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1、第二节第二节 砂型铸造及工艺方案的选择砂型铸造及工艺方案的选择 砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。铸型由砂型和砂芯组成，而砂型和砂芯是用砂子和粘结剂为基本材料制成的。是铸件生产的主要方法,占铸件总量的90%以上,可生产各种铸钢,灰铁,球铁,可锻铸铁,有色金属等.用于铸造各种机械零件。一、砂型铸造的工艺过程一、砂型铸造的工艺过程绘制零件铸造工艺图制造模样和芯盒造型和造芯下芯、合箱浇注落砂清理质量检验获得合格铸件。1 1砂型铸造生产过程砂型铸造生产过程2 2砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程3 3一）、造型材料一）、造型材料 制造铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主要是制造
2、铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主要是型砂和型砂和芯砂芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。造型材料应具备以下性能：造型材料应具备以下性能：4 4、透气性、透气性1 1、可塑性、可塑性3 3、耐火性、耐火性2 2、足够的强度、足够的强度5 5、退让性、退让性型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。型砂和芯砂紧实后要易于通气。型砂和芯砂紧实后要易于通气。型砂和芯砂在冷却时其体积可
3、以被压缩。型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。4 4二）模样与芯盒二）模样与芯盒1 1、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。2 2、模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形、模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。具。3 3、砂型铸造多用、砂型铸造多用木材木材制造模样和芯盒。制造模样和芯盒。4 4、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。5 5三）造芯及合箱三）造芯及合箱1 1、造型芯、造型芯2 2、合箱、合箱 型芯的作用一
4、是形成铸件的内腔，二是简化模型的外形，以制型芯的作用一是形成铸件的内腔，二是简化模型的外形，以制出铸件上的台和槽等出铸件上的台和槽等。型芯采用比型砂更好的造型材料型芯采用比型砂更好的造型材料。造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好型芯、铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好型芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧，防止错箱和扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧，防止错箱和抬箱。抬箱。6 6四）铸铁的熔炼及浇注四）铸铁的熔炼及浇注1、铸铁的熔炼设备有、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉冲天炉和感应炉等。其原
5、料有金属料、燃料等。其原料有金属料、燃料和熔剂。和熔剂。2 2、浇注系统：引导金属液进入铸型型的通道。它包括浇口杯、浇注系统：引导金属液进入铸型型的通道。它包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。7 7五）落砂、清理和检验五）落砂、清理和检验 1、落砂：、落砂：出箱的温度一般不高于出箱的温度一般不高于500500度，以免铸件产生内应力或开裂。度，以免铸件产生内应力或开裂。清砂是清除型砂和芯砂的过程，有清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂水力清砂和水爆清砂两种方法。两种方法。2、清理：、清理：去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理
