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1、教学目标知识目标：了解铸造造型材料与工艺装备；掌握常用的手工造型方法。了解铸造加热设备的使用性能；掌握熔炼加工的工艺参数。技能目标：能独立完成造型、造芯等操作。能独立完成熔炼、浇注、落砂等操作。教学重点掌握手工造型、熔炼加工的步骤和方法。教学难点在教师辅助下，能够独立进行铸造工艺的相关操作。教学手段实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学学时20学时教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块一 铸造铸造是将液态合金在自重或压力作用下浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得零件和毛坯的生产方法。铸造获得的零件和毛坯称为铸件。铸件在机械制造业中应用极其广泛，一
2、般需经机械加工后才能使用。铸造成型的方法很多，主要分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造是利用砂型生产铸件的方法，是应用最广泛的一种方法，其所铸铸件约占铸件总产量的80%以上。砂型铸造主要分为砂箱造型和金属的熔炼与浇注两个过程，砂型铸造的工艺过程如图1-1所示。齿轮毛坯的砂型铸造工艺如图1-2所示。图1-1砂型铸造的工艺过程图1-2齿轮毛坯的砂型铸造工艺实训一 砂箱造型一、实训内容轴承盖砂型铸造操作训练。二、工艺知识1.砂箱造型的种类砂箱造型是铸件生产过程中最复杂、最主要的工序，对铸件的质量影响极大。合型后的砂型。实际生产中，由于铸件的大小、形状、材料、批量和生产条件的不同，需采用不同的造型方法。造
3、型方法可分为手工造型和机器造型两大类，其中手工造型按起模特点可分为整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型和假箱造型等。1）整模造型模样是整体的，铸型的型腔一般只在下砂箱。整模造型适用于制造形状简单的铸件，铸件上通常有一个较大的平面，造型时整个模样能从分型面上方便地取出。2）分模造型铸件的最大截面不在端部而在中部，因而木模沿最大截面分成两半。3）活块造型将模样上阻碍起模的部分做成可与主体脱离的活块，活块一般用销子或燕尾榫与模样主体连接，取模时，先取出模样主体，然后再取出活块。4）挖砂造型当铸件的分型面为曲面且模样又不易分开制造时，可将模样整体置于一个砂箱内造型，通常为下砂箱。5）假箱造型当生产批
4、量大时，可用模板代替平面底板，将模样放置在模板上造型，从而省去挖砂操作。2.型（芯）砂制造铸型的造型材料称为型砂，制造型芯的造型材料称为芯砂。1）型（芯）砂应具备的性能（1）强度。型（芯）砂抵抗外力破坏的能力称为强度。（2）透气性。型（芯）砂应具备让气体通过和使气体顺利逸出的能力，这个能力称为透气性。（3）耐火性。型（芯）砂在高温作用下不熔化、不烧结、不软化、保持原有性能的能力称为耐火性。（4）退让性。在铸件冷却收缩时，型（芯）砂能相应地被压缩变形而不阻碍铸件收缩的性能称为型（芯）砂的退让性。此外，芯砂在浇注后处于金属液的包围中，工作条件差，除应具有上述性能外，还必须有较低的吸湿性、较小的发气
5、性、良好的溃散性（也称为落砂性）等。2）型（芯）砂的组成型（芯）砂的性能与其组成原料有关。一般型（芯）砂由原砂、黏结剂、附加物及水等按一定配比混制而成。（1）原砂。只有符合一定技术要求的天然矿砂才能作为铸造用砂，这种天然矿砂称为原砂。（2）黏结剂。砂粒之间是松散的，且没有黏结力，显然不能形成具有一定形状的整体。（3）附加物。为了改善型（芯）砂的某些性能而加入的材料称为附加物。（4）水。黏土砂中的水分对型砂性能和铸件质量影响极大。（5）涂料。为提高铸件表面质量，可在砂型或型芯表面涂上涂料。3）型（芯）砂的处理和制备铸造合金不同、铸件大小不同，对型（芯）砂的性能要求也不同。为了保证型（芯）砂的性能
