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材料准备设备$lesson$
材料准备设备：包括C246及C246A球磨机、碾砂机、蜡模成型机械、生铁裂断机、涂料搅拌机等。
[应用释义]材料：这里的材料指的是用来铸造加工必须的各种原料。包括金属型材料和非金属型材料两大类，其中的金属型材料又包括铸铁、铸钢或锻钢、铜合金、铝合金等。铸铁：目前，制造金属型的型体、底板和大的型芯等零件时，广泛采用灰口铸铁，无论是铸造黑色金属还是有色金属都是如此，主要原因是灰口铸铁是一种很普通的材料，而且能满足对金属型材料提出的大部分要求。由于灰口铸铁在高温下(425℃以上，特别是在500～600℃时)反复加热和冷却时，会产生生长现象，使体积长大，与此同时密度减小，强度下降，铸铁性能变坏，容易产生裂纹和烧伤。含碳硅量少、石墨片细小的铸铁，它以珠光体为基体或以珠光体加少量铁素体为基体时，能很好地克服上述缺点，是很好的金属型材料。含碳硅量多、石墨片较大而且数量多的以铁素体为基体的铸铁，能抵抗外裂纹的生成。所以，应根据不同的情况来选用这两类铸铁。浇注有色合金及形状简单的小型黑色合金铸件的金属型，产生外裂的倾向小，而型腔表面龟裂是主要危害，故一般多用低碳硅量的珠光体铸铁来制造。浇注厚大黑色合金铸件的金属型，因为容易产生外裂，故宜采用碳硅含量较高的铁素体铸铁来制造。孕育铸铁具有较高的力学性能和热稳定性，对铸件壁厚变化不太敏感，组织均一性高;球墨铸铁有更高的力学性能，良好的耐热和耐蚀性能，生长倾向小，它们都是较好的金属型材料，特别适用于制造大型的金属型。在铸铁中加入少量的Cr、Ni、Mo、Al、Ce等合金元素，能显着地提高其力学性能和耐热性能，因而能提高金属型的寿命。例如，下列成分的铸铁：2?9%～3?4%C、2?4%～2?9%Si、0?4%～0?8%Mn、3?2%～3?9%Al、1?0%～1?6%Cr、0?02%～0?06%Ce、0?08%～0?14%Mg，其拉伸强度达340MPa。用这种材料制成的金属型，其寿命比普通铸铁金属型提高1～1?5倍。铸钢或锻钢：与铸铁相比，由于其力学性能好，抵抗内表面龟裂及外裂的能力高，抵抗翘曲变形的能力也较高，并可焊补缺陷或损伤是其优点。缺点是机械加工费用较大，成本较高。因此，铸钢主要用于制造形状简单、尺寸较大的黑色合金铸件的金属型，锻钢主要用于制造形状复杂的铝、镁合金小型铸件的金属型。合金钢的拉伸强度和疲劳强度比普通钢要高得多，而弹性模量则相同。因而可显着地提高金属型的寿命。但生产中并不用合金来制造金属型的型体和底板，仅用于制造复杂的金属型芯和活块等。主要是因为合金钢成本太高，且不易获得。对于金属型芯和活块，浇注时受液体金属包围，剧烈受热，抽出后又受急冷，工作条件很坏，所以要用钢料制成。对拆卸式和形状复杂的型芯、活块以及受力大而形状复杂的顶杆多用合金结构钢制造，如用30CrMnSiA、40Cr、35CrMnSi、5CrNiMo等牌号。形状简单的型芯、活块则用中碳钢制造。型芯还要经过淬火、回火等热处理。一般顶杆采用碳素工具钢制造，如T7A、T8A、T10A等牌号。铜合金：金属型上需要局部快冷时，采用激冷快，要求其导热率和蓄热系数比型体高，可用紫铜。也可用黄铜，但热导率低70%。