金屬工藝學砂型鑄造學校報告

1、砂型鑄造學習報告張璐礦業(yè)工程系機械設計制造及其自動化1203班20121804342鑄造簡介定義：是將液態(tài)金屬在重力或外力作用下填充到型腔中，待其冷卻凝固后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。優(yōu)點：1.適應性廣，工藝靈活性大（材料、大小、形狀幾乎不受限制）。 2.最適合制造形狀復雜的箱體、機架、閥體、泵體、缸體等。 3.成本較低（鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近） 主要缺點有：鑄件組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺產(chǎn)生，導致鑄件力學性能，特別是沖擊性能較低。鑄造從造型方法分，可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。目前最常用和最基本的造型方法是砂型鑄造。砂型鑄造定義：將液態(tài)金屬用砂

2、型緊實成的鑄型中，待其冷卻后，將鑄型破壞，取出鑄件的鑄造方法稱為鑄造。砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常有合金鑄件的生產(chǎn)。一、主要工藝包括：制造模樣、制備造型材料、造型、制芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗等。（一）砂型鑄型：用型砂、金屬或其他耐火材料制成，包括形成鑄件形狀的空腔、型心和澆冒口系統(tǒng)的組成整體。砂型：用型砂制成的鑄型；砂型的制作是砂型鑄造工藝過程的主要工序。（二）造型材料型砂用的是粘土砂，成分包括原砂（石英質(zhì)硅砂）、粘土（膨潤土、普通粘土）、水、附加物（煤粉，木屑等）。砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面

3、刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂和化學硬化砂型3種。粘土濕砂型 以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑，制成砂型后直接在濕態(tài)下合型和澆注。型（芯）砂的性能要求：1)可塑性：型砂在外力作用下成形，外力消除后仍能保持其形狀的性能2）強 度：抵抗外力破壞的能力3）耐火性：型砂在高溫熔融金屬的作用下不軟化、不熔融燒結及不粘附在鑄件表面的性能4）透氣性5)退讓性：鑄件冷卻收縮時，砂型與型芯的體積可以被壓縮的性能（三）模樣和芯盒1

4、.模樣 由木材、金屬或其他材料制成，用來形成鑄型型腔的工藝裝備，模樣是按照根據(jù)零件圖樣要求繪制的鑄造工藝圖樣制造的2.芯盒 制造型芯或其他類耐火材料芯所用的裝備。鑄造工藝參數(shù)是指鑄造工藝設計時，需要確定的某些工藝數(shù)據(jù)。這些工藝數(shù)據(jù)一般與模樣和芯盒有關，同時也與造型、造芯、下芯及合型的工藝過程有關。選擇不當會影響鑄件的精度。生產(chǎn)率和成本。按工藝圖制作時要注意點以下幾點：（1）加工余量：指為了保證逐漸加工面尺寸和兩件精度，在鑄件工藝設計時預先增加而在機械加工時切去的金屬層厚度。加工量過大，會浪費金屬和加工工時，過小則達不到加工要求，影響產(chǎn)品質(zhì)量。加工余量取決于鑄件生產(chǎn)批量、合金的種類、鑄件的大小、

5、加工面與基準面之間的距離及加工面在澆注時的位置等。采用機器造型，鑄件精度高，余量可減?。菏止ぴ煨驼`差大，余量應加大。鑄鋼件因收縮大，表面粗糙，余量應加大：非鐵合金鑄件價格昂貴，且表面光潔 ，余量應比鑄鐵小。鑄件的尺寸愈大或加工面與基準面之間的距離越大，尺寸誤差也越大，故余量也應隨之加大。澆注時鑄件朝上的表面因產(chǎn)生缺陷的概率較大，其余量應比底面和側面大。其大小根據(jù)鑄件尺寸公差和加工余量等級來確定。一般小型鑄件的加工余量為2-6mm；（2）收縮余量：指為了補償鑄件收縮，模樣比鑄件圖樣增大的數(shù)值，鑄造收縮率K表達式為K=(L模-L件)/L件*100%L模模樣或芯盒工作面的尺寸(mm)L件鑄件的尺寸（

6、mm）（3）起模斜度：指為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫落。在鑄造工藝上加工余量直接表示出來，而不加工表面上的斜度（結構斜度）僅需文字注明即可。模樣越高，斜度取值越??；內(nèi)壁斜度比外壁斜度大，手工造型比機器造型的斜度大。平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度，一般為0.5°-3°；（4）為保證型芯在鑄型中定位、固定和排氣，在模樣和型芯上都要設計出型芯頭。型芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類。（四）造型造型是指用型砂及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程。造型是砂型鑄造最基本的工序，通常分為手工造型和機器造型兩大類。造型方法的選擇是否合理，對鑄件質(zhì)量和成本有著很大影響。手工造型是

