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传统铸造方法 Foundry Process (三)

2011-9-21 17:17| 发布者: editor04| 查看: 62953| 评论: 0

摘要: 八、模砂试验 为了 决定模砂是否适用,以及确认其是否维持一定水平的质量,模砂的试验有其必要性。 模砂的试验方法可分成化学与机械兩 种,但除了 为确定砂中是否含有不良 的元素外, ...
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八、模砂试验
     为了 决定模砂是否适用,以及确认其是否维持一定水平的质量,模砂的试验有其必要性。 模砂的试验方法可分成化学与机械兩 种,但除了 为确定砂中是否含有不良 的元素外,化学的方法甚少使用;也就是說 ,大多數 的试验均采用机械试验方式(已有适当仪器可用)。 模砂重要性质的试验方法有:
  • 透气性(Permeability)
  • 强度 (Strength)
  • 耐火性(Referactoriness)
  • 颗粒 大小及形狀 (Grain Size and Shape)

(一)砂模及砂心硬度试验

     硬度 是强度 、耐压性与透气性的综合表现,下图为一硬度 试验器,其原理 是将弹簧支撑的钢 球压入砂模中,由其压入的深浅表示砂的硬度 。

(二)细度试验

     细度 是模砂颗粒 平均大小的表示法。

     细度 试验是试验出各种不 同颗粒 大小的百分數 ,然后再依据统计原理 ,代入一定的公式计 算,求得细度數 值。其试验程序是使用以洗去黏土并烘干的砂,置于一组筛子的最上层,振动 15 分钟后,称量 各筛上所存留 砂量 ,并换成百分數 。其中,所用的筛子为美国国家标准局所定,共 十个,其筛号分别为 6、12、30、40、50、70、100、140、200 及 270 等;粗者在上,最细的270 号在最下面,其下为平盘,共同置于马达带动的振动器上。
例 :


(三)水份试验

     模砂中所含的水份具有湿润黏土,产生胶合力 ,增加砂强度 与可塑性等的功用。水份含量 的 试验程序为:

  • 将一定重量 的湿砂加以烘干,驱除所有水份。
  • 称量 干砂的重量 。
  • 取上兩 者的差,定出含水量 的百分數 。
(四)黏土含量试验

     黏土具有使砂粒 与砂粒 间产生结合力 与增加砂模强度 等作用,含量不 足,损及强度 ,含量 过 多,却又损及透气性。黏土含量 的试验操作程序为:

  • 将含定量 苛性苏打(Caustic Soda)的水溶液置于洗砂器内。
  • 以一定重量 的干模砂置入溶液中,搅拌至适当时间。
  • 以虹吸管将含泥 的水吸出。
  • 加水后再吸,數 次后,直到水中不 再含泥 砂为止。
  • 取出湿砂烘干。
  • 称取黏土损失的重量 并换算成百分比,即为黏土含量 的百分數 。

(五)透气性试验

     所谓透气性是指砂粒 与砂粒 间的空隙。透气性高者,表示颗粒 颇大,也可能表示间隙亦大, 也可能是捶实程度不 足;然而透气性太低,则可能使模中的气体无法逸 出,容易 造成铸造上的瑕 疵。
     透气性试验的原理 是以空气在一定压力 与时间下,通过模砂标准试样的体积來 表示。其中, 所谓标准试样系指试样的高度 、截面积、捶实程度 等三者皆合于标准者。下图为模砂透气性试验 仪器的构成原理 。


(六)强度试验
     强度 试验是用來 测试砂中胶合剂对砂的胶合能力 ,常見 的试验有压力 强度 与抗压强度 (用來 表现砂模对液体金 属压力 的抵抗能力 ),其次为抗拉 与抗剪强度 。下图为模砂强度 试验法的基本 理論 示意图。