6、等方法。去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。3、检验：、检验：主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为为出箱和清砂出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。8 8二、砂型铸造的造型方法 造型
7、是砂型铸造最基本的工序,造型方法选择的是否合理,对铸件质量和成本有着重要的影响.一）手工造型：填砂、紧实和起模由人工完成优点:操作灵活,适用性强,模型成本低,生产准备时间短.缺点:铸件质量差,生产率低,劳动强度高.应用:单件,小批.9 9零件零件part木模木模wooden pattern砂箱砂箱flask 分模面分模面parting line手手工工造造型型的的两两箱箱造造型型图图解解1010手工造型的两箱造型图解手工造型的两箱造型图解型芯型芯上箱上箱 下箱下箱型腔型腔浇注系统浇注系统分型面分型面1111 手工造型方法：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、三箱造型、活块造型、刮板造型、地
8、坑造型等。1.1.整模造型整模造型n特点：分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。n应用范围：铸件最大截面在一端，且为平面。2.分模造型分模造型特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围：最大截面在中部，一般为对称性铸件。3.挖砂造型挖砂造型特点：模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件12124.假箱造型假箱造型特点：为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。
9、比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。应用范围：适用于成批生产中需要挖砂的铸件。5.三箱造型三箱造型 铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。特点：铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低，应尽量避免使用 应用范围：单件小批生产具有两个分型面的铸件。13136.活块造型活块造型特点：将模样上妨碍起模的部分，做成可活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产带有突起部分的铸件。7.刮板造型刮板造型1、2用刮板代替实体模样造型，可降低模样成本
10、，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。8.地坑造型地坑造型在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资，大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高1414二）机器造型 加（填）砂、紧砂与起模都由机器完成。优点：生产率高,铸件尺寸精确,光洁度高,加工余量少,劳动强度小,大批量生产.缺点：厂房、设备等要求高，投资大，批量生产才经济，只适于两箱(中箱无法紧实)，不宜用活块。机器造型原理:震实-压实-脱模震压造型过程151516161717
11、浇注位置；浇注位置；分型面；分型面；型芯的数量、形状、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法；尺寸及固定方法；加工余量；加工余量；收缩率；收缩率；拔模斜度；拔模斜度；浇注系统；浇注系统；冒口和冷铁的尺寸和冒口和冷铁的尺寸和布置等。布置等。铸造工艺图铸造工艺图在图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形在图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形.三、砂型铸造工艺方案的制订原则1818一）造型方法的选择原则：应根据铸件的生产批量、尺寸的大小、形状的复杂程度，车间的生产设备、工人的技术水平：在满足铸件技术要求条件下，以低成本、高生产率、高效益的原则选择造型方法。造型方法：手工造型、机器造型。附：铸型种类
