第二節(jié)砂型鑄造及工藝方案的選擇

1、 砂型鑄造是以砂為主要造型材料制備鑄型的一種鑄造方法。鑄型由砂型和砂芯組成，而砂型和砂芯是用砂子和粘結(jié)劑為基本材料制成的。是鑄件生產(chǎn)的主要方法, 占鑄件總量的90%以上,可生產(chǎn)各種鑄鋼,灰鐵,球鐵,可鍛鑄鐵,有色金屬等.用于鑄造各種機械零件。 一、砂型鑄造的工藝過程一、砂型鑄造的工藝過程繪制零件鑄造工藝圖制造模樣和芯盒造型和造芯下芯、合箱澆注落砂清理質(zhì)量檢驗獲得合格鑄件。砂型鑄造的工藝過程砂型鑄造的工藝過程一）、造型材料一）、造型材料 制造鑄型用的材料稱為造型材料，砂型鑄造使用主要是制造鑄型用的材料稱為造型材料，砂型鑄造使用主要是型砂和型砂和芯砂芯砂，它們是由砂、粘結(jié)劑和附加物組成。，它們是由

2、砂、粘結(jié)劑和附加物組成。造型材料應(yīng)具備以下性能：造型材料應(yīng)具備以下性能：4 4、透氣性、透氣性1 1、可塑性、可塑性3 3、耐火性、耐火性2 2、足夠的強度、足夠的強度5 5、退讓性、退讓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壞。型砂和芯砂在外力作用下要不易破壞。型砂和芯砂在高溫下要不易軟化、燒結(jié)、粘附。型砂和芯砂在高溫下要不易軟化、燒結(jié)、粘附。型砂和芯砂緊實后要易于通氣。型砂和芯砂緊實后要易于通氣。型砂和芯砂在冷卻時其體積可以被壓縮。型砂和芯砂在冷卻時其體積可以被壓縮。二）模樣與芯盒二）模樣與芯盒1 1、模樣與芯盒是制造鑄型和型芯

3、的工具。、模樣與芯盒是制造鑄型和型芯的工具。2 2、模樣形成鑄件的外形，其外形相當于鑄件的外部、模樣形成鑄件的外形，其外形相當于鑄件的外部形狀；型芯形成鑄件的內(nèi)腔形狀。芯盒是制造型芯的形狀；型芯形成鑄件的內(nèi)腔形狀。芯盒是制造型芯的工具。工具。3 3、砂型鑄造多用、砂型鑄造多用木材木材制造模樣和芯盒。制造模樣和芯盒。4 4、特種鑄造用金屬模、塑料模和其它模樣。、特種鑄造用金屬模、塑料模和其它模樣。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 型芯的作用一是形成鑄件的內(nèi)腔，二是簡化模型的外形，以型芯的作用一是形成鑄件的內(nèi)腔，二是簡化模型的外形，以制出鑄件上的臺和槽等制出鑄件

4、上的臺和槽等。 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機器造芯兩種。造芯方法也有手工造芯和機器造芯兩種。 鑄型的裝配工序簡稱合箱。合箱前，在鑄型中放好型芯、鑄型的裝配工序簡稱合箱。合箱前，在鑄型中放好型芯、扣上上箱、放置澆口杯。合箱后，兩箱要卡緊，防止錯箱和扣上上箱、放置澆口杯。合箱后，兩箱要卡緊，防止錯箱和抬箱。抬箱。四）鑄鐵的熔煉及澆注四）鑄鐵的熔煉及澆注1、鑄鐵的熔煉設(shè)備有、鑄鐵的熔煉設(shè)備有沖天爐和感應(yīng)爐沖天爐和感應(yīng)爐等。其原料有金屬料、燃料等。其原料有金屬料、燃料和熔劑。和熔劑。2 2、澆注系統(tǒng)：引導金屬液進入鑄型型的通道。它包括澆口杯、澆注系

5、統(tǒng)：引導金屬液進入鑄型型的通道。它包括澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道四個部分組成。直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道四個部分組成。五）落砂、清理和檢驗五）落砂、清理和檢驗 1、落砂：、落砂：出箱的溫度一般不高于出箱的溫度一般不高于500500度，以免鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或開裂。度，以免鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或開裂。清砂是清除型砂和芯砂的過程，有清砂是清除型砂和芯砂的過程，有水力清砂和水爆清砂水力清砂和水爆清砂兩種方法。兩種方法。2、清理：、清理：去除表面粘砂的方法有滾筒清理、噴射清理和拋丸清理等方法。去除表面粘砂的方法有滾筒清理、噴射清理和拋丸清理等方法。3、檢驗：、檢驗：主要包括外觀檢驗、內(nèi)部檢驗、化學性能和金相檢驗