铝合金：由于铝合金具有良好的铸造性能和切削加工性能，制造方便，成本较低，热导率比铸钢和铸铁要高3～5倍，因此，在铝质金属型中浇注ZL101和ZL105合金的铸态拉伸强度，与在铸铁金属型中注的同样合金要高25～50%，延伸率提高2～4倍。一般采用ZL101、ZL102、ZL105等牌号的合金来制造金属型，并进行阳极化处理，使铸型表面形成一层致密的Al2O3氧化膜(厚度可达0?3mm)，其熔点为2050℃，硬度高，与基体结合牢固，耐磨性能好，并且隔热性能优良，还可防止金属型与浇注的合金熔焊在一起。由于铝合金的力学性能较低，耐磨性较差，因此，常在摩擦表面镶上钢片，以减轻磨损。对于受力部分如手把、凸耳等常采用钢材制成，以提高金属型的强度和耐磨性。铝质金属型一般采用在浇注批量不大的小型轻合金铸件，在采用水冷的情况下也可铸造出壁厚达40mm、重达6～7kg的铁铸件。寿命可达3000～5000次。非金属型材料除铸造用砂外，还有粘结剂，其中粘结剂又分无机粘结剂和有机粘结剂。无机粘结剂中的主要产物为粘土。粘土：粘土是含水铝硅酸盐的混合体，主要化学组成为SiO2、Al2O3和结晶水。随着地质生成条件的不同，同时会含少量的碱金属与碱土金属氧化物以及着色氧化物(Fe2O3、TiO2)等。
在自然界中粘土很少以单矿物出现，经常是数种粘土矿物共同形成的多矿物组合。根据结构与组成不同，造型材料所用粘土中的主要矿物可分为高岭石类、蒙脱石类及伊利石类三种。高岭石类：高岭石结构是由一层〔SiO4〕四面体层和一层〔AlO2(OH)4〕八面体组成，硅氧四面体的顶端均指向〔AlO2(OH)4〕八面体，并和八面体共同占有O原子，构成结构单位层。这种结构单位层沿C轴方向互相重叠时，总是〔SiO4〕四面体与〔AlO2(OH)4〕八面体层相结合。在高岭石类粘土矿物的晶格中，只有很小一部分离子可能被替代，并且基本限于八面体中的Al3+被mg2+、Fe2+和其他离子所替代。当为层间的阳离子除了K+以外，还可以有Na+、Ca2+、Mg2+等。至于四面体中的Si4+则很少被Al3+或P5+替代，这是高岭土不同于蒙脱石类粘土矿物之处。粘土矿物晶格中的离子替代将直接影响粘土的离子交换能力。由于高岭石粘土矿物具有较小的膨胀、收缩性能和较高的耐火度，用于干型、浇注大件的砂型铸造用粘土和熔模精铸用耐火粘土的主要矿物组成都是高岭石。蒙脱石类：蒙脱石有时称微晶高岭石，它的结构类似高岭石，但它为三层型结构。蒙脱石是由两层〔SiO4〕四面体(即〔Si4O10〕4?)和在它们中间的一层〔AlO2(OH)4〕八面体组成。每一个四面体的顶端的氧都指向结构层的中央并与八面体共有。由于晶层之间氧层与氧层的联系力很小，水或其他极性分子容易进入晶层中间，因而C轴方向上结构层之间的距离具有可变性，即单位晶胞C轴长度取决于层间含水量，能在一定范围内波动。所以蒙脱石易于膨润与压缩。如果蒙脱石晶格中不存在替代(置换)离子，则理论上电荷分配以上正负电荷各44达到平衡。理论化学式为：(OH)4Si8Al4O20?nH2O理论组成为：SiO266?7%;Al2O328?3%;H2O5%。实际上蒙脱石晶体结构中四面体层中的Si4+小部分被Al3+、P5+置换，八面体中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、2n2+、Li+等置换。这种结构内的类质同晶替代引起单位晶胞中的剩余的负电荷，成为结构中出现层间水的根本原因，即超电荷使用各层互相排斥而让水分子渗入。