6、要求，型（芯）砂应选用不同材料，按不同的比例配置。配置好的型（芯）砂的性能可用专门的仪器来测定，也可以凭经验手测。3.砂型制造的工模具1）模样和芯盒模样是由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。芯盒是制造型芯或其他种类耐火材料芯的装备，一般为木制。2）砂箱和常用的手工造型工具（1）砂箱。造型时，砂箱是容纳和支撑砂型的刚性框，其作用是在造型、运转和浇注时支承砂型，防止砂型变形和被破坏，材料一般为灰铸铁或铝合金。（2）常用的手工造型工具。底板。砂舂。通气针。起模针。手风箱。镘刀。秋叶。提钩。压勺。4.浇注系统1）浇注系统的组成浇注系统包括浇口盆、直浇道、横浇道、内浇道等。浇注系统的
7、任务是让液态金属连续、平稳、均匀地填充铸型型腔，能调节铸件各部分温度并起到挡渣的作用。（1）浇口盆。浇口盆单独制作或直接在铸型中形成，用于接纳浇包流下的液态金属，减少液态金属的冲击，使液态金属平稳地流入浇道，并起挡渣和防止气体卷入的作用。（2）直浇道。直浇道是连接浇口盆和横浇道的垂直通道，有一定的锥度，以便造型时取出浇口棒。（3）横浇道。横浇道是连接直浇道和内浇口的水平通道，其截面形状多为梯形，一般开在上型的分型面以上的位置。（4）内浇道。内浇道是连接横浇道和型腔的通道，其作用是控制液态金属流入型腔的速度和方向，并调节铸件各部分的温度。2）浇注系统的类型常用的浇注系统，按内浇口的注入位置不同可
8、分为以下几种。（1）顶注式浇口。（2）底注式浇口。（3）中间注入式浇口。（4）阶梯式浇口。5.冒口和冷铁冒口的主要功能是补给铸件液态收缩和凝固收缩时所需的金属液，以避免产生缩孔，并具有排气和集渣的作用。冒口安置在铸件的最厚、最高处，一般在顶部。冒口多在浇注收缩性较大的金属（如钢、球墨铸铁、铝硅合金等）铸件时使用。冷铁是为增大铸件厚大部位冷却速度而安放在铸型内的金属块。它的主要作用是实现顺序凝固，防止缩孔和缩松。另外，冷铁还具有减小铸件应力和提高铸件表面硬度和耐磨性的作用。冷铁通常由钢或铸铁制成。6.合型将上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型，又称为合箱。合型是制造铸型
9、的最后一道工序，直接关系到铸件的质量。合型操作的具体过程如下。1）铸型的检验和装配下芯前，应先清除型腔、浇注系统和型芯表面的浮砂，并检查其形状、尺寸和排气道是否通畅。下芯应平稳、准确，然后导通型芯和砂型的排气道，检查型腔主要尺寸，固定型芯，在芯头与芯座的间隙处填满泥条或干砂，防止浇注时金属液钻入芯头间隙而堵死排气道，最后平稳、准确地合上上型。2）铸型的紧固（1）小型砂型的紧固。小型铸件浇注时的抬型力不大，因此，可用压铁紧固。用压铁紧固砂型时应注意以下几点。压铁重力应大于抬型力。安放压铁时要小心轻放，且要压放在箱带或箱边上，位置要对称均衡。安放压铁时不能堵住出气孔，也不能妨碍浇注操作。（2）中型
10、砂型的紧固。中型砂型的抬型力较大，因此，需用卡子或螺栓紧固。紧固时应注意以下几点。紧固前要在箱角处垫上垫铁，以免紧固时将砂型压崩。紧固螺栓时最好在对称方向上同时进行，以免上型倾斜。紧固时用力要均匀。（3）大型砂型的紧固。大型铸件的抬型力大，因此，常用大型螺杆与压梁来紧固。大型铸件的浇注高度较高，为了安全可在地坑中浇注。三、轴承盖整模砂箱造型实训操作1.造型前准备按照铸造工艺要求准备模样、芯盒以及操作工具。2.操作过程1）安放平板模样及砂箱按铸造的工艺方案将模样安放在造型平板的适当位置。套上下砂箱使模样与砂箱内壁之间有足够的吃砂量。若模样容易粘砂，可撒一层防粘模材料，如石英粉等。2）填砂和紧实在
11、已安放好的模样表面筛上或铲上一层面砂，将模样盖住；在面砂上面铲加一层背砂；用砂舂的扁头将分批填入的型砂分阶段分层舂实；当填到最后一层背砂后，要用砂舂的平头舂实。3）修整和翻型刮去砂型上面多余的背砂后使其表面与砂箱四边平齐，再用通气针扎出分布均匀、深度适当的出气孔，将已造好的下型翻转180。4）修整分型面用镘刀将分型面模样周围的砂型表面压光修平，撒上一层分型砂，再用手风箱吹去落在模样上的分型砂。5）放置上砂箱及撒防止粘模的材料将与下砂箱配套的上砂箱安放在下砂箱上，再均匀地撒上防止粘模的材料。6）填砂和紧实先放置浇冒口，浇冒口的位置要合理可靠，并先用面砂固定它们的位置。其填砂和舂砂方法与下砂箱操作