7、全部用手工或手動工具完成的造型工具。手工造型的特點是操作方便靈活、適應性強，模樣生產(chǎn)準備時間短。但生產(chǎn)效率低，勞動強度大，鑄件質(zhì)量不敢保證。只適用于單件或小批量生產(chǎn)。各種常用手工造型的方法的特點及適用范圍如下：按砂箱特征區(qū)分：兩箱造型，主要特點，造型由上型和下型組成，造型、起模、修模等操作比較方便。是造型最基本的方法；適用于各種生產(chǎn)批量，各種大、中、小鑄件。三箱造型，主要特點，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。三箱造型費工，應盡量避免適用；主要用于單件、小批量生產(chǎn)具有兩個分型面的鑄件。地坑造型，主要特點，在車間地坑內(nèi)造型，用地坑代替下砂箱，只要一個上砂箱，可減少

8、砂箱的投資。但造型費工，而且要求操作者的技術水平較高。按模樣特征分為整模造型、挖砂造型、假箱造型、分模造型、活塊造型和刮板造型。型砂和芯砂是用來制造砂型和型芯的主要材料，其質(zhì)量對鑄造生產(chǎn)過程及鑄件質(zhì)量有很大影響，據(jù)統(tǒng)計，鑄件廢品中約有50%以上與其有關。因此，合理合理選用和配制型砂和芯砂很重要。型砂分為粘土砂、水玻璃砂、油砂、樹脂砂。砂型是由上砂型、下砂型、型腔（形成鑄件形狀的空腔）、砂芯、澆注系統(tǒng)、和砂箱組成。（五）制芯 制造型芯的過程，是為了獲得鑄件的內(nèi)孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的安放在型腔內(nèi)部的鑄型組元。在實習中練習的是較簡單的零件，并沒制作芯。（六）澆注系統(tǒng)和冒口 澆

9、注系統(tǒng)是為填充型腔和冒口而開設于鑄型中的一系列通道。通常由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成；其作用：保證熔融的金屬平穩(wěn)、均勻、連續(xù)地充滿型腔；阻止熔渣、氣體和砂粒隨熔融金屬進入型腔；控制逐漸冷凝收縮時所需補充的金屬溶液（補縮）。冒口是在鑄型內(nèi)儲存供補縮鑄件用熔融金屬的空腔。除補縮外，冒口有時還起排氣和集渣的作用，一般設在鑄件最高處或最厚處。在金工實習中用的是兩箱造型，分為大小兩種，大的約40厘米見方，7、8公分高，小的約25厘米見方，6、7厘米高，都是5毫米厚，且用來練習的砂箱為鋁合金的，只有準備用來最后做成零件的砂箱才是鐵質(zhì)的，分量上著實差了不少。由于剛開始沒弄明白起模斜度的作用，導致造型

10、練習中好幾次起模不成功，不是模具直接擺反了，就是沒有垂直向上提將周圍的形狀磕掉了幾塊，假設作為是正式做零件的話，這個就白做了，即使是最后注進鐵水，冷卻成了型也會造成很大的加工余量，不合算。所以擺正模具，充分利用起模斜度還是很重要的！二、鑄造工藝設計鑄造工藝圖包括鑄件的澆注位置、鑄型分型面、鑄造工藝參數(shù)、支座的零件圖、鑄造工藝圖及合型圖。1.鑄型分型面的選擇：1）為便于起模，分型面應盡量選擇最大界面處，并力求采用平直面。2）應盡量使鑄型只有一個分型面，以便采用工藝簡便的兩箱造型。多一個分型面，鑄型就增加一些誤差，使鑄件的精度降低。有時可用型芯來減少型芯來降低分型面。3）盡量使鑄件全部或大部置于同

11、一砂箱內(nèi)，并使鑄件的重要加工面、工作面、加工基準面及主要型芯位于下型內(nèi)。這樣便于型芯的安放和檢驗，還可以使上型的高度降低，便于合箱，并可保證鑄件的尺寸精度，防治錯箱。4）鑄件的非加工面上，應盡量避免有披縫。分型面的上述原則，對于某個具體的鑄件來說難以全部滿足，有時甚至相互矛盾。因此必須抓住主要矛盾、全面考慮，至于次要矛盾，應從工藝措施上設法解決。2.鑄件澆注位置的選擇鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型內(nèi)所處的空間位置。鑄件澆注時的位置，對鑄件質(zhì)量、造型方法、砂箱尺寸、機械加工余量等都有很大的影響。在選擇澆注位置時應以保證鑄件質(zhì)量為主，一般注意一下幾個原則。1）鑄件的重要加工面應處于型腔底或處于

