材料工程设备2012

材料工程设备《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富液态金属成型(形)主要设备固态金属成型(形)主要设备《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富主要参考书目：周家林主编.材料成型设备.冶金工业出版社,2008,4杨文杰,宋春梅主编.金属材料热加工设备.哈尔滨工业大学出版社,2007,8王卫卫主编.材料成形设备.机械工业出版社,2009,6夏巨谌主编.塑性成形工艺及设备.机械工业出版社,2005,9黄庆学主编.轧钢机械设计.冶金工业出版社,2007,6刘宝珩主编.轧钢机械设备.冶金工业出版社,1986,6《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富液态金属成型设备砂型铸造设备压铸设备连铸设备固态金属成型设备：轧制设备制管设备挤压设备拉拔设备锻压设备《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富Typicalgray-ironcastingsusedinautomobiles,includingtransmissionvalvebody(left)andhubrotorwithdisk-brakecylinder(front).Source:CourtesyofCentralFoundryDivisionofGeneralMotorsCorporation.Acasttransmissionhousing.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富静压造型生产线(汽车发动机气缸体铸造用)砂型铸造设备《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富美国亨特全自动无箱造型生产线《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富日本东久AMF-Ⅲ07造型生产线《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富Schematicillustrationofasandmold,showingvariousfeatures.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富StepsinSandCastingOutlineofproductionstepsinatypicalsand-castingoperation.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富SequenceofOperationsforSandCastingSchematicillustrationofthesequenceofoperationsforsandcasting.Source:SteelFounders'SocietyofAmerica.(a)Amechanicaldrawingofthepartisusedtogenerateadesignforthepattern.Considerationssuchaspartshrinkageanddraftmustbebuiltintothedrawing.(b-c)Patternshavebeenmountedonplatesequippedwithpinsforalignment.Notethepresenceofcoreprintsdesignedtoholdthecoreinplace.(d-e)Coreboxesproducecorehalves,whicharepastedtogether.Thecoreswillbeusedtoproducethehollowareaofthepartshownin(a).(f)Thecopehalfofthemoldisassembledbysecuringthecopepatternplatetotheflaskwithaligningpins,andattachinginsertstoformthesprueandrisers.(continued)《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富SequenceofOperationsforSandCasting(cont.)(g)Theflaskisrammedwithsandandtheplateandinsertsareremoved.(g)Thedraghalfisproducedinasimilarmanner,withthepatterninserted.Abottomboardisplacedbelowthedragandalignedwithpins.(i)Thepattern,flask,andbottomboardareinverted,andthepatterniswithdrawn,leavingtheappropriateimprint.(j)Thecoreissetinplacewithinthedragcavity.(k)Themoldisclosedbyplacingthecopeontopofthedragandbuoyantforcesintheliquid,whichmightliftthecope.(l)Afterthemetalsolidifies,thecastingisremovedfromthemold.(m)Thesprueandrisersarecutoffandrecycledandthecastingiscleaned,inspected,andheattreated(whennecessary).《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富造型、浇铸、落砂、清理.用运输机械将各环节联结成流水线.砂处理系统。环形布置的铸型生产线(各工位由铸型输送机连接)《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富SZ-60型连续式铸型输送机1-输送小车；2-传动装置；3-张紧装置；4-轨道系统；5-链轮；6-驱动链条；7-推块；8-导轮；9-牵引链条；10-车面；11-车体；12-走动轮《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.1造型机及制芯机的工艺基础

造型、制芯是砂型铸造生产的核心环节。1.1.1砂型紧实度要求及测量（1）型砂被紧实到一定强度和刚度的程度。定义式：m为型砂质量(g);V为型砂体积(cm3)（2）紧实度的测量常采用型砂表面硬度计。A、B型压头为球形,用于一般型砂(一般型砂表面硬度60～80g/mm2);C型压头为锥形,测量硬度高的型砂(如,高压造型可达90g/mm2以上).表观密度《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（3）对型砂紧实的工艺要求①具有足够紧实度.能抗震动;抗应力,防止型壁移动.②起模易、回弹力小,能保持铸型精度.③透气性.1.1.2压实过程砂粒移动、紧实度变化与压板压入速度有关.压实实砂《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（1）慢速压实<0.01m/s。