12、相同。7）修整上型表面及开型先用刮板刮去多余的背砂，使砂型表面与砂箱四边平齐，再用镘刀刮平浇冒口处的型砂，用通气针扎出气孔，取出浇冒口模样，在浇口处开设浇口盆。8）修整分型面清除分型面上的分型砂，用掸笔润湿模样周围的型砂，准备起模。9）敲模和起模使模样向四周轻轻松动，再用起模针或起模钉将模样从砂型中起出。10）修型先开挖浇注系统的横浇道和内浇道，并修光浇冒口系统表面。将砂型型腔损坏处修好，最后修整、刮平全部型腔表面。11）合型按定位标记将上型合在下型上，放置适当重量的压铁，抹好箱缝，准备浇注。合型后的轴承盖砂型制作完成。3.操作要点1）模样放置在造型平板上安放模样时应注意以下几个方面。（1）注
13、意模样的起模斜度方向，以保证模样容易从砂型中起出。（2）应留出浇注系统冒口的安放位置。（3）应使铸件的重要加工面处在浇注位置的底面或侧面。（4）模样与砂箱内壁和顶面间必须留有30100 mm的距离（即吃砂量）。2）填砂和舂砂填入砂型中的型砂有面砂和背砂两种，贴近模样的为面砂，其余为背砂。面砂厚度由铸件的壁厚决定，一般舂实后为2060 mm，其余部分可用背砂分层填入和舂实，舂砂是造型过程中最基本的操作之一，其目的是使砂型紧实。3）撒分型砂上型的舂砂工作是放在下型上进行的，因而为了不使上、下型粘在一起，生产中常在分型面上均匀地撒一层很薄的隔离材料，即细粒度的干砂，通常称为分型砂。4）砂型的排气在浇
14、注时，砂型中会产生大量的气体，为了尽量排出气体，在造型时可采用以下工艺措施。（1）扎出气孔。（2）设置出气冒口。5）砂型定位在合型时，上型必须准确地合在下型上，生产中常采用以下几种定位方法。（1）定位销定位。（2）泥号定位。6）开型方法将模样从砂型中取出的过程称为开型。开型的方法很多，有直接开型法、活动开型法、转动开型法、带模开型法、翻转开型法、异向开型法等。7）起模在起模前应做好准备工作，即刷水和敲模。对于小型铸件的起模，将起模针扎在模样重心上，用一只手垂直向上提起模针，另一只手拿木槌轻击模样，边敲边向上提；对于大中型铸件的起模，则应采用起重机起模，注意吊钩要对准模样的重心位置，边敲边起模，
15、当模样起高30 mm左右时，应停止敲击和起模，用造型工具将模样四周的分型面修平，再继续起模，直到模样脱离型腔。8）修型对砂型有损坏的地方应进行修整，修型所用的造型材料为面砂，为了保证修型质量，在砂型需要修补的地方可先用水湿润，其修型操作应该自上而下地进行，以防止上面修理好的砂型又被落下的散砂弄脏或损坏。9）开设浇冒口系统在开设浇注系统时要注意以下几点。（1）内浇道的开设不能正对型芯和型腔内的薄弱部分，防止浇注时冲坏型芯或砂型。（2）内浇道不能开设在横浇道的两个端部和上面，以及直浇道的下面，这是为了让金属液中的杂质能存留在横浇道中，防止流入型腔。（3）内浇道开设的数目是根据铸件的大小、形状、材质
16、及壁厚情况来确定的。10）刷涂料或敷料在砂型型腔表面刷涂料或敷料的目的是防止铸件表面粘砂，涂料在使用之前，必须搅拌均匀，因为涂料是一种悬浊液，容易产生沉淀。若型腔表面需经多次涂刷，第一层涂料的浓度应稍大，刷后用镘刀修光型腔表面，最后一层使用较稀的涂料涂刷，除了在型腔表面应刷涂料外，在分型面、型腔交接处、浇冒口系统、芯头和芯座等处，也应刷适当的涂料层。四、注意事项(1)进入车间要穿好工作服、工作鞋，戴好工作帽。(2)行走时要注意地面的工件和空中行车。(3)砂箱码放要稳固，防止倒塌伤人。(4)工作场地要经常保持干净，砂箱和砂子要堆放在规定的区域内，留出浇注道路及人行通道。(5)造型时，不要用嘴吹砂
