砂型鑄造的基本過程 Jun-2014

1、· 砂型鑄造的基本過程· 砂型鑄造有六個基本步驟:1) 把模樣放入砂中制成一個模具。2) 在澆注系統(tǒng)中把原型和砂子接合起來。3) 把模樣去掉。4) 把模具的空隙用熔化了的金屬填充起來。5) 讓金屬冷卻。6) 把砂型模具敲掉取出鑄件。 砂型鑄造案例項目導入：軸承座鑄件的造型工藝方案。鑄件簡圖：軸承座如圖2-1所示。鑄件材料：HT150。體積參數(shù)：輪廓尺寸240mm´65mm´75mm，鑄件重量約5kg。生產(chǎn)性質(zhì)：單件生產(chǎn)。項目要求：確定鑄件的造型工藝方案并完成造型操作。圖2-1 軸承座將液體金屬澆入用型砂搗實成的鑄型中，待凝固冷卻后，將鑄型破壞，取出鑄件的

2、鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常用合金鑄件的生產(chǎn)。套筒的砂型鑄造過程如圖2-2所示，主要工序包括制造模樣型芯盒、制備造型材料、造型、制芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗等。圖2-2 套筒的砂型鑄造過程鑄件生產(chǎn)前需根據(jù)零件圖繪制出鑄造工藝圖，鑄造工藝圖是在零件圖上用各種工藝符號及參數(shù)表示出鑄造工藝方案的圖形。其中包括：澆注位置，鑄型分型面，型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及其固定方法，加工余量，收縮率，澆注系統(tǒng)，起模斜度，冒口和冷鐵的尺寸和布置等。鑄造工藝圖是指導模樣(型芯盒)設(shè)計、生產(chǎn)準備、鑄型制造和鑄件檢驗的基本工藝文件。砂型鑄造主要工序包括：(1)

3、根據(jù)零件圖制造模樣和型芯盒；(2) 配制性能符合要求的型(芯)砂；(3) 用模樣和型芯盒進行造型和造芯；(4) 烘干型芯(或砂型)并合型；(5) 熔煉金屬并進行澆注；(6) 落砂、清理和檢驗。2.1.1 常用造型工模具1. 砂箱制造砂型時，需要用一種無底、無蓋并圍繞砂型的框架，以防型砂搗實時向外擠出，這種框架就叫做砂箱，砂箱的作用是便于造型，便于翻轉(zhuǎn)砂型及搬運砂型。砂箱可緊固著在它里面所搗實的型砂，它的四壁可承受金屬液對型砂的側(cè)壓力，砂箱附有合型時的對準裝置及吊運翻箱和夾緊裝置，如圖2-3所示。砂箱的結(jié)構(gòu)和尺寸做得是否合理，對獲得優(yōu)質(zhì)鑄件、提高生產(chǎn)率、減輕勞動強度都有著重要的意義。在選擇砂箱大

4、小時，要根據(jù)模樣的大小和數(shù)量來定。也就是說，模樣應(yīng)該有足夠的吃砂量(模樣邊與砂箱內(nèi)壁的距離)，吃砂量太小，舂不緊，砂型強度低，易造成沖砂、漏箱缺陷；吃砂量太大，則浪費人力及型砂，降低生產(chǎn)率。砂箱選用多大合適，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。圖2-3 砂箱2. 模底板模底板是一塊具有光滑工作面的平板，如圖2-4所示。造型時用來托住模樣、砂箱和砂型。模底板通常是用硬木材料制成，也可采用鋁合金或鑄鐵、鑄鋼鑄成。圖2-4 木制模底板3. 模樣與型芯盒用來獲得鑄件外形的模具稱為模樣，用來獲得鑄件內(nèi)腔的模具稱為型芯盒，如圖2-2中所示。有時型芯盒制成的型芯，也可以用來獲得鑄件的外形。按制造模樣和型芯盒所用材料的不同，

5、可分為木模、金屬模和塑料模3類。l 木模。用木材制成的模樣和型芯盒。木材質(zhì)輕，易于加工成型，生產(chǎn)周期短、成本低。但不耐用、易變形，是單件或小批量生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的模樣材料。l 金屬模。用金屬材料制作的模樣和型芯盒。常用的金屬材料有鋁合金、銅合金和灰口鑄鐵等。鋁合金具有質(zhì)輕、易于加工成型、不易生銹等優(yōu)點，是最常用的金屬材料。l 塑料模。塑料模的性能介于木模與金屬模之間。在實際生產(chǎn)中，木模的應(yīng)用最為廣泛。由于木模形成鑄型的型腔，故木模的結(jié)構(gòu)一定要考慮鑄造的特點。如為便于取模，在垂直于分型面的木模壁上要做出斜度(稱拔模斜度)；木模上壁與壁的連接處應(yīng)采用圓角過渡；在零件的加工部位上，要留出切削加工時切

