實成圓形的砂型1，達(dá)到所需的內(nèi)徑及砂型硬度。 ， 圖c為氣鼓法，在芯盒l(wèi)里面是一個橡皮做的囊筒2。芯盒填砂并卡緊后，把壓縮空氣經(jīng)管3

41、通入橡皮囊筒之中，使它膨脹而將芯盒中芯砂緊實。這種方法可用來造電機(jī)殼鑄件的型芯，造出中空的砂芯。 圖d是葉片壓實法，砂斗1中有幾個轉(zhuǎn)軸2，上有螺旋狀葉片，將型砂壓入砂箱4，使型砂緊實。當(dāng)緊實度達(dá)到預(yù)定值時，葉片停止旋轉(zhuǎn)，這種方法用于小砂型造型。第三節(jié) 震擊及微震實砂 一、震擊實砂 1．震擊過程及所得砂型的緊實度分布 震擊實砂是將型砂填入砂箱，然后工作臺將砂箱連同型砂舉升到一定高度，并讓其自由下落，工作臺與

42、機(jī)體發(fā)生撞擊。撞擊時，型砂的下落速度變成很大的沖擊力，作用在下面的砂層上，使型砂層層得到緊實(圖l—22)。震擊若干次后，砂型可以達(dá)到很大的緊實度。,震擊過程中，砂箱下層的型砂受到上面各層型砂的作用，受的沖擊大，因而緊實度大。上層砂層所受的沖擊力逐漸隨高度向上而變小，所以其緊實度也隨高度增高而減小。至于最上層砂，由于沒有上面型砂對它加力，所以仍呈疏松狀態(tài)。圖1—23是震擊實砂所得緊實度分布曲線的一個例子。由于震擊主要借型砂的沖力緊實，所

43、以模樣形狀對緊實度分布的影響不大，面且越是靠近模板處的砂型深凹部，受的沖力越高，因而緊實度也越高，這是震擊實砂的一個突出的優(yōu)點。 2．補(bǔ)充壓實方法 ； 由圖1—23可見，震擊實砂后，砂箱頂部的型砂沒有得到充分緊實，緊實度很低，砂箱翻轉(zhuǎn)移動時，松散砂就可能掉出來，所以震擊實砂后，砂箱頂部還必須加以補(bǔ)充緊實。常見的補(bǔ)充緊實方法有以下三種：,(1)用手工或風(fēng)沖于緊實 該方法勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，多用于制造中大型鑄件．(

44、2)動力補(bǔ)充緊實 即在砂型上面另外加上重量，隨著型砂一起震擊，使上層型砂得到緊實．通常是在填砂時，多填一層型砂，震擊后將上面緊實度較低的一層型砂刮去‘也可以在砂層上加一塊鐵板，隨同震擊，隨震物的沖力將砂型頂部的型砂緊實。隨震物也可以是裝砂的布袋，震擊時，砂布袋在一定的程度上能按模樣的高低變化形狀，猶如成形壓板一樣，補(bǔ)充緊實的效果比硬塊的鐵板為好．動力補(bǔ)充緊實的方法，主要用于制造中大型鑄件． (3)補(bǔ)充加壓法 這是在震擊之后再用壓實

45、方法使砂箱頂部的型砂也得到充分的緊實，具有足夠的緊實度．這種補(bǔ)充加壓法主要用于中小砂型。 只有震擊機(jī)構(gòu)的造型機(jī)，叫做震擊造型機(jī)．這類造型機(jī)采用(1)或(2)法補(bǔ)充緊實．采用(3)法補(bǔ)充緊實的造型機(jī)，除了震擊機(jī)構(gòu)之外，還有壓實機(jī)構(gòu)，叫做震壓造型機(jī)，震壓造型機(jī)用于制造中小型鑄件，其砂型內(nèi)尺寸一般不大于1000mmXl000mm．,3.震擊實砂的應(yīng)用 震擊實砂方法所得的砂型緊實度分布，與壓實實砂法相反，以靠近模板一面為最高，這

46、對于砂型抵抗僥注時金屬液體的壓力比較有利。特別在砂箱高時，型面的硬度也較高，而且型內(nèi)緊實度分布比較合理，不受模樣的影響，砂型深凹部都能得到較好的緊實，所以以前高的砂型大都采用震擊方法實砂，特別是模樣較高或比較復(fù)雜的砂型，更是廣泛采用震擊實砂法或震壓實砂法．目前，仍有不少鑄造車間應(yīng)用震擊及震壓造型機(jī)。 然而，震擊造型需要多次撞擊，噪聲大，生產(chǎn)率低，特別是震擊力直接傳到機(jī)器的基礎(chǔ)上，震動很大，有時甚至引起廠房與其他設(shè)備的震動，妨礙附