12、側面。因為澆注時氣體、夾雜物易漂浮在金屬液上面，下面的金屬質(zhì)量純凈，組織致密。如起重機卷揚筒的澆注位置方案。采用立體式澆注，由于全部圓周表面均處于側立位置，其質(zhì)量均勻一致、輕易獲得合格的鑄件。2）鑄件的大平面應朝下。由于在澆注過程中金屬液對型腔上表面有強烈的熱輻射，鑄型因急劇熱膨脹和強度下降易拱起開裂，從而形成砂缺陷。如實習中圓盤狀模具有突出的一面剛開始放置時應朝向墊板，這樣當把這個做好的沙箱反過來到取模步驟時，有多個臺階的就向砂，取模相對好取，減少對砂箱的破壞。3）面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置，這樣有利于金屬的填充，可以有效防止鑄件產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷。如箱蓋的合

13、理澆注位置，他將鑄件的大面積薄壁部分防止鑄型下面，使其在較高的金屬液壓下充滿鑄型。4）對于容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應將大部分放在分型面附近個上部或側面，以便鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實現(xiàn)自下而上的定向凝固。如上述的鑄鋼卷揚筒，澆注后端放在上部是合理的；反之，若后端在下部，則難以補縮。3.工藝參數(shù)的確定，前文已經(jīng)描述了。4.鑄造工藝圖的繪制為了獲得健全的合格鑄件，減少鑄型制造的工作量，監(jiān)督鑄件成本，在砂型鑄造的生產(chǎn)準備過程中，必須合理制定出鑄造工藝方案，并繪制出鑄造工藝圖。鑄造工藝圖時根據(jù)零件的結構特點。技術要求、生產(chǎn)批量以及實際生產(chǎn)條件，在零件圖中用各種工藝符號、文字和顏色，表示出鑄造工藝方案的

14、圖形。其中包括鑄件的澆注位置，鑄型分型面，型芯的數(shù)量、形狀、固定方法及下芯次序，加工余量，其模斜度，收縮率，澆注系統(tǒng)，冒口，冷鐵的尺寸和布置等。5.鑄造工藝設計的一般程序鑄造工藝設計就是在生產(chǎn)鑄件之前，編制出控制該鑄件生產(chǎn)工藝的技術文件。鑄造工藝設計主要是畫鑄造工藝圖、鑄型裝配圖和編寫工藝卡片燈，他們是生產(chǎn)的指導性文件，也是生產(chǎn)準備、管理和鑄件驗收的依據(jù)。鑄造工藝設計的好壞對鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)成本起著決定性作用。一般大量生產(chǎn)的定型產(chǎn)品、特殊重要的單件生產(chǎn)的鑄件，鑄造工藝設計制定的細致，內(nèi)容涉及較多。單件、小批量生產(chǎn)的一般性產(chǎn)品，鑄造生產(chǎn)工藝內(nèi)容可以簡化。在最簡單的情況下，只需繪制一張鑄造工藝圖即

15、可。三、鑄造缺陷1.鑄造應力、變形、裂紋鑄造應力隨著溫度的下降，鑄件會產(chǎn)生固態(tài)收縮，有些合金甚至還會因發(fā)生固態(tài)相變而引起收縮或膨，這些收縮或膨脹若受到阻礙或因受到鑄件各部分互相牽制，都將在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應力。1） 按鑄造應力產(chǎn)生的原因分為熱應力、機械應力和相變應力三種，他們是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的根本原因。 減小應力的措施 在鑄造工藝上采取同時凝固原則，是減少和消除鑄造應力的重要工藝措施。同時凝固是指采取一些工藝措施，盡量減小鑄件各部位間的溫度差，使鑄件各部分同時冷卻凝固。同時凝固的鑄件中心易出現(xiàn)縮松，影響鑄件致密性。所以，同時凝固主要用于收縮較小的一般灰鑄鐵和球墨鐵件，壁厚均勻的薄壁鑄件，以及氣密性要求不高的鑄件等。 2）鑄件的變形 具有殘余應力的鑄件，其狀態(tài)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將自發(fā)地進行變形以減少內(nèi)應力趨于穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，只有原來受拉伸部分產(chǎn)生壓縮變形，受壓縮部分產(chǎn)生拉伸變形，才能使鑄件中的殘余應力減少或消除。鑄件變形的結果將導致鑄件發(fā)生扭曲。 采用反變形處理。在統(tǒng)計鑄件變形規(guī)律的基礎上，在模樣上預先做出相當于鑄件變形量的反變形量，以抵消鑄件的變形。進行時效處理，自然時效，將鑄件置于露天半年以上，使其緩慢發(fā)生變形，從而消除內(nèi)應力。人工時效是將鑄件加熱到550650攝氏度取應力退火。3）鑄件的裂紋 鑄造內(nèi)應力超過金屬材料的抗拉強度時產(chǎn)生，分為熱裂和冷裂。防止前面的，使鑄件結構合