6、除的多余金屬層(稱加工余量)，考慮金屬冷卻后尺寸變小，木模的尺寸要比零件尺寸大一些(稱收縮余量)；而在零件上有孔的部位，木模上是實心無孔，且凸起一塊(稱型芯頭)?？梢娔灸Ｅc零件是有區(qū)別的，因此，木模一般不直接按照零件圖紙來制造，但須以零件圖為基礎(chǔ)，對零件進行鑄造工藝設(shè)計，并繪制出鑄造工藝圖后，再制造木模和型芯盒。以上工裝(模樣及芯盒等)在使用時須注意維護其精確度，如舂砂時避免搗著它們的表面；在起?；蚱鹦竞泻笠⒓从妹⑶謇恚⒂妹藜啿粮蓛?，否則粘模的型(芯)砂風干后不好清除，用硬物清除時刮壞工作表面；用畢后整理好，放在架上防止受潮。大型復(fù)雜件?？慷鄠€砂芯及砂型分部組成其幾何形狀，下芯時需用樣板

7、來檢驗相互間位置尺寸是否正確。復(fù)雜的砂芯往往分塊制造，有時須用下芯夾具使之裝配好后一起下入型腔。4. 造型工具常用的造型工具有下列幾種。l 鐵鍬。又稱鐵锨，用來鏟運和拌和型(芯)砂(圖2-5)。l 篩子。有方形和圓形兩種；方形篩用來篩分原砂或型砂(圖2-6)；圓形篩一般為手篩，用于將面砂篩到模樣表面。圖2-5 鐵鍬圖2-6 方形篩子l 砂舂。用來舂實型砂，砂舂的頭部分扁頭和平頭兩種，一般將它們分別做在砂舂的兩端，扁頭用來舂實模樣周圍及砂箱靠邊處或狹窄部分的型砂，平頭用以舂平砂型表面(圖2-7)。l 刮板。又稱刮尺，用平直的木板或鐵板制成，長度應(yīng)比砂箱寬度長些(圖2-8)。在砂型舂實后，用來刮去

8、高出砂箱的型砂。(a) 地面造型用砂舂 (b) 一般造型用砂舂圖2-7 砂舂 圖2-8 刮板l 通氣針。又稱氣眼針，有直的和彎的兩種，用來扎出通氣的孔眼，一般為f28mm，用鐵絲或鋼條制成(圖2-9)。l 起模針和起模釘。用來起出砂型中的模樣。工作端為尖錐形的叫起模針，用于起出較小的模樣；工作端為螺紋形的叫起模釘，用于起出較大的模樣(圖2-10)。圖2-9 通氣針圖2-10 起模針和起模釘l 撣筆。用來在起模前潤濕模樣邊緣的型砂，或在小的砂型和砂芯上涂刷涂料(圖2-11)。l 排筆。用來在砂型大的表面刷涂料或清掃砂型(芯)上的灰砂(圖2-12)。圖2-11 撣筆圖2-12 排筆l 粉袋。用來在

9、型腔表面抖敷石墨粉或滑石粉。l 皮老虎。用來吹去砂型上散落的灰土和砂粒，使用時不可用力過猛，以免損壞砂型，如圖2-13所示。l 風動搗固器。又稱風沖子或風槍，如圖2-14所示。它由壓縮空氣帶動，用來舂實較大的砂型和砂芯，以減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。圖2-13 皮老虎圖2-14 風動搗固器l 鋼絲鉗。用來綁扎芯骨或彎曲砂鉤等。l 活動扳手。在合型緊固工作中用來松緊螺母或螺釘。5. 修型工具制好的砂型(芯)還要用各種形狀的修型工具把其缺陷修補好，使砂型(芯)質(zhì)量合格。常用的修型工具有以下幾種。l 鏝刀。又稱刮刀，一般用工具鋼制成，頭部形狀有平頭的、圓頭的、尖頭的幾種，手柄用硬木制成，如圖2-1

