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砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得,铸型制造简便,对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应,长期以来,一直是铸造生产中的基本工艺。
制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的砂型和型芯具有一定的强度,在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏,一般要在铸造中加入型砂粘结剂,将松散的砂粒粘结起来成为型砂。自硬法主要用于造型,但也用于制造较大的型芯或生产批量不大的型芯。应用广的型砂粘结剂是粘土,也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。
砂型铸造是铸造工艺中的一种,砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得,铸型制造简便,对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应,长期以来,一直是铸造生产中的基本工艺。采用铝合金制造金属型,在国外已引起注意,铝型表面可进行阳极氧化处理,而获得一层由Al2O3及Al2O3·H2O组成的氧化膜,其熔点和硬度都较高,而且耐热、耐磨。目前,国际上,在全部铸件生产中,60~70%的铸件是用砂型生产的,而且其中70%左右是用粘土砂型生产的。
主要原因在于:砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。所以像汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用粘土湿型砂工艺生产的。当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤,而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。铝铸件是指是采用铸造的加工方式而得到的纯铝或铝合金的设备器件。因砂型铸造具有以上的优势,所以,其在铸造产业中应用越来越广泛。未来,其将会在铸造业中扮演着越来越重要的角色。
熔模铸造又称失蜡铸造,包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模,然后蜡模上涂以泥浆,这就是泥模。泥模晾干后,再焙烧成陶模。一经焙烧,蜡模全部熔化流失,只剩陶模。当今广泛使用的铝合金压铸件,由于熔点较高,只能在冷室压铸机上生产。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入金属熔液,冷却后,所需的零件就制成了。
我国的失蜡法至迟起源于春秋时期。河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋时代的铜禁是迄今所知的早的失蜡法铸件。此铜禁四边及侧面均饰透雕云纹,四周有十二个立雕伏兽,体下共有十个立雕状的兽足。透雕纹饰繁复多变,外形华丽而庄重,反映出春秋中期我国的失蜡法已经比较成熟。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入金属熔液,冷却后,所需的零件就制成了。战国、秦汉以后,失蜡法更为流行,尤其是隋唐至明、清期间,铸造青铜器采用的多是失蜡法。
制造型壳用的材料可分为两种类型,一种是用来直接形成型壳的,如耐火材料、粘结剂等;另一类是为了获得的型壳,简化操作、改善工艺用的材料,如熔剂、硬化剂、表面活性剂等。
耐火材料
熔模铸造中所用的耐火材料主要为石英和刚玉,以及硅酸铝耐火材料,如耐火粘土、铝钒土、焦宝石等。有时也用锆英石、镁砂(MgO)等。[2]
粘结剂
在熔模铸造中用得普遍的粘结剂是硅酸胶体溶液(简称硅酸溶胶),如硅酸乙酯水解液、水玻璃和硅溶胶等。组成它们的物质主要为硅酸(H2SiO3)和溶剂,有时也有稳定剂,如硅溶胶中的NaOH。
硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯经水解后所得的硅酸溶胶模铸造中用得早、普遍的粘结剂;通常型砂是由原砂(山砂或河砂)、粘土和水按一定比例混合而成,其中粘土约为9%,水约为6%,其余为原砂。水玻璃壳型易变形、开裂,用它浇注的铸件尺寸精度和表面光洁度都较差。但在我国,当生产精度要求较的碳素钢铸件和熔点较低的有色合金铸件时,水玻璃仍被广泛应用于生产;硅溶胶的稳定性好,可长期存放,制型壳时不需专门的硬化剂,但硅溶胶对熔模的润湿稍差,型壳硬化过程是一个干燥过程,需时较长。
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