12、的选择铸型：砂型、金属型、壳型。砂型分湿型、干型、表干型、自硬性。1919 二）浇注位置选择原则:浇注位置浇注位置-指金属浇注时铸件所处的空间位置。指金属浇注时铸件所处的空间位置。铸铸件件浇浇注注位位置置对对铸铸件件质质量量,造造型型方方法法等等有有很很大大影影响响,应应注注意意以以下下原原则则:1 1铸件重要的加工面应朝下铸件重要的加工面应朝下:1)1)若做不到若做不到,可放侧面或倾斜可放侧面或倾斜 2)2)若有几个加工面若有几个加工面,则应把较大的放下面则应把较大的放下面.如导轨面是关键面，不允许有缺陷如导轨面是关键面，不允许有缺陷,则要放下面；伞齿轮，等。则要放下面；伞齿轮，等。2 2铸
13、件的大平面应朝下。铸件的大平面应朝下。原因原因:上表面出现缺陷上表面出现缺陷,尤其易夹砂尤其易夹砂.3 3面面积积大大的的薄薄壁壁部部分分放放下下面面或或侧侧面面，有有利利于于金金属属充填充填,防止浇不足。防止浇不足。44易易形形成成缩缩孔孔的的铸铸件件,厚厚的的部部分分放放在在铸铸型型上上部部或或侧面侧面,便于安置冒口便于安置冒口,以补缩以补缩.20201。铸件中质量要求高或重要的加工表面，浇注时应尽可能放 在下面，如有困难则应放在侧面。上中中下 车床床身浇注位置 2121a)不合理b)合理 起重机卷筒的浇注位置分析上下上下2222 伞齿轮伞齿轮23232。铸件的大平面应放在下部。3。铸件的
14、薄壁部分应放在铸件下部或放在内浇口以下。具有大平面的铸件正确的浇注位置2424下上上下a)不正确b)正确 曲轴箱的浇注位置252526264。易于产生缩孔、缩松的铸件，应把厚大部位放在上面或侧 面，以便于安放冒口补缩。a)不利于补缩b)有利于补缩收缩大的铸钢件浇注位置选择2727三）三）铸型分型面的选择原则铸型分型面的选择原则 分型面-指砂箱间的接触表面，指指两两半半铸铸型型相相互互接接触的表面触的表面。分型面选择的合理可以简化造型操作,提高劳动生产率和降低成本。降低成本。1.应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一砂型中。2.尽量采用平直分型面,以简化操作及模型制造。为便于
15、起模,故分型面应选择在铸件最大截面处(手工造型时,局部阻碍起模的凸起可做活块)。3.尽量减少型芯和便于下芯,合型及检验位置。4.应尽量减少分型面和活块数量(中小件)。2828 分型面的表示分型面的表示29291。尽量使铸件全部或大部置于同一半型内，或者使加工 面和加工基准面放在同一半型中，这样有利于保证铸件 精度。汽车后轮毂的分型方案3030上下上下a)正确b)不正确 管子堵头分型面的选择31312。分型面应尽量采用平直面，简化造型工艺和减少模具制造成本。起重臂的分型面a)曲面分型面b)平面分型面32323。确定铸件的分型面应尽可能减少型芯数目、并使型芯便于安装、稳固、排气方便。a)不合理b)
16、合理3333上下上下上下上下a)不合理b)合理b)合理a)不合理34344。尽量减少分型面的数目，以便于保证铸件质量。减少分型面数目的实例a)b)a)一个分型面b)二个分型面3535不好不好好三通铸件分型面方案三通铸件分型面方案36365。分型面的确定应便于下芯、合箱及检查型腔尺寸。手工造型时减速箱盖的分型方案3737四）四）铸造工艺参数的选择铸造工艺参数的选择1、机械加工余量 机械加工余量：在铸件的加工面上预先留出的准备在机械加工时切去的金属层厚度。2、收缩率 铸件在冷却时，由于合金的线收缩而使铸件尺寸减少。因此在制造模样时，模样的尺寸必须比铸件的尺寸大一些。3、拔模斜度 为了便于起模或从芯
17、盒中取出型芯，应做出一定的斜度。4、最小铸出孔及槽5、铸造圆角38381 机加余量 机械加工余量：在铸件的加工面上预先留出的准备在机械加工时切去的金属层厚度。1)金属种类:灰口铸铁:表面平整,加工余量少.铸钢:浇注强度高,表面不平,加工余量大.有色金属:表面光洁.2)生产条件:大批量生产:机器造型,加工余量少.小批量生产:手工造型,加工余量大.3)尺寸位置:尺寸大:变形大,加工余量大.铸件顶面与底面,侧面比,表面质量差,余量大.39394040 2.拔模斜度（起模斜度）-为了便于起模，凡垂直于分型面为了便于起模，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型时需留出一定的斜度。的立壁，在制造模型时需留出一定