47、近其他設(shè)備的工作。所以近年來，人們都設(shè)法采用其他生產(chǎn)率高、工作更平穩(wěn)的實砂方法，震擊實砂處于被淘汰的地位，應(yīng)用范圍日趨縮小。,二、微震實砂 1．微震 為了減少震擊時巨大的震擊力對地基的影響，在震擊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上采取一些減震措施，圖1—24是兩種減震機(jī)構(gòu)的原理。圖b中，所有的震擊機(jī)構(gòu)及有關(guān)壓實缸都被托在下面的彈簧上． 在震擊氣缸進(jìn)氣時，震擊活塞上升，而氣缸體則受缸內(nèi)氣壓的作用，壓著彈簧向下運(yùn)動。氣缸排氣時，震擊工作臺由慣

48、性上升一段距離后下落，與此同時，氣缸4因下降一段距離后受彈簧的推力而上升，下落的工作臺與向上運(yùn)動的氣缸在一定的位置相遇，發(fā)生撞擊，這一撞擊，是由兩個運(yùn)動著的物體之間互相碰撞產(chǎn)生，震擊效果很大，但傳到地基上的力較小，消震效果很好。這種震動，振幅小而頻率高，因而叫做微震．圖1—24b中托住氣缸的是一個彈簧，叫做彈簧墊微震機(jī)構(gòu)．圖1—24a中，彈簧墊的作用由一氣缸4代替，稱作氣墊微震機(jī)構(gòu)．,2．微震實砂 將型砂及砂箱置于上述

49、微震機(jī)構(gòu)的工作臺上，開動微震機(jī)構(gòu)，使工作臺下的氣缸體上下作震擊運(yùn)動．每次震擊，氣缸體(也叫做震快)，從下面打擊工作臺下的撞擊面一次，使工作臺產(chǎn)生振幅較小而頻率很高的微震，使型砂緊實．這種微震實砂，與震擊實砂相比，對地基的震動減?。?微震的實砂作用與震擊相仿，其所得的緊實度分布曲線也與震擊的相似(見圖1-26中的曲線1)，靠近模板處緊實度高，砂型頂部較低． 1壓震 將微震機(jī)構(gòu)加上壓實機(jī)構(gòu)(見圖1—25)在對型砂進(jìn)行

50、壓實緊實時，加上微震作用，即所謂壓震實砂．壓震緊實時，壓實氣缸l先將震擊活塞、工作臺、砂箱及輔助框等舉起，以一定的比壓壓在壓板?的下面基本不動．震擊氣缸5進(jìn)氣時，使震鐵4上下震動．震鐵4每上下一次，打擊工作臺下面的撞擊面一次。不斷撞擊，形成微震。這時，加在砂型中的緊實力，除了原來壓實缸施加的靜壓力之外，還形成動的緊實力，加強(qiáng)了緊實的效果．,把微震和壓實結(jié)合起來，可以有四種實砂方法； 1)單是微震； 2)預(yù)震加壓實，

51、 3)單是壓震； 4)先預(yù)震，后壓震． 4．微震的實砂效果 圖1—26是這四種緊實方法所得的砂型內(nèi)的緊實度分布情況，可見震后加壓不如壓震，而圖1—25 壓震時的狀況,以預(yù)震加壓震所得緊實度分布為最好． 用同樣比壓壓實，加微震所得緊實度比不加微震為高，圖l-27中，同樣達(dá)到砂型表面硬度93單位，單純壓實需加比壓為1050kPa，而若同時加上微震，只需700kPa就可以達(dá)到． 微震能使壓實效果提高

52、的原因，一般認(rèn)為有以下二點： (1)動壓實力的效果 壓震時，作用在型砂上的力量有二種；一是靜的壓實力，就是壓頭的比壓；另一種是震鐵打擊時，在型砂上作用的一個瞬時很高的沖擊力，稱做動壓實力．圖1-28是壓震時在機(jī)器上測得的壓實力變化曲線，曲線中向上尖蜂突起的是動壓實力，可見比靜壓實力大好幾倍，瞬時的高壓實力產(chǎn)生高緊實效果。 (2)微震能減小型砂緊實過程中的內(nèi)、外摩擦力，使緊實度分布均勻化 微震時，由于壓實力不斷地大小變