中心线上,差别不大;

边角处,上高下低；特别是下端边角处,紧实度很低.低速压实时，型砂内的高紧实区《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）高速压实>7m/s.底部及顶部高、中部较低.高速压实过程中砂型内紧实度变化情况《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富通常压实的紧实度分布曲线（3）通常压实一般低压压实造型机。压板不动，模板、型砂等向上运动。顶部高、中部最低。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.1.3压实紧实度分析（1）深凹比深凹处高/宽比H为深度;Bmin短边宽度.

A越大,底部越不易紧实.对于黏土砂,深凹处尚易紧实;深凹处底部难于紧实.带高模样的砂样砂箱高度对紧实度分布的影响1-H=400mm；2-H=250mm；3-H=120mm《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）压缩比压下高度(h)与砂柱高度(H)的比,或压前砂柱高度(H+h)与压后高度(H)之比.压缩比大紧实度高;反之，则低。压实实砂紧实度不均匀性的分析（3）型砂向四周填充的可能性一般没有显著的横向流动。若用油脂做粘结剂、或流态砂则有明显横向流动。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（4）模样顶上砂柱的高宽比B若B过小,则顶上砂柱被过度紧实,压实力主要通过砂柱传到模样,四周区域紧实度很低.故,平板压实法,主要用于砂箱高度≤150mm,而且深凹比小、模顶砂柱较高情形.1.1.4紧实度均匀化方法（1）减小压缩比差异最好是整个砂型压缩比相同.①运用成形压板②运用多触头压头③压膜造型扁平砂柱的压实hs为模样顶上砂柱高度;bmin模样顶上窄边宽度.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富用成形压板压实多触头压头的实砂原理1-小液压缸；2-多触头；3-辅助框；4-模样；5-砂箱《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富Variousdesignsofsqueezeheadsformoldmaking:(a)conventionalflathead;(b)profilehead;(c)equalizingsqueezepistons;and(d)flexiblediaphragm.Source:©InstituteofBritishFoundrymen.Usedwithpermission.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）模板加压法与对压法①模板加压法②对压法和差动加压法（3）提高压前的型砂紧实度①压前预实砂②控制型砂紧实率③复合实砂对压法（4）高压压实（5）多次加压与顺序加压

运用多触头压头,进行顺序加压。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.2造型及制芯设备1.2.1震击与震压造型机震击气缸的工作过程示意图1-震击活塞；2-进气孔；3-排气孔《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（1）微震实砂①微震机构可减少震击时巨大震击力对地基的影响。弹簧起到消震作用。振幅小而频率高。过程：震击缸进气→震击活塞上升→缸体压缩弹簧向下运动→排气→震击工作台惯性上升一段后下落→震击气缸受弹簧推动上升→工作台与气缸相遇撞击。震击机构的消震方法1-震击活塞；2-震击气缸；3-弹簧垫；4-气缸气垫；5-压实气缸《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②压震机构将微震与压实机构相结合。压实→震击。1)微震2)预震+压实3)压震4)预震+压震压震时的状况1-压实气缸；2-压实活塞；3-弹簧垫；4-震铁；5-震击气缸；6-砂箱；7-压板《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）震压造型机填砂→开动震击初步紧实→压板与砂箱对好→开压实气缸压实(工作台上升)