18、的斜度。为起模方便,把垂直壁做成斜的。拔模斜度根据起模难易程度、立壁高度及壁厚拔模斜度根据起模难易程度、立壁高度及壁厚,造型方法、模型造型方法、模型材料等确定材料等确定,一般一般15-315-3。1）机器造型比手工斜度小；2）木模比金属模斜度大；3）立壁高斜度小；4）外壁斜度比内壁斜度小。拔模斜度拔模斜度41414242增加厚度增加厚度增加厚度增加厚度 增加和减少厚度增加和减少厚度增加和减少厚度增加和减少厚度 减少厚度减少厚度减少厚度减少厚度4343结构斜度为了便于起模，凡垂直于分型面的不需要机械加为了便于起模，凡垂直于分型面的不需要机械加工的铸件表面设计有一定的斜度。工的铸件表面设计有一定的
19、斜度。也就是说，铸件上垂直于分型面的不加工表面最好具有结构斜度，也就是说，铸件上垂直于分型面的不加工表面最好具有结构斜度，这样起模省力、铸件精度高。这样起模省力、铸件精度高。44443 3）铸件上的孔和槽是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。一般来说，尺寸较小的孔不铸出反而经济。铸铁d30mm,铸钢d60mm,一般不铸,因铸出造型工艺复杂,质量不易保证,反而给机加带来困难.45453.3.收缩率收缩率:合金在凝固时存在着线收缩，铸件冷却后尺寸比型腔略小，因此模型尺寸应放大。放大量等于收缩量。收缩量铸件尺寸铸造收缩率 灰铁:0.71.0%铸钢:1.32.0%锡青铜:1.21.4%因收缩是非自由的
20、,所以受铸件形状状,尺寸的尺寸的影响.464647474.4.型芯固定型芯固定(一般靠型芯头一般靠型芯头)为了使型芯在铸型中定位和固定而设置型芯头的形状和尺寸对于型芯的装配工艺性和稳定性有很大影响.(1)垂直芯头-上芯头斜度大,高度小些,便于和箱,若垂直型芯粗,短,上芯头可省略.下芯头斜度小,高度大些,稳定.对于只能做上芯头的型芯,做成吊芯或盖板型芯.(2)水平芯头-芯头较长,芯头也有斜度,便于下芯合箱,悬壁型芯头必须长而大,以支持型芯,防下垂,或被金属液抬起.4848 4949505051515.铸造圆角 在制造模样时，包括设计铸件结构时，对直角相 交两壁要做出圆弧过渡。防止交角处产生缩孔和
21、 裂纹，粘砂和浇不足，并避免偏析。圆角半径3-10mm。6.浇注系统设计 1)组成：由浇口杯、直浇口、横浇道、内浇道组成。2)类型：按各组元截面积比例不同，浇注系统可分为：封 闭式、开放式、半封闭式。按内浇道开设的位置不同可分为：顶注式、底注式、中 间注入式。3)浇注系统尺寸的确定5252上下上下上下a)顶注式浇注系统c)中间注入式b)底注式浇注系统浇注系统案内浇道开设位置分类 5353545455557.7.冒口与冷铁的应用冒口与冷铁的应用 1)1)冒口应用：冒口应用：主要作用主要作用-补缩补缩,同时能排气同时能排气,集渣集渣.(1)(1)冒口设置原则冒口设置原则:保证顺序凝固保证顺序凝固,
22、放在最后凝固部分放在最后凝固部分-基本作用基本作用 尽量放在铸件最高处尽量放在铸件最高处,有利补缩有利补缩,熔渣易浮出熔渣易浮出.冒冒口口最最好好放放在在内内浇浇口口附附近近,使使金金属属液液通通过过冒冒口口再再进进入入铸型铸型,提高补缩效果提高补缩效果.尽量避开易拉裂部位尽量避开易拉裂部位;不影响自由收缩不影响自由收缩.尽量放在需加工部位尽量放在需加工部位,便于清理便于清理.(2)2)冒冒口口大大小小,依依合合金金收收缩缩性性质质及及具具体体铸铸件件凝凝固固条条件件查手册查手册.56562)2)冷铁应用冷铁应用:(1)1)分类分类:外外冷冷铁铁:只只和和铸铸件件外外表表面面接接触触而而起起激
23、激冷冷作作用用,与与型型砂砂一一起起清清出出,可可重复使用重复使用.内内冷冷铁铁:浇浇注注后后冷冷铁铁被被金金属属液液包包围围与与铸铸件件熔熔合合在在一一起起.有有气气密密性性要求的部分不能用要求的部分不能用.(2)2)作用作用:减少冒口数量减少冒口数量:改善凝固顺序改善凝固顺序,有利外缩有利外缩.可减少冒口尺寸可减少冒口尺寸:加内冷铁加内冷铁,加快铸件冷却加快铸件冷却.消除局部热节处的缩孔和缩松消除局部热节处的缩孔和缩松:加外冷铁加外冷铁.防防止止铸铸件件产产生生裂裂纹纹:同同时时凝凝固固,如如两两壁壁交交接接处处放放冷冷铁铁,以以消消除除热节热节.提高铸件硬度和耐磨性提高铸件硬度和耐磨性:利用外冷铁加快冷却利用外冷铁加快冷却,细化组织细化组织,提高硬提高硬度度.575758585959支架铸造工艺图支架铸造工艺图支架铸造工艺图支架铸造工艺图8.工艺设计举例工艺设计举例60606161