17、，以免砂粒飞入眼内。搬动或翻转砂箱时，要用力均匀，小心轻放，不要压伤手脚。五、评分标准填写该实训评分表。实训二 金属的熔炼与浇注一、实训内容轴承盖砂型熔炼和浇注操作训练。二、工艺知识1.熔炼金属熔炼的质量对能否获得优质铸件有着重要的影响。熔炼是通过加热使金属由固态转变为液态，并通过冶金反应去除金属液中的杂质，使其温度和成分达到规定要求的过程和操作。常用的熔炼金属设备有冲天炉、电炉和感应炉等。目前使用较多的是冲天炉，其优点是结构简单，操作方便，成本低，而且能连续生产。1）冲天炉的构造冲天炉是圆柱形竖式炉，其结构形式较多，但主要部分基本相似。冲天炉主要由以下几部分组成。（1）炉底。整个冲天炉装在炉
18、底板上，炉底板用4根支柱支撑，炉底板上装有两扇可以开闭的炉底门。（2）炉体。炉体包括炉身和炉缸两部分，从底排风口到炉底的部分为炉缸，从底排风口至加料口的部分为炉身。（3）烟囱。从加料口到炉顶部分为烟囱。（4）前炉。前炉通过过道与炉缸相连，前炉上开设有窥视孔、出渣口、出铁口及出铁槽。（5）加料装置。加料装置由加料机和加料桶组成，其作用是将炉料按一定的配比和质量，按次序分批从加料口投入炉内。2）冲天炉炉料冲天炉炉料由金属炉料、燃料和熔剂三部分组成。（1）金属炉料。金属炉料由高炉生铁(即生铁锭)、回炉铁(浇冒口、废铸件等)、废钢及铁合金(硅铁、锰铁等)按比例配制而成。（2）燃料。常用的燃料是焦炭。（
19、3）熔剂。熔剂主要起造渣作用。2.浇注把液体金属浇入铸型的过程称为浇注。1）浇包浇包是浇注常使用的工具。浇包在使用前应烘干，以免降低铁液温度或引起铁液飞溅。（1）吊包。吊包的容量在200 kg以上，用吊车装运进行浇注，适用于浇注大型铸件。（2）手提浇包。手提浇包的容量在20 kg左右，用于浇注小铸件。（3）抬包。抬包的容量在50100 kg左右，适用于浇注中小型铸件。2）浇注工艺（1）浇注温度。金属液浇注温度的高低应根据合金的种类、生产条件、铸造工艺、铸件的技术要求而定。（2）浇注速度。浇注速度的快慢对铸件质量的影响也较大。3.铸件的落砂和清理铸件浇注完毕并冷却凝固后，还必须进行落砂和清理等工
20、作。1）落砂将铸件从砂型中取出来的操作称为落砂。2）铸件清理落砂后的铸件必须经过清理工序，才能使其表面满足要求。清理工作主要包括以下内容。（1）除芯。（2）清除浇冒口。（3）表面清理。（4）时效处理。三、轴承盖砂型熔炼和浇注实训操作1.金属的熔炼用金属熔炼设备熔炼金属。2.金属液的浇注用浇包浇注时，金属液流应对准浇口盆，浇包高度要适宜。要一次浇满铸型，不能断断续续地浇注，以防铸件产生冷隔现象。3.铸件的落砂与清理铸件冷却到合适温度后进行落砂。最后清除铸件浇冒口、去除毛刺和清理铸件表面粘砂，浇注操作完成。四、注意事项(1)浇注前应清理生产现场，了解铸型情况，估计好铁液的重量，铁液不够时不应浇注。
21、(2)尽量事先除去浇包内浮在铁液表面的熔渣，以利浇注时扒渣或挡渣。(3)开始时应细流浇注，防止飞溅；结束时也应细流浇注，防止铁液溢出，并可减少抬箱力。(4)应注意及时引燃从铸型的冒口和出气孔中排出的气体，防止CO等有害气体污染空气。(5)浇注过程中不能出现断流，应使浇口盆始终保持充满液态金属，以利于熔渣上浮。(6)铸件凝固后应及时卸去压铁和砂箱紧固装置，以防铸件受到过大的铸造应力而产生裂纹。五、评分标准填写该实训评分表。明确该模块学习重点，在任务驱动下开始教学。明确实训任务结合实物，讲解砂箱的构造，教师讲解，学生观察。讲解砂箱造型分类。熟悉型砂性能、组成，掌握型砂处理和制备的方法。了解砂型制造中常用的工模具。了解浇筑系统的组成、类型。了解合型操作过程及注意要点，能够进行合型操作。教师按轴承盖整模砂箱造型实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。提示实训过程中需要注意的问题。根据实训表现，填写评分表。明确实训任务讲解常用熔炼金属的设备分类。熟悉熔炼过程，掌握浇注、落砂的方法。教师按轴承盖砂型熔炼和浇注实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。提示实训过程中需要注意的问题。根据实训表现，填写评分表。9第 页