→(开震击)→工作台下降→顶杆托住砂箱、起模→起模顶杆下落→起始状态Z145B震压造型机总图1-机身；2-按压阀；3-起模同步架；4-震击气缸；5-起模导向杆；6-起模顶杆；7-起模液压缸；8-震动器；9-转臂动力缸；10-转臂中心轴；11-垫块；12-压板机构；13-工作台；14-起模架《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富微震压实式造型机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（3）低压微震造型机通过预震和压震实现紧实.顶箱起模.对于较高的砂型,可获得较好的砂型紧实度分布.ZB148A造型机震压及起模机构示意图(微震)1-震击活塞(工作台)；2-震铁；3-压实活塞；4-弹簧；5-顶杆；6-环形起模活塞；7-压实缸优点：①对地基震动较小;②可实现微震、压震及不同紧实方法组合,高模样也能得到较好紧实,紧实度分布较均匀;③震动频率相对于震击实砂高,生产率较后者高.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.2.2多触头高压造型机（1）多触头压头小压头组装成一个压头体.动力：液压、气压油、气动.按加压方式分：主动式、浮动式.②浮动式多触头触头不采用液压驱动,由向上运动的砂型接触触头,产生压力.多触头后面液压缸压力相平衡,使实砂压力均匀化.弹簧复位、补偿液压缸复位.①主动式多触头触头由独立油压推动、主动加压.各液压缸压力可相同、也可不同.主动式和浮动式多触头(b)1-砂箱；2-模样；3-触头；4-液压缸；(d)1-砂箱；2-触头；3-复位弹簧；4-液压缸《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富补偿液压缸复位浮动式多触头工作原理图1-液压缸；2-触头液压缸；3-触头；4-辅助框；5-砂箱；6-模板提高多触头压头压砂力的方法把位于四周的边触头做成带凸棱；使边触头截面积小一些,使边触头比压增大；主动式,边触头油缸可通较高油压。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）加砂机构①闸门式加砂斗对开闸门式加砂斗原理图1-加砂斗；2-连杆；3-闸门开合缸；4-闸门《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②移动加砂法1)箱形移动式定量加砂斗箱形移动定量加砂斗1-轨道；2-上横梁；3-移动缸；4-压头；5-连结销；6-贮砂斗；7-漏底砂斗；8-拖板；9-托砂底板；10-辅助框《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富2)百叶窗式移动加砂斗百叶窗式加砂斗1-驱动缸；2-小连杆；3-曲柄；4-连杆；5-百叶片；6-转轴；7-箱形砂斗《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富气动多触头内力压实微震造型机SZD0806《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富气动多触头内力压实微震造型机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.2.3射芯机（1）射砂过程①射砂方法芯砂(或型砂)→射砂筒→芯盒压紧到射砂筒→开启快速进气阀→压缩空气进入射砂筒→压缩空气推动砂粒→气流裹挟砂粒从射孔射入芯盒→气压将砂紧实射砂法原理1-压缩空气进口；2-射砂筒；3-射砂头；4-射孔；5-芯盒《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②射砂过程的3个阶段总时间：0.3～0.5s1)射前期0.008～0.011s,筒内气压～50kPa2)自由射砂阶段0.3～0.5s,80%～90%砂填入芯盒.3)压砂团紧实阶段密集流形成压砂团,使芯盒上部型砂紧实度继续提高.压砂团阶段1-先填入的型砂；2-压砂团《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）射砂机构射砂机构1-闸板；2-射砂筒；3-抛射筒；4-环形薄膜进气阀；5-闸板密封圈；6-横梁；7-闸板气缸；8-射砂腔壁；9-射砂头壳体；10-射砂头底板；11-排气孔①射砂机构的基本工作原理加砂:

闸板气缸打开加砂口,装至预定量、关闭闸板,密封.射砂:

开进气阀→压缩空气进入射砂腔→射砂→关闭进气阀→打开快速排气阀。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②射砂腔与射砂筒射砂腔中插入一个射砂筒,射砂筒上开进气缝.③射砂阀和快速排气阀射砂阀：快速进气阀(环形薄膜进气阀).快速排气阀：④贮气装置⑤射砂头射砂头(a)、(b)常用的，(c)用于热芯盒射砂机快速排气阀1-射砂腔；2-橡皮膜排气阀；3-控制气压进口《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（3）射芯机①Z8612B热芯盒射芯机贮气包：机体空腔射砂阀：由气缸推动,使阀快速动作.用于质量≤12kg、芯盒面积不超过400mm×400mm的实心或中空热固性砂芯.也可用作普通射芯机。Z8612B型热芯盒射芯机结构图1-供砂斗；2-射砂筒；3-操纵阀；4-水冷射头；5-工作台；6-升降缸；7-底座；8-振动电动机；9-有机玻璃罩；10-闸板气缸；11-射砂阀控制气缸(环形薄膜进气阀)；12-排气阀；13-加热板；14-气动托板《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②冷芯盒射芯机气体硬化法：树脂砂射芯,通气使砂芯硬化,三乙胺气雾、SO2、CO2等.砂芯硬化后,通入空气、排除残气.③普通射芯机射制油砂芯、合脂砂芯、黏土砂芯等,芯盒外固化砂芯.用通气板通气使砂芯硬化1-射头；2-通气板；3-芯盒；4-排气孔《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富ZH94系列冷热两用射芯机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富水平分型射芯机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富Z95系列垂直分型射芯机型《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富AHB全自动射芯机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富冷芯盒射芯机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.2.4射压造型机射砂与压实方法结合。（1）有箱射压造型机射砂板兼作压板。射砂：液压缸6将辅助框压紧在砂箱10上,保证砂箱上沿密封.