     若 铸件的某一部份有凹穴或孔洞 ,如螺 孔等,则该处最好能在铸造时,在砂模上制成或装上 砂心,以阻止熔融的金 属流 入,并可以在事后节省 大量 的加工费用。
     砂心的形狀 与位置,必须与孔或穴的设计相符;其可以由模型本身所制成,也可以用其它的 方式來 制成。
(一)砂心的類别
     砂心可以分成湿砂心(Green sand core)与干砂心(Dry sand core)兩 种:
  • 湿砂心(图 A) 湿砂心是于制造砂模时,由模型及湿模砂同时制成,可以說 是砂模的一部份;这种作法可 以降 低模型的成本。
  • 干砂心(图 BCDEF)
干砂心是用模型分别來 制造,而后置于砂模中,此類 砂心大多是用干净的河砂混上黏结 剂,制成后在爐 中烘干以增加其强度 ,并在合模前装入模穴中;其中,制造砂心的模,称 为砂心盒(Core box)。这种作法将增加制模的费用,但却可以得到尺寸较为精 确的孔, 且因强度 较高,较不 致于被熔融的金 属冲垮。此外,在安装砂心的时候,必须要有适当的 支持与承托,其可以用铸件的模型來 达成,但对于大而形狀 薄者,则必须使用砂心撑,而砂心撑(Chaplets )使用与铸件相同的材料 ,以便 在金 属浇入时,能熔于铸件内,然而在使用上,仍以最少量 为宜,以免发生不易 熔化的情形。


图中,B 为兩 端承托的干砂心、C 为直立 式的干砂心、D 为平衡式的干砂心、E 为悬吊式 干砂心、F 为下落 式干砂心。

九、砂心 Sand Core
砂心可以定义为「任何凸出于砂模中的部份」。
(二)砂心的性质
砂心必须具有下列 性质:
  • 具有适当强度 支撑本身的重量 和承受熔融金 属的浮力 。
  • 具有优良 的透气性,以利 气体逸 出(气体系因高温金 属与结合剂接触而产生)。
  • 具有光平的表面。
  • 具耐热性。
(三)砂心胶合剂与混合剂

砂心所用的胶合剂以油质材料 为主,其中以亚麻仁油(Lineseed oil )为小型砂心制造中最 常采用,其与砂充份混合后,均匀散布在砂粒 表面,并在流 动中的空气中加热,使油质氧化而形 成一层硬质的膜,而所产生的膜即可使砂心有足够的强度 。除了 亚麻仁油外,其它常見 的胶合剂 有:

  • 水溶性的面粉、糊精 (Dextrin)与胶化淀粉(Gelatinized starch)。
  • 磨碎的沥青(Pitch)或松脂(Rosin)。
  • 热硬化塑料(如尿 素、酚甲醛):以静电气加热法烘烤,具有防潮性与燃烧性,结合强度甚高。
  • 夫喃甲醇(Furfuryl Alcohol):可不 必烘烤即可硬化,但为了 缩短时间,可先行 预热。
  • 碳酸钙:与硅砂混合后,吹入二氧化碳,不 需要烘烤,又称为 CO2 法。

(四)砂心的制造

砂心的制造方法有:
  • 用手工在砂心盒中捣实后脱離 。
  • 用刮板刮制。
  • 用砂膜制造机器。
  • 利 用气压式砂心吹制机(下图所示):压缩空气自上方吹入储砂箱,将储砂箱中的混合砂 经过吹砂板的眼孔吹入砂心盒中,其中,砂心盒的各面及吹砂板上皆有适当的孔,以便 让 空气逸 出;而通气孔具有通气与引导砂粒 在砂心盒中流 向的作用,另外,本法具有生产速 度 快、砂心质量优良 、均匀、透气性高等优点,是一种最为优良 的砂心制造法。


十、砂模制造设备

     利 用机械制模具有省 时、省力 与可使制作出來 的模质量优良 等优点。由于设计与操作方法不同,制模机械有不 同的型别,至于各型别的名称,大多以其捣砂的动作來 定之:




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