这些负电荷依靠吸附阳离子而使电介达到平衡。这些阳离子又可以被其他阳离子所交换。同时阳离子都会水化，蒙脱石单位层间就吸附了水化阳离子，因为C轴也随含水量增加膨胀，例如无水时蒙脱石(dool)为9?6×10?10m，随着水分增加可达21?4×10?10m。吸附钠离子的蒙脱石称为钠蒙脱石，吸附钙离子的蒙脱石称为钙蒙脱石。我国出产的膨润土多以钙蒙脱石为主要矿物。蒙脱石由于层间吸附了许多水化了的阳离子团，所以层间结合力极弱，易解理，分散度高，相应地粘结力强。钠蒙脱石分散性较钙蒙脱石更强，在水中能形成稳定的悬浮液。后者在水中不易形成稳定的悬浮液，矿物颗粒多凝聚成集合体。蒙脱石加热至100～200℃即失去晶层间吸附的水分;500～700℃失去结构水，基本结束脱水作用;加热到800℃以上晶格破坏，矿物转变为无定形物质;再加热到1100～1200℃即开始出现高温新相。伊利石类：伊利石是常见的一种水云母类矿物，通常具有较细的颗粒。伊利石结构与蒙脱石相似，也是由两层〔SiO4〕四面体，中间夹一层〔AlO2(OH)4〕八面体所组成。所不同的是硅氧四面体内有14Si常被Al替代。为了保持电荷平衡，钾离子进入晶层中间恰巧填充到O层表面的六角形网眼中，与12个氧相隔同样的距离。像这样处于束缚状态的钾离子是不易发生置换作用的。由于钾离子进入伊利石结构，层间结合力较强，所以伊利石不易解理。C246球磨机：C246球磨机是一种材料加工的装置，其功能实质是一种磨光机械。包括水磨石机。水磨石机：把水磨石混凝土在饰面摊匀并压实，待其凝固并具有一定强度之后，对其磨平磨光的机械称之为磨光机械。在磨光的过程中，为了防止磨石温度的升高和灰尘飞扬，同时用水冷却而形成"水磨"石。因此亦称水磨石机。磨石机有单、双盘水磨石机，侧向和角向水磨石机，以及新型的金刚石水磨石机。单盘水磨石机只有一个磨盘的磨石，它主要用于磨削地坪。使用时，启动电机，经齿轮减速后，带动磨石机磨盘转动。磨盘底部有三个磨石夹具，每个夹具能夹住一块三角形的金刚砂的磨面。磨盘旋转时，三块磨面则沿着磨盘圆周转动并磨削地坪。磨盘转速称为300rpm/min，每小时可磨3?5～4?5m2。使用时要注意零件的紧固，特别要把磨面夹紧，以免磨面飞出伤人。此外还要注意电机温度及漏电等问题。所以使用单盘水磨面机要特别注意安全，非专业人员不得随意操作。双盘水磨石机双盘水磨面机是有两个转向相反的磨盘而得名。两个磨盘由一个电动机经小齿轮带动，其他与单盘式相似。使用时，启动电机，经齿轮减速后，带动两个磨石机磨盘相向转动。磨盘底部有磨面夹具，每个夹具能夹住一块三角形的金刚砂的磨面，磨面旋转时，磨石则沿着磨盘圆周转动并削磨地坪。磨盘转速约为300rpm/min。同样，使用时要特别注意安全，非专业人员不得随意操作。双盘水磨石机用于大面积的磨光，与单盘式相比，耗电量增加不到40%，而工效则可提高80%，工作时能自行前进。侧向磨石机：把磨石机侧立起来，装在一个能使其上下左右移动的机架上，则构成侧向磨石机。它能对墙裙，特别是卫生间和厨房等处比较高的水磨面墙裙进行水磨。电动机通过减速箱不但要带动磨石机的磨盘旋转，而且还要带动小卷筒，利用钢丝绳磨石机沿导杆上下运动，以便对裙墙进行上下磨削。机架底部装有行走轮，靠人力推动整机沿墙面进退左右以磨光整个墙面。电动机功率0?6w，带动4?100m的磨盘，以每分钟90转的速度回转。磨盘上下移动的速度约为每秒钟70到80mm，行走速度由操作者适当掌握。