53、化，使砂?？赡芑ハ噱e位，提高了實砂效果．圖l—29表示微震使緊實度均勻的情況。不加微震、單純壓實時，砂型的邊角上，特別在靠近底板處緊實度十分低，但,在加了微震后，邊角處的緊實度可以達(dá)到工藝要求． 模樣較高時，微震能使模樣頂上的砂?；ハ噱e位，補(bǔ)向四周深凹處，因而能提高緊實度分布的均勻性． 有人用微震及低壓壓實(比壓為200kPa)進(jìn)行試驗，如果以探凹處底部的硬度達(dá)到65為準(zhǔn)，用先微震后補(bǔ)壓的方法，允許的深凹比A可加大至1．

54、6；壓震時可達(dá)1．4，用預(yù)震加壓震時，允許4值可達(dá)2.o．模樣頂上砂柱的允許高寬比B值也可降低，用微震后壓實方法時，其B值最小值為o．85；用壓震法時為o．72，而預(yù)震加壓震時為o．55． 實踐證明；用微震加壓方法造高度在300mm以下的各種砂型，一般皆可取得較好的工藝效果。但是氣動微震的氣缸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，噪聲比較大，而且震動需延續(xù)一定時間，緊實所需時間長，因而生產(chǎn)率低．目前有被射砂及其他氣流緊實方法取代的趨勢。,第四節(jié) 射砂

55、法實砂 一、射砂過程 1．射砂方法 射砂法是將芯砂(或型砂)填入射砂筒2(見圖1—30)中，將芯盒壓緊在射砂頭3之下，然后開啟快速進(jìn)氣閥，壓縮空氣從貯氣包快速進(jìn)入射砂筒2，射砂筒2內(nèi)氣壓急劇提高，壓縮空氣穿過砂層，推動砂粒，將砂粒夾在氣流之中，通過射孔4射入芯盒5，將芯盒填滿，同時在氣壓的作用下，將砂緊實． 2．射砂過程的三個階段 射砂過程很快，在小型射砂機(jī)上從射砂開始，壓縮空氣進(jìn)入射砂筒到芯盒填

56、滿，僅約需 o．3一o．5s左右．圖l—31是一組測量所得的射砂過程中貯氣罐和射砂筒內(nèi)的氣壓變化曲線．由曲線2可見：進(jìn)氣閥打開后，射砂筒內(nèi)氣壓急劇上升，同時貯氣罐氣壓下降，射砂筒內(nèi)的氣壓很快達(dá)到最高點，射砂過程很快，在射砂筒中氣壓 達(dá)到最高點前后，已基本射完，芯盒已經(jīng)填滿。,射砂過程大致可以分成以下幾個階段； (1)射前期 快速進(jìn)氣閥打開后，射砂筒內(nèi)氣壓上升的最初階段，型砂尚不能射出，到了氣壓提高到一定程度，型砂才能從射

57、孔射出．射前期的時間很短，大約為o，008～ o．011s左右，射砂開始時，筒內(nèi)氣壓約為50kPa． (2)自由射砂階段 砂粒由氣流推動，由射孔射出填入芯盒。這一階段的特點是砂粒是以氣砂流形式穿過空間填入芯盒，自由射砂階段時間不長，約為o．3～o．5s，近80％～ 90％的芯(型)砂在這一階段填入芯盒． (3)壓砂團(tuán)緊實階段 芯盒基本射滿后，自由射砂階段結(jié)束，但芯砂進(jìn)入芯盒的運(yùn)動井未停止，在射砂頭內(nèi)氣壓與芯盒上部氣壓

58、差的推動下，芯砂繼續(xù)向芯盒填充，射孔中原來是稀疏的氣砂流，這時成為砂團(tuán)互相推壓的密集流．這一部分后推入的型砂稱做壓砂團(tuán)，它可使芯盒上部的型砂緊實度繼續(xù)提高(圖1—32)．,3.砂粒自射孔射出 曾有人認(rèn)為：射砂是壓縮空氣以爆發(fā)狀將砂粒從射孔中彈射出來的，或是整個地推出來的．還有人認(rèn)為：砂粒與空氣先在射砂筒中攪和在一起，然后由射孔噴射出來．經(jīng)過后來的研究認(rèn)為：砂粒是由壓縮空氣高速穿過砂粒間的空隙形成的滲透壓推出來的． 高速