10、5所示。用以修理砂型(芯)的較大平面，開挖澆冒口，切割大的溝槽及在砂型插釘時把釘子拍入砂型等。l 提鉤。又稱砂鉤；用工具鋼制成，見圖2-16所示。用于修理砂型(芯)中深而窄的底面和側(cè)壁及提出落在砂型中的散砂。圖2-15 鏝刀(a) 直提鉤 (b) 帶后跟提鉤圖2-16 提鉤l 半圓。又叫竹爿?；蚱焦鈼U，用來修整垂直弧形的內(nèi)壁和它的底面，如圖2-17所示。l 法蘭梗。又稱光槽鏝刃，由鋼或青銅制成，如圖2-18所示。供修理砂型(芯)的深窄底面及管子兩端法蘭的窄邊用。圖2-17 竹爿梗 圖2-18 法蘭梗l 成型鏝刀。用鋼或鑄鐵制成，形狀不一，往往根據(jù)實際生產(chǎn)中所修表面的形狀而定，如圖2-19所示。

11、用來修整鏝光砂型(芯)上的內(nèi)外圓角、方角和弧形面等。圖2-19 成型鏝刀l 壓勺。多由鋼制成，一端為弧面，另一端為平面，勺柄斜度為30°，如圖2-20所示。供修理砂型(芯)較小平面，開設(shè)較小澆口時使用。l 雙頭銅勺。又稱秋葉，是一種銅制的、兩頭均為匙形的修型工具，如圖2-21所示。用來修整曲面或窄小的凹面。圖2-20 壓勺 圖2-21 雙頭銅勺6. 常用量具l 卷尺。用來測量長度。l 鋼板尺。是測量長度、外徑和內(nèi)徑等尺寸的常用量具(圖2-22)。圖2-22 鋼板尺l 鐵角尺。用來劃線或檢查被測物體的垂直度(圖2-23)。l 水平儀。用來測量被測平面是否水平(圖2-24)。圖2-23

12、鐵角尺 圖2-24 水平儀l 卡鉗。是一種常用的量具，不能直接看出尺寸數(shù)字，須與鋼板尺配合使用?？ㄣQ用來測量砂型(芯)的外徑與內(nèi)徑、凹槽寬度等，如圖2-25所示。l 濕態(tài)砂型硬度計。如圖2-26所示，用來測量砂型(芯)表面硬度。一般砂型緊實后的硬度為7080，緊實度高的砂型表面硬度為8590；砂芯的硬度為7080。(a) 外徑卡鉗 (b) 內(nèi)徑卡鉗圖2-25 卡鉗圖2-26 濕態(tài)砂型硬度計濕態(tài)砂型硬度計是用鋼球被壓入的深度來表示硬度的大小。鋼球壓入0.05mm的深度算一度，從硬度計的指針可直接讀出硬度值。“砂型鑄造”砂型鑄造到目前為止，砂型鑄造仍然是應(yīng)用最廣泛的鑄造方法。原因是砂型鑄造不受合金

13、種類、鑄件 形狀和尺寸的限制，適應(yīng)各種批量的生產(chǎn)，尤其在單件和成批生產(chǎn)中，具有操作靈活、設(shè)備 簡單、生產(chǎn)準備時間短等優(yōu)點。目前我國砂型鑄造 件仍占鑄件總產(chǎn)量的80%以上。砂型鑄造的基本工藝過程如圖所示。掌握砂型鑄造的基本規(guī)律是正確進行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計和合理制定鑄造工藝方案的基礎(chǔ)。 根據(jù)完成造型工序的方法不同，砂型鑄造可以分為手工造型和機器造型兩大類。 圖C-1 砂型鑄造工藝過程示意圖 砂型鑄造手工造型 手工造型定義-全部用手工或手動工具完成的造型工序稱為手工造型。 優(yōu)點、缺點-手工造型操作靈活、工藝裝備(模樣、芯盒、砂箱等)簡單、生產(chǎn)準備時間短、適應(yīng)性強，造型質(zhì)量一般可滿足工藝要求，但生產(chǎn)率低、勞

14、動強度大、鑄件質(zhì)量較差，所以主要用于單件小批生產(chǎn)。 分類應(yīng)用范圍-手工造型方法多種多樣，實際生產(chǎn)中可根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件選用合適的造 型方法。常用的手工造型方法的特點及應(yīng)用范圍如表C-1所示。表C-1 常用手工造型方法的特點及應(yīng)用范圍 造 型 方 法 主 要 特 點 適 用 范 圍 按砂箱特征分類 兩箱造型 它是造型的最基本方法，鑄型由上箱和下箱構(gòu)成，操作方便 各種生產(chǎn)批量和各種大小鑄件 三箱造型 鑄型由上、中、下三箱構(gòu)成。中箱高度須與鑄件兩個分型面的 間距 相適應(yīng)。三箱造型操作費工，且需配有合適的砂箱 單件小批生產(chǎn)。具有兩個分型面 的鑄件 脫箱造型(無箱造型) 在可脫砂箱內(nèi)

