武漢理工大學(xué),金屬工藝學(xué)第7章 砂型鑄造工藝

1鑄鐵件生產(chǎn)

碳在鐵碳合金中的存在形式有：滲碳體和石墨

白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)石墨形態(tài)對(duì)鑄鐵性能的影響鑄鐵的石墨化以及影響石墨化因素灰口鑄鐵件的生產(chǎn)：灰鑄鐵的孕育處理；球墨鑄鐵件的生產(chǎn)；可鍛鑄鐵件的生產(chǎn)；鑄鋼件的生產(chǎn)上次課內(nèi)容的回顧2第七章砂型鑄造主要內(nèi)容7.1造型方法的選擇17.2澆注位置和分型面的選擇27.3鑄造工藝參數(shù)的選擇37.4鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4本章重難點(diǎn)1、砂型鑄造的工藝設(shè)計(jì)2、如何將設(shè)計(jì)的零件變成鑄件？怎樣生產(chǎn)出合格鑄件？3手工造型

金屬型鑄造熔模鑄造壓力鑄造低壓鑄造陶瓷型鑄造離心鑄造消失模鑄造液態(tài)成型工藝砂型鑄造特種鑄造

整模造型分模造型活塊造型三箱造型

挖砂造型

刮板造型機(jī)器造型砂型鑄造的工藝設(shè)計(jì)鑄造工藝圖的繪制澆注位置的選擇分型面的選擇工藝參數(shù)的確定47.1造型方法的選擇砂型鑄造基本工藝過(guò)程程序框圖

57.1.1常見(jiàn)的造型方法在砂型鑄造中，造型和造芯是最基本的工序。根據(jù)造型生產(chǎn)方法的特點(diǎn)，通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類(lèi)。一、手工造型各種手工造型方法的特點(diǎn)和適用范圍6整模造型7分模造型8挖砂造型分型面一般都是平面，當(dāng)分型面為階梯形或曲面時(shí)，則需要通過(guò)挖砂來(lái)將分型面露出，以便于起模。挖砂造型費(fèi)時(shí)費(fèi)力，僅適合單件生產(chǎn)。9假箱造型當(dāng)分型面不是單一平面且生產(chǎn)批量較大時(shí)，為避免挖砂，預(yù)先制備好強(qiáng)度較高的半個(gè)鑄型來(lái)適應(yīng)其分型面。由于該鑄型只用于造型，不參與澆注，故稱(chēng)為假箱。生產(chǎn)中讓可采用木材或金屬制成成型底板來(lái)代替假箱。

10三箱造型當(dāng)鑄件結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)較大截面，采用一個(gè)分型面無(wú)法起模時(shí)，可選兩個(gè)大截面為分型面，用三個(gè)砂箱制造鑄型。模樣從中間小截面處分開(kāi)，用定位銷(xiāo)連接。中箱高度應(yīng)與模樣的相應(yīng)高度相適應(yīng)。

11活塊造型當(dāng)鑄件側(cè)面僅有局部凸起妨礙起模時(shí)，則將局部凸起部分做成活塊，并采用適當(dāng)?shù)亩ㄎ淮胧?。取木模時(shí)，活塊留在砂型內(nèi)，將其從側(cè)面取出。12刮板造型(芯)對(duì)大、中型具有等截面或回轉(zhuǎn)體鑄件造型時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)不用模樣，采用一個(gè)與鑄件或砂芯截面形狀一致的木板（稱(chēng)為刮板）代替模樣，根據(jù)砂型型腔或砂芯表面形狀，引導(dǎo)刮板做旋轉(zhuǎn)、直線或曲線運(yùn)動(dòng)，以形成型腔成為型芯。13機(jī)器造型的實(shí)質(zhì)機(jī)器造型的特點(diǎn)將填砂、緊實(shí)、和起模等主要工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定震壓式造型、拋砂造型、無(wú)箱擠壓二、機(jī)器造型1415167.2澆注位置和分型面的選擇