59、的氣流繞著砂粒流動，對砂粒形成推力，如果氣流穿過一定的砂層流動，則形成滲透推壓．砂層中氣壓差越大，或氣壓梯度 ( p 為氣壓，n 為流動方向的距離)越陡，則高壓空氣的滲透流動的速度也越大，產(chǎn)生的滲透壓力相應(yīng)地也越大．這種因氣體作滲流而在砂層中產(chǎn)生的壓力可稱為滲透壓力．如果這一壓力超過了砂粒與其鄰近砂粒的粘結(jié)力，就會與它們分離，隨著氣流射出．射出的砂?？梢允菃晤w粒的，也可以是成團(tuán)的砂團(tuán)，見圖1—33。,射孔附近的砂粒被吹走后，這里的氣

60、壓立即降低，它上面區(qū)域中的氣壓梯度立即變大，這里的砂粒隨即也被氣流吹走，這樣射孔附近的砂逐漸被吹走，形成空穴。在正常的情況下，空穴立即被附近的砂粒補(bǔ)充．射孔附近這樣一個砂粒不斷被吹走，不斷得到補(bǔ)充的區(qū)域叫做流化區(qū)，見圖1—34c中的陰影部分。通常射砂能夠順利進(jìn)行，直到芯盒射滿。 但在有的情況下，或者由于型砂的粘結(jié)力過大，或是由于射砂氣壓太小，或是由于射孔過小等原因，均使射砂筒內(nèi)滲透流動遭度過低，造成型砂在筒內(nèi)某一高度處棚?。谝?/p>

61、般情況下，這一搭棚能夠自動垮解，但使射砂流發(fā)生波動，形成射砂疏密流，進(jìn)而影響下面芯盒中的射砂過程。如果搭棚嚴(yán)重不能自行垮解，則流化區(qū)將一直發(fā)展到射芯筒中砂層的頂部，形成一個穿孔。穿孔形成后，射砂筒頂部的高壓空氣直接與芯盒相通，產(chǎn)生空吹現(xiàn)象，射砂停止(圖1—35)，此時如果芯盤與射頭接觸處不嚴(yán)密，往往產(chǎn)生噴砂現(xiàn)象。,射砂筒的進(jìn)氣方式有兩種廠種是高壓空氣直接從射砂筒的頂上進(jìn)入，叫做頂上進(jìn)氣(圖l—34a)．為了改善射砂時射砂臂內(nèi)的氣壓分布，

62、絕大多數(shù)射芯機(jī)的射砂筒的筒壁上開有豎的及橫的縫隙，縫隙的寬度為o．3一o．5mm(豎縫)及o.6～0.8mm(橫縫)。這些縫隙只讓空氣透過，砂粒不能通過，空氣除了從頂上進(jìn)入射砂筒外，還可以穿過四周壁上的這些縫隙進(jìn)。這種進(jìn)氣方式稱做均勻進(jìn)氣方式。有人用計算機(jī)算出不同進(jìn)氣方式時射砂筒內(nèi)的氣壓近似分布圖(圖1-34)，可見：均勻進(jìn)氣時．射砂筒本體內(nèi)氣壓梯度不大，氣壓梯度主要集中于射氣附近錐形射頭中，這既可以避免射砂筒的本體部分的型砂受氣壓梯

63、度作用而緊實，又加大了射孔附近的氣壓梯度，增強(qiáng)氣流的滲透，使砂順利射出．,另外，均勻進(jìn)氣時，射頭邊上的等壓線比中心部分密，其流化區(qū)比較分散(對比圖l—34的a與b)，而若頂上進(jìn)氣時，等壓線在射砂筒壁附近比較稀疏，中心線上比較密集，射砂時形成中心流化區(qū)．該中心流化區(qū)容易向上發(fā)展，產(chǎn)生穿孔、搭棚等現(xiàn)象．因此，絕大多數(shù)射芯機(jī)都采用均勻進(jìn)氣方式． 但是帶縫隙的射砂筒加工十分費(fèi)時，使用時要常加清刷，以免堵塞，所以如果芯砂的流動性好，濕強(qiáng)度