15、造型，合型后澆注前，將砂箱取走 ，重 新用于新的造型。用一個砂箱可重復(fù)制作很多鑄型，節(jié)約砂箱。需用型砂將鑄型周圍填實， 或在鑄型上加套箱，以防澆注時錯型 生產(chǎn)小鑄件。因砂箱無箱帶，所以砂箱尺寸小于400 mm×400 mm×150 mm 地坑造型 在地面以下的砂坑中造型，不用砂箱或只用上箱，大鑄件需在砂床 下面 鋪以焦炭，埋上出氣管，以便澆注時引氣。減少了制造砂箱的費用和時間，但造型費工、勞動量大，要求工人技術(shù)較高 砂箱不足，或生產(chǎn)批量不大、質(zhì)量要求不高的鑄件，如 砂箱壓鐵、爐柵、芯骨等 按模樣特征分類 整模造型 模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在一個砂箱內(nèi)。造型簡

16、單， 鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷 最大截面在一端，且為平面的鑄件 挖砂造型 模樣是整體的，分型面為曲面。為起出模樣，造型時用手工挖 去阻礙起模的型砂。造型費工、生產(chǎn)率低，要求工人技術(shù)水平高 單件小批生產(chǎn)。分 型面不是 平面的鑄件 假箱造型 克服了挖砂造型的缺點，在造型前預(yù)先做一個與分型面相吻合的底胎，然后在底胎上造下型。因底胎不參加澆注，故稱假箱。它比挖砂造型簡便，且分型面整齊 在成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件 分模造型 將模樣沿最大截面處分為兩半，型腔位于上、下兩個砂型內(nèi)， 造型簡單，節(jié)省工時 最大截面在中部的鑄件 活塊造型 鑄件上有妨礙起模的小凸臺、筋條等。制模時將這些部分做成活動 的(即活塊)。起模

17、時，先起出主體模樣，然后再從側(cè)面取出活塊。造型費工，工人技術(shù)水平要求高 單件小批生產(chǎn)。帶有突出部分難以起模的鑄件 刮板造型 用刮板代替實體模樣造型。可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期 。但生產(chǎn)率低，要求工人技術(shù)水平高 等截面的或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件小批 生產(chǎn)，如帶輪、鑄管、彎頭等 砂型鑄造機器造型機器造型-由造型機完成造型過程中的填砂、緊實和起摸等主要動作。與手工造型相比，可大大提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，提高鑄件精度和表面質(zhì)量。 機器造型方法的分類、優(yōu)點、缺點及應(yīng)用范圍如表C-2所示。 表C-2 機器造型方法的特點及適用范圍 緊實方法 型砂緊實方式及砂型特征 適用范圍 震擊 借機械震

18、擊賦予型砂動能和慣性緊實成形，砂型上松下緊，常需補壓 用于精度要求不高的中小鑄件成批大量生產(chǎn) 壓實 單純壓實 型砂借助于壓頭或模樣所傳遞的壓力緊實成形，按比壓大小可分為低壓(0.150.4 MPa)、中壓(0.40.7 MPa)、高壓(0.7 MPa)三種 中低壓用于精度要求不高的簡單鑄件中小批生產(chǎn)；高壓用于精度要求高、較復(fù)雜鑄件的大量生產(chǎn) 單向壓實 直接受壓面砂型緊實度較高，但不均勻，若比壓不足則緊實度低 用于精度要求不高、扁平鑄件的中小批量生產(chǎn) 差動壓實(雙向) 首先壓頭預(yù)壓(上壓)，其次模樣面補壓(下壓)，然后壓頭終壓，其砂型的緊實度及均勻性均優(yōu)于單向壓實 用于精度要求較高、較復(fù)雜鑄件的大 量生產(chǎn) 震壓 普通震壓 震擊加壓實 ，其砂型視在密度的波動范圍小，可獲得緊實度較高的砂型 用于精度要求較高、較復(fù)雜鑄件的大量成批生產(chǎn) 微震壓實 震擊頻率400300 Hz，振幅小，可同時微震壓實，也可先微震后壓實，比單純壓實可獲得較高的砂型緊實度，均勻性也較高 可用于精度要求較高、較復(fù)雜鑄件的成批大量生產(chǎn) 射壓 借助壓縮空氣賦予型砂動能預(yù)緊之后再用壓頭補壓成形，緊實度及均勻性較高，有頂射、底射和側(cè)射之，頂射結(jié)構(gòu)簡單 用于精度要求不高、一般中小件的成批大量生產(chǎn) 拋砂 借高速旋轉(zhuǎn)的葉片把砂團