6、等。主要包括外觀檢驗、內(nèi)部檢驗、化學性能和金相檢驗等。 將澆注成形后的鑄件從型砂和砂箱中分離出來的工序，它將澆注成形后的鑄件從型砂和砂箱中分離出來的工序，它分為分為出箱和清砂出箱和清砂兩個過程。有手工落砂和機械落砂兩種方法。兩個過程。有手工落砂和機械落砂兩種方法。去除澆口、冒口、飛邊、毛刺以及表面粘砂的工序。去除澆口、冒口、飛邊、毛刺以及表面粘砂的工序。其任務(wù)是確定合格的鑄件，去除有缺陷的鑄件。其任務(wù)是確定合格的鑄件，去除有缺陷的鑄件。二、砂型鑄造的造型方法 造型是砂型鑄造最基本的工序,造型方法選擇的是否合理,對鑄件質(zhì)量和成本有著重要的影響.一） 手工造型：填砂、緊實和起模由人工完成優(yōu)點:操作

7、靈活,適用性強,模型成本低,生產(chǎn)準備時間短.缺點:鑄件質(zhì)量差,生產(chǎn)率低,勞動強度高.應(yīng)用:單件,小批.零件零件part木模木模wooden pattern砂箱砂箱flask 分模面分模面parting line手工造型的兩箱造型圖手工造型的兩箱造型圖解解型芯型芯上箱上箱 下箱下箱型腔型腔澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)分型面分型面 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、活塊造型、刮板造型、地坑造型等。1. 1. 整模造型整模造型n特點：分型面為平面，鑄型型腔全部在一個砂箱內(nèi)，造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯箱缺陷。n應(yīng)用范圍： 鑄件最大截面在一端，且為平面。2. 分模造型分模造型特點：模樣沿

8、最大截面分為兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內(nèi)。造型方便，但制作模樣較麻煩。應(yīng)用范圍：最大截面在中部，一般為對稱性鑄件。3. 挖砂造型挖砂造型特點：模樣為整體模，造型時需挖去阻礙起模的型砂，分型面是曲面。造型麻煩，生產(chǎn)率低。應(yīng)用范圍：單件小批生產(chǎn)模樣薄、分模后易損壞或變形的鑄件4. 假箱造型假箱造型特點：為克服挖砂造型的挖砂缺點，在造型前預先做個底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。應(yīng)用范圍：適用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。5. 三箱造型三箱造型 鑄型由上、中、下三部分組成，中型的高度須與鑄件兩個分型面的間距相適應(yīng)。特點：鑄件兩端截面尺寸

9、比中間部分大，采用兩箱無法起模，將鑄型放在三個砂箱中，組合而成。三箱造型的關(guān)鍵是選配合適的中箱。造型復雜，易錯箱，生產(chǎn)率低，應(yīng)盡量避免使用 應(yīng)用范圍：單件小批生產(chǎn)具有兩個分型面的鑄件。6. 活塊造型活塊造型特點：將模樣上妨礙起模的部分，做成可活動的活快，便于起模。造型和制作模樣都很麻煩，生產(chǎn)率低。應(yīng)用范圍：單件小批生產(chǎn)帶有突起部分的鑄件。7. 刮板造型刮板造型1、2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，工人技術(shù)水平要求高。用于有等載面或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)、如帶輪、鑄管、彎頭等。8. 地坑造型地坑造型在車間地坑內(nèi)造型，用地坑代替下砂箱，只要

10、一個上砂箱，可減少砂箱的投資，大型鑄件單件生產(chǎn)時,降低鑄型高度,便于澆注操作。但造型費工，而且要求操作者的技術(shù)水平較高二）機器造型 加（填）砂、緊砂與起模都由機器完成。 優(yōu)點：生產(chǎn)率高,鑄件尺寸精確,光潔度高,加工余量少,勞動強度小,大批量生產(chǎn). 缺點：廠房、設(shè)備等要求高，投資大，批量生產(chǎn)才經(jīng)濟，只適于兩箱(中箱無法緊實)，不宜用活塊。機器造型原理:震實-壓實-脫模震壓造型過程澆注位置；澆注位置；分型面；分型面；型芯的數(shù)量、形狀、型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法；尺寸及固定方法；加工余量；加工余量；收縮率；收縮率；拔模斜度；拔模斜度；澆注系統(tǒng)；澆注系統(tǒng)；冒口和冷鐵的尺寸和冒口和冷鐵的尺寸和布置