压实：压实缸13顶着模板11、砂箱10向上,液压缸6放松,辅助框9向后退缩,射砂板将型砂压实。可用模板加压;也可用压板加压、结合模板加压(差动加压).有箱射压造型机结构示意图1-砂斗；2-加砂闸板；3-砂位计；4-进气阀门；5-卡腰形射砂筒；6-辅助框升降液压缸；7-贮气包；8-射砂板；9-辅助框；10-砂箱；11-模板；12-工作台；13-工作台升降及压实缸《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）垂直分型无箱射压造型机①工作原理造型室：造型框和正、反压板组成,正反压板上有模样。造型：封住造型室,射砂机构填砂,正、反两面加压,紧实成两面都有型腔的型块.垂直分型无箱射压造型机的造型原理1-反压板；2-射砂机构；3-造型室；4-压实板；5-浇注台；6-浇包特点：射压法紧实,所得紧实度高而均匀;型块两面都有型腔,分型面是垂直的;连续造出的型块互相推合,形成一个很长的型列;不需卡紧装置;生产率很高.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②造型工序循环射砂压实起模Ⅰ推出合型起模Ⅱ关闭造型室带增速油缸的垂直分型无箱射压造型机的工作循环1-造好的型块；2-反压板；3-前模板；4-后模板；5-压实板；6-加砂闸门；7-射砂筒；8-贮气筒；9-前液压缸；10-增速液压缸；11-后液压缸；12-导杆；13-后框架《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（3）水平分型脱箱射压造型机①工作原理模板进入工作位置→上、下砂箱合在模板上→上、下射砂机射砂→射压板压入砂箱压实→上、下砂箱分开→从模板中起模→下砂箱转至下芯工位(f)→水平分型脱箱射压造型机工作原理1-上砂箱；2-上射压板；3-上模板；4-模板框；5-下模板；6-下射压板；7-下砂箱；8-辅助框→下芯(f)→转至工作工位→上下箱合型→上砂箱抽起脱箱→下砂箱向下抽出脱箱→脱箱砂型→推至浇铸平台或铸型输送机《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②水平分型脱箱造型的优点1)下芯和下冷铁比较方便。2)直浇道与分型面垂直,模板面积有效利用率高;3)水平分型可使高模样平卧,从而避免垂直分型可能造成的紧实度不均;4)液态金属压力主要取决于上半型高度,较易保证铸件质量;5)水平分型可保持原手工操作特点,有利于技术改造。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.2.5气流造型机（1）气流实砂法①气流渗透实砂法气体渗透时,在型内所产生的渗透压力,使型砂紧实。