鑄造工藝圖：在零件圖上用各種工藝符號(hào)及參數(shù)表示出鑄造工藝方案的圖形。

圖中應(yīng)表示出鑄件的澆注位置、分型面、鑄造工藝參數(shù)（機(jī)械加工余量，拔模斜度，鑄造收縮率，型芯的數(shù)量、形狀及固定方法和澆注系統(tǒng)等。首先要考慮零件有幾種可能的分型方案澆注位置的選擇鑄型分型面選擇繪制方法繪圖要領(lǐng)分型面的選擇澆注位置畫(huà)法(上和下)工藝參數(shù)定性給出即可17鑄造工藝圖中工藝符號(hào)及其表示方法

18襯套的零件圖、鑄造工藝圖、鑄件圖

197.2.1澆注位置的選擇澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。在選擇澆注位置時(shí)應(yīng)考慮下列原則：

一、鑄件的重要工作面、主要的加工面應(yīng)朝下或側(cè)立放置。

不合理合理上中中下上中中下

因?yàn)殍T件的上表面容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷，組織也不如下表面致密。20二、鑄件的大平面應(yīng)朝下，以免形成夾渣和夾砂等缺陷。三、應(yīng)將鑄件薄而大的平面放在下部、側(cè)面或傾斜位置，以利于合金液填充鑄型。不合理合理上下上下不合理合理上下上下21四、若鑄件周?chē)砻尜|(zhì)量要求高，應(yīng)進(jìn)行立鑄，以便于補(bǔ)縮。應(yīng)將厚的部分放在鑄型上部，以便安置冒口，實(shí)現(xiàn)順序凝固。雙排鏈輪的澆注位置227.2.2鑄件分型面的確定原則鑄型分型面是指鑄型組元間的接合面。應(yīng)保證模樣能順利從鑄型中取出1應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量2應(yīng)盡量使分型面是一個(gè)平直的面34應(yīng)盡量使型芯和活塊的數(shù)量減少5應(yīng)使鑄件的全部或大部分置入下箱分型面的選擇原則如下：23應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量224采用砂芯而不采用多箱造型

25起重臂的分型面

不合理合理應(yīng)盡量使分型面是一個(gè)平直的面34應(yīng)盡量使型芯和活塊的數(shù)量減少接頭分型面采用自帶砂芯代替砂芯不合理合理265應(yīng)使鑄件的全部或大部分置入下箱使鑄件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保證鑄件的尺寸精度不合理合理不合理合理27常用的造型方法

按砂箱特征分：兩箱造型、三箱造型

按模樣特征分：整模造型、分模造型、活塊造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型澆注位置的選擇原則分型面的選擇原則鑄造工藝參數(shù)選擇（加工余量、收縮率、拔模斜度、鑄造圓角、型芯及型芯頭）上次課內(nèi)容的回顧28澆注位置的選擇原則：1、鑄件的重要工作面、主要的加工面應(yīng)朝下或側(cè)立放置。

2、鑄件的大平面應(yīng)朝下，以免形成夾渣和夾砂等缺陷。3、應(yīng)將鑄件薄而大的平面放在下部、側(cè)面或傾斜位置，以利于合金液填充鑄型。4、若鑄件周?chē)砻尜|(zhì)量要求高，應(yīng)進(jìn)行立鑄，以便于補(bǔ)縮。應(yīng)將厚的部分放在鑄型上部，以便安置冒口，實(shí)現(xiàn)順序凝固。分型面的選擇原則：1、應(yīng)保證模樣能順利從鑄型中取出2、應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量3、應(yīng)盡量使分型面是一個(gè)平直的面4、應(yīng)盡量使型芯和活塊的數(shù)量減少5、應(yīng)使鑄件的全部或大部分置入下箱297.3鑄造工藝參數(shù)選擇鑄造方案確定之后，還必須選定鑄件的機(jī)械加工余量、收縮率和拔模斜度等工藝參數(shù)。