11、等。布置等。鑄造工藝圖鑄造工藝圖在圖上用各種工藝符號表示出鑄造工藝方案的圖形在圖上用各種工藝符號表示出鑄造工藝方案的圖形.三、砂型鑄造工藝方案的制訂原則一）造型方法的選擇原則：應(yīng)根據(jù)鑄件的生產(chǎn)批量、尺寸的大小、形狀的復雜程度，車間的生產(chǎn)設(shè)備、工人的技術(shù)水平： 在滿足鑄件技術(shù)要求條件下，以低成本、高生產(chǎn)率、高效益的原則選擇造型方法。造型方法：手工造型、機器造型。附：鑄型種類的選擇鑄型：砂型、金屬型、殼型。砂型分濕型、干型、表干型、自硬性。 二） 澆注位置選擇原則:澆注位置澆注位置-指金屬澆注時鑄件所處的空間位置指金屬澆注時鑄件所處的空間位置。 鑄件澆注位置對鑄件質(zhì)量鑄件澆注位置對鑄件質(zhì)量, ,造

12、型方法等有很大影響造型方法等有很大影響, ,應(yīng)注意以下原應(yīng)注意以下原則則: : 1 1鑄件重要的加工面應(yīng)朝下鑄件重要的加工面應(yīng)朝下: : 1)1) 若做不到若做不到, ,可放側(cè)面或傾斜可放側(cè)面或傾斜 2)2) 若有幾個加工面若有幾個加工面, ,則應(yīng)把較大的放下面則應(yīng)把較大的放下面. . 如導軌面是關(guān)鍵面，不允許有缺陷如導軌面是關(guān)鍵面，不允許有缺陷, ,則要放下面；傘齒輪，等。則要放下面；傘齒輪，等。 2 2鑄件的大平面應(yīng)朝下。鑄件的大平面應(yīng)朝下。 原因原因: :上表面出現(xiàn)缺陷上表面出現(xiàn)缺陷, ,尤其易夾砂尤其易夾砂. . 3 3面積大的薄壁部分放下面或側(cè)面面積大的薄壁部分放下面或側(cè)面，有利于金

13、屬充填有利于金屬充填, ,防止?jié)膊蛔惴乐節(jié)膊蛔恪?4 4易形成縮孔的鑄件易形成縮孔的鑄件, ,厚的部分放在鑄型上部或側(cè)面厚的部分放在鑄型上部或側(cè)面, ,便便于安置冒口于安置冒口, ,以補縮以補縮. . 1。鑄件中質(zhì)量要求高或重要的加工表面，澆注時應(yīng)盡可能放 在下面，如有困難則應(yīng)放在側(cè)面。上中中下 車床床身澆注位置 a)不合理b)合理 起重機卷筒的澆注位置分析上下上下 傘齒輪傘齒輪2。鑄件的大平面應(yīng)放在下部。3。鑄件的薄壁部分應(yīng)放在鑄件下部或放在內(nèi)澆口以下。 具有大平面的鑄件正確的澆注位置下上上下a) 不正確b) 正確 曲軸箱的澆注位置4。易于產(chǎn)生縮孔、縮松的鑄件，應(yīng)把厚大部位放在上面或側(cè) 面，

14、以便于安放冒口補縮。上下上下a)不利于補縮b)有利于補縮收縮大的鑄鋼件澆注位置選擇三）三） 鑄型分型面的選擇原則鑄型分型面的選擇原則 分型面-指砂箱間的接觸表面，指兩半鑄型相互接指兩半鑄型相互接觸的表面觸的表面。分型面選擇的合理可以簡化造型操作,提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。降低成本。 應(yīng)盡量使鑄件的重要加工面或大部分加工面和加工基準面位于同一砂型中。 盡量采用平直分型面,以簡化操作及模型制造。為便于起模,故分型面應(yīng)選擇在鑄件最大截面處(手工造型時,局部阻礙起模的凸起可做活塊)。 盡量減少型芯和便于下芯,合型及檢驗位置。 應(yīng)盡量減少分型面和活塊數(shù)量(中小件)。 分型面的表示分型面的表示1。盡量使鑄

15、件全部或大部置于同一半型內(nèi)，或者使加工 面和加工基準面放在同一半型中，這樣有利于保證鑄件 精度。 350上下冒 口 汽車后輪轂的分型方案上下上下a) 正確b) 不正確 管子堵頭分型面的選擇下上下上2。分型面應(yīng)盡量采用平直面，簡化造型工藝和減少模具制造成本。 起重臂的分型面a) 曲面分型面b) 平面分型面3。確定鑄件的分型面應(yīng)盡可能減少型芯數(shù)目、并使型芯便于安裝、穩(wěn)固、排氣方便。a) 不合理b)合理上下上下上下上下a) 不合理b)合理b)合理a) 不合理4。盡量減少分型面的數(shù)目，以便于保證鑄件質(zhì)量。上下上中下中 減少分型面數(shù)目的實例a)b)a) 一個分型面b) 二個分型面不好不好好三通鑄件分型面