角向磨石机：角向磨石机不但能对一般水磨石地坪和墙裙进行磨光，而且特别适合对墙角进行磨光的小型机具故称角向磨石机，它多为手持电动式，也有气动式。气动式比电动式的自重还轻些。其工作原理为：叶片式风动马达经行星轮减速，柔性联轴器带孔碗形砂轮旋转而进行磨光。压缩空气由手柄处进入，手柄下有控制风门。金刚石水磨石机：金刚石水磨石机是使用金刚石磨块磨削水磨石地坪的新式小型机具。其结构原理为：电动机通过三角带带动主轴转动。定位轴球可以在主动轴孔内轴向移动，弹簧压紧定位轴球，使其与法兰盘的内球面始终贴合，保证法兰盘与主轴的同心度，四个拔肖把主轴的扭矩传递给法兰盘，使与法兰盘紧固在一起的金刚石磨盘高速旋转而进行工作。工作中当弹簧被压缩较多时，定位轴球的上平面压紧胶圈，起减震作用。后脚轮可以通过后轮轴在调节杆上前后移动，以调整金刚石磨盘对地面的压力，后脚轮的伸出高度(相对机壳底面)通过调节螺钉进行调整。工作中应使后轮与金刚石磨盘(相对机壳底面)的伸出高度相同，以减少噪音和机件磨损。机器工作时，应从管接头通入冷却水，以保护金刚石磨块和防止灰尘飞扬。水量的大小由阀门调节。当磨盘上的金刚石磨块的厚度还剩下2～3mm时，应及时更换新磨块，以免钢盘磨损。金刚石磨块分有粗、细、精三种。使用粗磨块工作效率高，寿命长，一般用于第一遍的磨平工作。选用细磨块可提高光度，一般用于粗磨之后，如果地坪光度要求较高时，则在细磨后选用精磨块进行精磨，提高光度。由于精磨块制造工艺复杂，价格也较高，所以只有经过细磨之后才允许使用。金刚石水磨机是发挥金刚石磨盘优势的配套机具，它和普通砂轮磨石机相比，由于金刚石特别坚硬、锋利、耐磨，所以它有以下优点：效率高：粗磨28～32m2n，精磨60～80m2n。质量好：磨削的地坪平面度、光洁度都好。成本低：磨具消耗费用低于普通水磨石机。适应性强：水磨石地坪完全硬化、仍可有效的工作。并且可磨至墙根处。地面抹光机：地面抹光机广泛应用于工业与民用建筑的楼地面、道路、预制件、屋面平层的水泥砂浆或细石混凝土的压平抹光工作。南京建筑机械厂生产的SDM?1型双头地面抹光机是一种新型的抹光机，它是由电机、减速箱、抹光装置、安全罩、操纵杆等组成。电机经三级齿轮减速后，通过两根相对旋转的输出轴，分别带动抹头旋转，抹头刀片在电机作用下旋转并压向地面，完成抹光过程。该机抹的地面，可消灭手工抹光时地面易开裂、起灰、起壳的质量通病，抹光工作的生产效率比人工提高3～5倍。C246A球磨机：C246A球磨机的实质即为金刚石水磨石机，金刚石水磨机是使用金刚石磨块磨削石磨石坪的新式小型机具。其结构原理为：电机通过三角带带动主轴转动。定位轴球可以在主动轴孔内轴向移动，弹簧压紧定位轴球，使其与法兰盘的内球面始终贴合，保证法兰盘与主轴的同心度，四个拔肖把主轴的扭矩传递给法兰盘，使与法兰盘紧固在一起的金刚石磨盘高速旋转而进行工作。工作中当弹簧被压缩较多时，定位轴球的上平面压紧胶圈，起减震作用。后脚轮可以通过后轮轴在调节杆上前后移动，以调整金刚石磨盘对地面的压力，后脚轮的伸出高度(相对机壳底面)通过调节螺钉进行调整。工作中应使后脚轮与金刚石磨盘(相对机壳底面)的伸出度相同，以减少噪音和机件磨损。机器工作时，应从管接头通入冷却水，以保护金刚石磨块和防止灰尘土飞扬。