加工余量收縮率拔模斜度鑄造圓角型芯及型芯頭工藝參數(shù)307.3.1機(jī)加工余量和最小鑄孔

設(shè)計(jì)鑄造工藝圖時(shí)，為鑄件預(yù)先增加要切去的金屬層厚度，稱(chēng)為機(jī)加工余量（RMA）。機(jī)加工余量取決于合金的品種、鑄造方法、鑄件的大小。1）合金品種——鑄鋼件的表面粗糙，其加工余量應(yīng)比鑄鐵大；有色合金價(jià)格昂貴，而鑄件表面較光潔，其加工余量應(yīng)比鑄鐵小。2）鑄件尺寸——鑄件愈大，誤差加大，其加工余量也應(yīng)加大。3）加工面位置——澆注時(shí)朝上的表面缺陷多，其加工余量應(yīng)比底面和側(cè)面大。4）造型方法——機(jī)器造型時(shí)，鑄件精度高，余量應(yīng)比手工造型小。

鑄件上的孔、槽是否需要鑄出，不僅要考慮工藝上的可能性，尤其應(yīng)結(jié)合鑄件的批量分析其必要性。

通常，較大的孔、槽應(yīng)當(dāng)鑄出，以減少機(jī)械加工余量和減少鑄件上的熱節(jié)。較小的孔、槽，特別是中心線位置有精度要求的孔，由于鑄孔位置準(zhǔn)確性差，其誤差雖經(jīng)擴(kuò)孔也難糾正，因此，留待直接機(jī)械加工較為經(jīng)濟(jì)合理。317.3.2鑄造收縮率

由于合金在冷卻過(guò)程中要發(fā)生固態(tài)收縮(線收縮)，這將使鑄件各部分尺寸小于模樣原來(lái)的尺寸，因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或芯盒上加上其收縮的尺寸。

加大的這部分尺寸，一般用鑄造收縮率來(lái)表示。

K＝［（L模樣-L鑄件）/L模樣］×100%

327.3.3拔模斜度為了在造型和制芯時(shí)便于起模而不致?lián)p壞砂型和砂芯，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型時(shí)，必須留出一定的傾斜度，此斜度稱(chēng)為撥模斜度。

為使砂型便于從模樣內(nèi)腔中取出，內(nèi)壁的拔模斜度應(yīng)比外壁大。7.3.4鑄造圓角制造模型和設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，壁的連接和轉(zhuǎn)角處都要做成圓弧過(guò)渡，稱(chēng)為鑄造圓角。

縮孔337.3.5型芯及其固定在砂型鑄造生產(chǎn)中，為了形成鑄件的內(nèi)腔形狀或?yàn)榱撕?jiǎn)化模型的外形，以制出鑄件上妨礙起模的凸臺(tái)、凹槽等，經(jīng)常使用型芯。型芯的各種形式

34型芯是依靠型芯頭來(lái)定位和排氣的。型芯頭的形狀和尺寸對(duì)鑄型裝配的工藝性和穩(wěn)定性有很大的影響。一般的型芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類(lèi)。

(a）垂直型芯(b）水平芯頭

（c）型芯撐的應(yīng)用

357.3.6澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵一、澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入鑄型的一系列通道的總稱(chēng)，由澆口杯(外澆口)、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道等部分組成。冒口的作用，主要是在鑄件凝固期間進(jìn)行補(bǔ)縮，還用于調(diào)節(jié)鑄件各部分的冷卻速度。

二、冒口36二、冷鐵（1）可以減少冒口的數(shù)量和尺寸，提高金屬利用率；

（2）在鑄件難以設(shè)置冒口的厚實(shí)部位，設(shè)置冷鐵同樣可防止產(chǎn)生縮孔和縮松；（3）在鑄件的適當(dāng)部位安放冷鐵可控制鑄件的凝固順序，增加冒口的有效補(bǔ)縮距離；