64、低，容易射出，也可以不要筒壁上的縫隙. 4．影響砂粒射出的一些因素 射砂要求砂粒能順利自射孔射出，氣砂流密度大，無明顯狡動。很多因素影響射砂射出 的過程，主要有以下幾種；,(1)射砂氣壓及氣壓梯度 提高射砂的工作氣壓，能提高射砂筒內(nèi)的氣壓梯度，加強(qiáng)空氣的滲透，使砂粒能順利射出。因此．要求射砂開始后，射砂筒內(nèi)的氣壓升高要快一些，射砂時能維持筒內(nèi)的高氣壓，所以射芯機(jī)都要求用流通截面足夠大的快速進(jìn)氣閥門． 但

65、是射砂開始時，射砂筒內(nèi)氣壓升高速度也不可過高，因為在射砂開閥時，如果使射砂筒內(nèi)頂部氣壓升高速度過快，則突然升高的氣壓會將射砂筒內(nèi)的型砂緊實，情況正如氣沖緊實(見后文)法中特砂型緊實的作用一樣，只不過前者是將砂在射砂筒中緊實，后者是將砂在砂箱中緊實，而射砂筒中芯砂緊實后，強(qiáng)度提高，更不利于砂粒射出．,(2)型砂性能與射砂筒中型砂的緊實 松散、容易流動的芯砂，如怕砂、樹脂砂等，砂粒相互間粘結(jié)力不大，易于射出，而且流動性好，流化區(qū)能得到很好

66、的補(bǔ)充，所以射砂時不易產(chǎn)生搭棚及穿孔等現(xiàn)象．粘土砂及其他流動性差、濕強(qiáng)度高的型砂，砂粒間粘結(jié)力大，不易射出，而且在反復(fù)多次吹射的過程中，可能受到射砂筒內(nèi)氣壓梯度的緊實，使砂粒間相互的粘結(jié)力增大，砂粒間孔隙率減小．其結(jié)果，對空氣滲透的阻力加大，在相同的工作氣壓條件下，滲透氣流速度小，因而使砂粒的射出力量減?。瑫r，由于流動性差，對流化區(qū)補(bǔ)充發(fā)生困難，射砂就會產(chǎn)生障礙，甚至形成穿孔、搭棚以至空吹等現(xiàn)象．,(3)錐形射頭與射孔大小 射芯機(jī)的

67、射頭大都做成錐盆形，目的在于使射砂筒的氣流向射頭集中，在射孔處造成大的滲透流速，有利于砂粒的射出，也使氣壓梯度逐漸向射孔增大，有利于型砂向流化區(qū)補(bǔ)充，同時使射砂筒本體內(nèi)氣流的滲透流速減小，降低型砂在射砂筒內(nèi)受緊實的程度。 射孔不能過小，小的射孔孔壁對砂粒的射出阻力相對較大，有可能造成射砂筒內(nèi)滲透氣流速度過低、產(chǎn)生射砂波動現(xiàn)象．射孔足夠大，則有利于射砂，一般可取射孔截面積為射砂筒截面積的O．2～O．5．,二、射砂時砂粒在芯盒中的緊

68、實 以上介紹了砂粒從射砂筒射出的過程，以下分析一下砂粒在芯盒(或砂箱)中緊實的情況。 1．芯盒的排氣方式 氣砂流射入芯盒，芯砂在芯盒中緊實，同時，氣體必須排出，使芯盒在射砂過程中保持低氣壓，有利于砂粒的射出．排氣方式有兩種：上排氣與下排氣，見圖1—36。 上排氣法排氣孔開在射砂頭上，射孔出來的氣砂流向下面芯盒射出砂流后由上面排氣孔排出。下排氣法的排氣孔設(shè)在芯盒下部，或芯盒支叉部分的末端，射砂時，空氣透過砂

69、層從排氣孔排出，也可以在芯盒的上部和下部都開排氣孔，綜合排氣。,上排氣法在射砂的大部分時間中，射孔直接與大氣相通，保持射砂筒與射孔之間有較大的氣壓差，有利于砂的射出．同時，射出的氣砂流在較低的周圍氣壓中，可以進(jìn)一步加速，更多地利用氣砂流的動能使芯砂緊實．上排氣法的捧氣塞開在射頭上，因之，芯盒不必開拌氣孔，結(jié)構(gòu)比較簡單，所以用得較多． 下排氣法保持芯盒下部與大氣相通，可以更好地利用氣壓差，使芯盒下部的芯砂得到緊實．不少芯盒，特別是