快开阀速度必须相当快,保证砂型顶部空腔升压速度为5～7MPa/s.气流渗透实砂法1-压缩空气入口；2-分流器；3-砂箱；4-模样；5-排气孔；6-底板过程：型砂填入砂箱→压紧在射孔下面→打开快开阀→压缩空气引至砂型顶部→气流快速渗透过型砂→砂型紧实上中部紧实度不高,可再用压实法—气渗加压法.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富气流紧实所得紧实度《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富②气流冲击实砂法（相当于冲击波作用）利用高气压引起的砂粒间的冲击作用.自上而下的初步紧实及加速运动阶段高压气使最上一层型砂达到一定紧实度→气压推动其向下加速运动→推动更下一层型砂紧实并向下运动,形成一个自上而下的型砂紧实波→最后,与底板发生冲击。自下而上的冲击紧实阶段底板上已紧实的砂层对仍然向下运动的砂层产生冲击,这种冲击自下而上,促使砂层迅速紧实.气流冲击实砂法1-压缩空气包；2-气冲阀；3-阀盘；4-辅助框；5-模板；6-砂箱；7-升降夹紧工作台；a-型顶空腔《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富气冲紧实所得型砂紧实度《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）气冲造型机栅格式气冲阀气冲造型机的结构1-底座;2-液压升举缸;3-机座;4-支柱;5-辅助框辊道及驱动电机;6-气冲阀;7-气动安全锁紧缸;8-胶胆阀(排气);9-阻流板;10-辅助框;11-砂箱;12-模样及模板框;13-工作台;14-模板辊道《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富①造型机工作原理砂箱填砂→移至紧实台→举升缸上推压紧气冲阀→打开气冲阀→气冲紧实→关闭气冲阀→排气→工作台下降→推出砂箱→起模②栅格式气冲阀的结构阀关闭时,两个阀盘上栅格孔互相遮盖住.栅格式气冲阀的结构1-贮气包;2-气动锁紧凸轮;3-控制阀盘启闭的液压缸；4-活塞;5-高压氮气缸;6-活塞杆;7-动阀盘;8-定阀盘;9-辅助框;10-砂箱;11-模板气冲紧实法所得砂型紧实度高而均匀;但砂型顶层30～50mm紧实度很低,要求补压或刮去;若砂层很矮,则所得砂型紧实度较低,不适于低矮的砂型。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.4熔化工部机械化设备一般用冲天炉熔化生铁,也用感应加热熔化设备.对于有色金属还采用反射炉(火焰、电阻)、竖炉、喷射式熔铝炉、真空感应炉、真空电弧炉、等离子熔炼炉、电子束熔炼炉、电渣熔炼炉等.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富1.4.3浇铸的机械化和自动化（1）倾转式浇铸机通过倾转式浇包把液体金属浇注出来。优点:结构简单。缺点:包嘴与铸型距离大、不易对准;浇注速度不易控制;需另设撇渣装置.但改为转轴通过包嘴的扇形结构后,前两个缺点可以部分克服.倾转式浇包的转轴位置《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（2）底注式浇铸机用于定点自动浇铸.底注包一般为塞杆式;底注避免了熔渣落入砂型浇口;易于对准浇口.塞杆底注式浇注机1-砂型；2-光电管；3-横向移动小车；4-控制塞杆的液压缸；5-塞杆；6-浇包盖；7-浇包体；8-有芯工频炉；9-浇注机架缺点：包内金属液量变化,引起压力变化,使浇注速度控制较难.可采用控制塞杆开启度来控制浇注速度.《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（3）气压式浇铸包金属液在气压作用下向浇出槽中升起,经流出口浇入铸型或中间包.通过塞杆可使浇注开始、停止迅速实现,浇注间隙,包内不必撤气;与底注包一样可以得到撇渣干净的金属熔体;气压浇注包及中间浇包1-有芯感应加热炉；2-浇入槽；3-压缩空气进口；4-包室；5-防溢电极；6-液位控制电极；7-塞杆；8-塞杆开闭控制器；9-扇形中间浇包；10-中间浇包转缸；11-质量传感器；12-铸型；13-浇出槽通过调节浇注气压,可较容易控制浇注速度;浇包本身无机械运动部分,使用寿命较长。《材料工程设备》讲授人：张正富》讲授人：张正富（4）电磁泵浇铸装置主要用于铜、铝等合金.使用电磁感应式直线电动机原理,通过交变磁场推动金属熔体移动,从浇出口流出.调节感应电流大小可以调节金属熔体的流动速度,改变电流方向,可改变金属熔体流动方向.容易调节浇注速度和浇注量,易实现自动化;电磁泵浇注装置的原理1-加料口；2-电阻加热棒；3-炉膛；4-