16、方案三通鑄件分型面方案5。分型面的確定應(yīng)便于下芯、合箱及檢查型腔尺寸。上中中下 手工造型時減速箱蓋的分型方案1、機械加工余量 機械加工余量：在鑄件的加工面上預先留出的準備在機械加工時切去的金屬層厚度。2、收縮率 鑄件在冷卻時，由于合金的線收縮而使鑄件尺寸減少。因此在制造模樣時，模樣的尺寸必須比鑄件的尺寸大一些。3、拔模斜度 為了便于起?；驈男竞兄腥〕鲂托?，應(yīng)做出一定的斜度。4、最小鑄出孔及槽5、鑄造圓角1 機加余量 機械加工余量：在鑄件的加工面上預先留出的準備在機械加工時切去的金屬層厚度。1) 金屬種類: 灰口鑄鐵:表面平整,加工余量少. 鑄鋼:澆注強度高,表面不平,加工余量大. 有色金屬:表

17、面光潔. 2) 生產(chǎn)條件:大批量生產(chǎn):機器造型,加工余量少. 小批量生產(chǎn):手工造型,加工余量大. 3) 尺寸位置: 尺寸大:變形大,加工余量大. 鑄件頂面與底面,側(cè)面比,表面質(zhì)量差,余量大. 2 .拔模斜度起模斜度為起模方便,把垂直壁做成斜的。 1） 機器造型比手工斜度小； 2）木模比金屬模斜度大； 3） 立壁高斜度??；4）外壁斜度比內(nèi)壁斜度小。 拔模斜度拔模斜度結(jié)構(gòu)斜度鑄件上的孔和槽是否鑄出，取決于工藝的可行性和必要性。一般來說，尺寸較小的孔不鑄出反而經(jīng)濟。鑄鐵 d30mm,鑄鋼 d60mm,一般不鑄,因鑄出造型工藝復雜,質(zhì)量不易保證,反而給機加帶來困難. 3.3. 收縮率收縮率: : 合金

18、在凝固時存在著線收縮，鑄件冷卻后尺寸比型腔略小，因此模型尺寸應(yīng)放大。放大量等于收縮量。 收縮量鑄件尺寸鑄造收縮率 灰鐵: 0.71.0% 鑄鋼: 1.32.0% 錫青銅: 1.21.4% 因收縮是非自由的,所以受鑄件形狀狀,尺寸的尺寸的影響. 4.4. 型芯固定型芯固定( (一般靠型芯頭一般靠型芯頭) ) 為了使型芯在鑄型中定位和固定而設(shè)置型芯頭的形狀和尺寸對于型芯的裝配工藝性和穩(wěn)定性有很大影響. (1)垂直芯頭-上芯頭斜度大,高度小些,便于和箱,若垂直型芯粗,短,上芯頭可省略. 下芯頭斜度小,高度大些,穩(wěn)定. 對于只能做上芯頭的型芯,做成吊芯或蓋板型芯. (2)水平芯頭-芯頭較長,芯頭也有斜

19、度,便于下芯合箱,懸壁型芯頭必須長而大,以支持型芯,防下垂,或被金屬液抬起. 5. 鑄造圓角 在制造模樣時，包括設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)時，對直角相 交兩壁要做出圓弧過渡。防止交角處產(chǎn)生縮孔和 裂紋，粘砂和澆不足，并避免偏析。圓角半徑3- 10mm。6. 澆注系統(tǒng)設(shè)計 1)組成：由澆口杯、直澆口、橫澆道、內(nèi)澆道組成。 2)類型：按各組元截面積比例不同，澆注系統(tǒng)可分為：封 閉式、開放式、半封閉式。 按內(nèi)澆道開設(shè)的位置不同可分為：頂注式、底注式、中 間注入式。 3)澆注系統(tǒng)尺寸的確定上下上下上下a) 頂注式澆注系統(tǒng)c) 中間注入式b) 底注式澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)案內(nèi)澆道開設(shè)位置分類 7. 7. 冒口與冷鐵的應(yīng)用冒口與冷鐵的應(yīng)用 1) 1)冒口應(yīng)用：冒口應(yīng)用：主要作用主要作用-補縮補縮, ,同時能排氣同時能排氣, ,集渣集渣. . (1) (1)冒口設(shè)置原則冒口設(shè)置原則: : 保證順序凝固保證順序凝固, ,放在最后凝固部分放在最后凝固部分 - -基本作用基本作用 盡量放在鑄件最高處盡量放在鑄件最高處, ,有利補縮有利補縮, ,熔渣易浮出熔渣易浮出. . 冒口最好放在內(nèi)澆口附近冒口最好放在內(nèi)澆口附