水量的大小由阀门调节。当磨盘上的金刚石磨块的厚度还剩下2～3mm时，应及时更换新磨块，以免钢盘磨损。金刚石磨块分有粗细精三种。使用磨块工作效率高，寿命长，一般用于第一遍的磨平工作。选用细磨块可以提高光度，一般用于粗磨之后。如果地坪光度要求较高时，则在细磨后选用精磨块进入精磨，提高了光度。由于精磨块制造工艺复杂、价格也较高，所以只有经过细磨之后才允许使用。碾砂机：碾砂机的主要功能是将各种原材料混合均匀，使粘结剂均匀包覆在砂粒表面上。混砂的质量主要取决于混砂工艺。碾砂机除了有搅拌作用外，还有碾压、搓揉作用，型砂的质量较好，但生产率较低，主要用来混制面砂和单一砂。其混制粘土型砂的加料顺序一般是先加回用砂、原砂、粘土粉和附加物等干料。干混均匀后再加水湿混均匀即可使用。如果型砂中含有渣油液以及其他液态粘结剂时，应先加水将型砂混合均匀后再加入油类粘结剂。这种先加干粉料后加水的混砂加料顺序存放在的主要缺点是，在混砂机的碾盘边缘常遗留一圈粉料，这些粉料吸水后粘附在混砂机壁上，直到混碾后期或卸砂时才脱落下来，使型砂里含有混合不均匀的粘土或煤粉团块，恶化了型砂性能，同时干混时粉尘飞扬，劳动条件差。因此有的工厂采用先在回用砂里加水混合，然后加粘土粉及煤粉混合均匀，最后再加少量水份调节到所需的含水量。试验结果表明，后面这种加料顺序可缩短混砂时间，提高型砂质量，改善劳动条件。蜡模成型机械：蜡模成型机械属于一种熔模铸造加工装置。其工作原理为：它是利用蜡料制成精确的蜡模，在其表面上涂敷耐火材料，制成型壳，型壳硬化后，加热熔去蜡模，形成空心的耐火型壳(即铸型)，最后向型壳内浇注金属液而获得铸件。其特点为：由于该机械采用了可熔性模型，铸型没有分型面并取消了起模工序，因而能获得尺寸精确和表面光洁度较高而且形状很复杂的铸件，尤其适用于生产那些高熔点金属及难以切削加工的铸件，如各种汽轮机、涡轮发动机的叶片、硬质合金刀具、模具、以及柴油机、汽车、机床中复杂的小型铸件。其缺点是生产工序繁杂，铸件不能太大。生铁断裂机：生铁断裂机实际上是一种搅碎机。其工作原理为：按顺时针方向旋紧放油阀(在侧边)，以阻止高压油流回贮油筒。当用手来回推压手动压杆时，使驱动柱塞泵的柱塞往复移，将油从贮油筒压入油缸腔内，泵出的高压油推动装有刀片的活塞向前移动，断裂生铁。随后按反时针方向旋松放油阀，使油缸内的高压油流回贮油箱，活塞和刀片在回位弹簧的作用下自动返回原位。涂料搅拌机：涂料搅拌机是将各种铸造用涂料均匀地搅拌成浆体的一种机械。它是按强制式搅拌机的原理设计，在搅拌涂料时，搅拌筒固定不动，而用固定在转轴上的拌叶旋转来拌合料。它分为倾翻卸料式灰浆搅拌机和活门卸料式灰浆搅拌机。倾翻式卸料式涂料搅拌机：它是由电动机、传动齿轮组、搅拌系统、机架和卸料装置等组成。电动机驱动皮带轮，经过齿轮或蜗杆减速、带动主轴转动。主轴上装有搅拌叶片，把加入拌筒内的混合料搅拌均匀成灰浆，然后倾翻拌筒卸出灰浆，待搅拌筒复位再加料，这样循环进行搅拌。这种机型无水箱和上料机构，上料和加水均由人工进行，构造简单，使用十分普遍。活门卸料式涂料搅拌机：它由装料斗、机架、水箱、搅拌系统和卸料门等组成。电动机经三角皮带带动减速箱齿轮，由齿轮带动中轴转动，用固定在中轴上的拌叶强制搅拌物料。出料是由操纵卸料活门手柄，开启活门卸出拌合物。给水是操纵给水手柄。使水箱放水。上料是操纵上料手柄，使料斗提升，翻转将料斗中物料倒入搅拌筒