（4）使用冷鐵可消除局部熱應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。

(a)、(b)、(c)外冷鐵型式；(d)內(nèi)冷鐵型式

377.3.7鑄造工藝圖的繪制及工藝分析舉例工藝流程：1、首先應(yīng)了解合金品種、生產(chǎn)批量及鑄件質(zhì)量要求等；2、分析鑄件結(jié)構(gòu)，以便確定鑄件的澆注位置，同時(shí)，分析鑄件分型面的選擇方案；3、在此基礎(chǔ)上，依據(jù)選定的工藝參數(shù)，用紅、藍(lán)色筆在零件圖上繪制鑄造工藝圖（包括型芯的數(shù)量和固定、冷鐵、澆冒口等），為制造模樣、編寫(xiě)鑄造工藝卡等奠定基礎(chǔ)；38如下圖所示支座，材料為HT150，大批量生產(chǎn)。39（1）方案Ⅰ沿底板中心線分型，即采用分開(kāi)模造型。其優(yōu)點(diǎn)是底面上110mm凹槽鑄出，軸孔下芯方便，軸孔內(nèi)凸臺(tái)不妨礙起模。其缺點(diǎn)是底板上四個(gè)凸臺(tái)必須采用活塊，同時(shí)鑄件易產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷，飛翅清理的工作量大。此外，若采用木模樣，加強(qiáng)筋處過(guò)薄，木模樣易損壞。40（2）方案Ⅱ沿底面分型，鑄件全部位于下箱，為鑄出110mm凹槽必須采用挖砂造型。方案Ⅱ克服了方案Ⅰ的缺點(diǎn)，但軸孔內(nèi)凸臺(tái)妨礙起模，必須采用2個(gè)活塊或下型芯。41（3）方案Ⅲ沿110mm凹槽底面分型。其優(yōu)缺點(diǎn)與方案Ⅱ類(lèi)同，僅將挖砂造型改用分開(kāi)模造型或假箱造型，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件。42可見(jiàn)，方案Ⅱ、Ⅲ的優(yōu)點(diǎn)多余方案Ⅰ。但在不同生產(chǎn)批量下，具體方案可選擇如下：（1）單件、小批量生產(chǎn)由于軸孔直徑較小、無(wú)須鑄出，而手工造型便于進(jìn)行挖砂和活塊造型，選方案Ⅱ較為經(jīng)濟(jì)。（2）大批量生產(chǎn)由于機(jī)器造型難以使用活塊，故應(yīng)采用型芯制出軸孔內(nèi)凸臺(tái)。同時(shí)采用方案Ⅲ從110mm凹槽底面分型，以降低模板制造費(fèi)用。43

確定下列鑄件的鑄造工藝方案。要求：

1、在單件、小批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)兩種條件分析最佳方案；2、按所選擇的最佳方案繪制鑄造工藝圖：

（包括澆注位置、分型面、拔模斜度、鑄造圓角、型芯及型芯頭等）。447.4鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，除了要保證鑄件的工作性能和力學(xué)性能要求外，還必須考慮鑄造生產(chǎn)的工藝性，使合理的鑄件結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝相適應(yīng)，以提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。

7.4.1鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量使制模、造型、制芯、裝配、合箱和清理等過(guò)程簡(jiǎn)化，以便保證鑄件質(zhì)量、節(jié)約工時(shí)、降低成本，并為鑄件的機(jī)械化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

（1）盡量避免鑄件起模方向存有外部側(cè)凹，以便于起模。不合理合理45（2）凸臺(tái)和筋條結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模。不合理合理不合理合理不合理合理46（3）垂直分型面上的不加工表面最好有結(jié)構(gòu)斜度。（4）應(yīng)避免封閉內(nèi)腔。47（5）盡量不用和少用型芯。不合理合理型芯自帶型芯不合理合理48（6）型芯要便于固定、排氣和清理。4950517.4.2合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求在設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)時(shí)，除了考慮造型工藝等方面的要求外，同時(shí)也必須滿足合金鑄造性能的要求，否則鑄件質(zhì)量就不能保證。1、合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚

鑄件的壁厚越大，越有利于液態(tài)合金充填型腔。但是隨著壁厚的增加，鑄件心部的晶粒越粗大，而且凝固收縮時(shí)沒(méi)有金屬液的補(bǔ)充，易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷；過(guò)薄，易產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷。

(a）不合理結(jié)構(gòu)(b）合理結(jié)構(gòu)

縮孔砂型鑄造鑄件最小壁厚的設(shè)計(jì)522、壁厚應(yīng)盡可能均勻

鑄件各部分壁厚若相差過(guò)大，將在局部厚壁處形成金屬積聚的熱節(jié)，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。(a）壁厚不均勻（b）壁厚均勻

3、鑄