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1、.,1,机械制造工艺基础,主讲教师：周世权,.,2,1.2砂型机器造型铸造工艺Sand Mold Casting Process of Machine molding,-型砂和芯砂-造型和制芯；下芯并合型；金属液浇入铸型中，冷却凝固，经落砂清理和检验-铸件的工艺过程。一、型砂和芯砂原砂、粘结剂、水及其他附加物(如煤粉、重油、木屑等)按一定比例混制而成。根据粘结剂的种类不同，可分为粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等。1粘土砂以粘土作粘结剂的型(芯)砂 称为粘土砂。常用的粘土为膨润 土和高岭土。粘土砂应保持一定 的水份。型砂中应添加一定数量 的煤粉或其他附加物。,砂型铸造,.,3,2水玻璃砂用水玻璃作粘结
2、剂的型(芯)砂称为水玻璃砂。也称为化学硬化砂。化学硬化砂与粘土砂相比具有型砂的强度高、透气性好、流动性好，易于紧实，铸件缺陷少，内在质量高。造型(芯)周期短,耐火度高，适合于生产大型铸铁件及所有铸钢件。3树脂砂以合成树脂作粘结剂的型(芯)砂称为树脂砂。酚醛树脂、尿醛树脂和糠醇树脂三类。对原砂的质量要求较高，价格较贵，树脂硬化时会放出有害气体，对环境有污染，所以树脂砂常用于制作形状复杂的、质量要求高的中、小铸件的型芯及壳型(芯)。,1.2砂型机器造型铸造工艺,.,4,二、造型方法手工造型和机器造型两大类。手工造型主要用于单件小批生产，机器造型主要用于成批大量生产。1.手工造型手工造型是工人通过模
3、样、芯盒和砂箱等工装生产砂型和砂芯的工艺过程。,1.2砂型机器造型铸造工艺,.,5,2.机器造型 机器造型是用造型机和模板等设备 生产砂型和砂芯的工艺过程。 震压造型： 这种方法所用机器结构简单，价格 低廉，但造型时噪声大，压实比压较低， 为0.150.4Mpa,型砂紧实度不够高,铸件质量和生产率不能满足日益增长的要求。 微震压实造型机：即在对型砂压实 的同时进行微震，提高了铸型的紧实度。,1.2砂型机器造型铸造工艺,.,6,1.2砂型机器造型铸造工艺,图3-18造型生产线示意图,机械化铸造车间，以造型机为核心，配以其他机械，如翻箱机、合箱机、压铁机、落砂机等辅助设备和砂处理及运输系统组成的机
4、械化、自动化程度较高的铸造生产流水线。图3-18所示为一条造型生产线示意图，上、下箱造型机为两台微震压实造型机，该生产线效率为130150型/小时。,.,7,1.2砂型机器造型铸造工艺,3机器造芯热芯盒射芯机制芯采用射砂方式填砂和紧砂。射砂紧实原理是将芯砂悬浮在压缩空气的气流中，以高速射人芯盒中而紧实。如图3-19所示：,图3-19,.,8,1.2砂型机器造型铸造工艺,3壳芯机制芯采用吹砂方式填砂和紧实。壳芯机的工作过程如图3-20所示。其主要缺点是酚醛树脂的价格昂贵，固化时间长，生产效率较热芯盒法低，制芯时有臭味产生。,图3-20,.,9,1.2砂型机器造型铸造工艺,三、铸件浇注位置和分型面
5、的选择,铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的位置，分型面是指两半铸型相互接触的表面。一般情况下，应先保证铸件质量选择浇注位置，后简化造型工艺决定分型面。,.,10,1浇注位置的选择原则 (1)铸件的重要加工面应处于型腔底面或侧面。因为浇注时气体、夹杂物易漂浮在金属液上面，下面金属质量纯净，结构致密。图3-21所示为床身导轨面朝下，图3-22所示为卷筒内、外圆表面侧立。,1.2砂型机器造型铸造工艺,.,11,图3-23,1.2砂型机器造型铸造工艺,(2)铸件的大平面应尽量朝下。由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，铸型因急剧热膨胀和强度下降易拱起开裂，从而形成夹砂缺陷。所以大平
6、面应朝下，如图3-23所示。,.,12,1.2砂型机器造型铸造工艺,(3)铸件的薄壁部分应放在铸型的下部或侧面，以免产生浇不到或冷隔缺陷。 (4)对于合金收缩大、壁厚不均匀的铸件，应使厚度大的部分朝上或置于分型面附近，以利于安放冒口对该处补缩，如图3-22所示。,.,13,1.2砂型机器造型铸造工艺,2分型面的选择原则：（1）应便于起模，简化造型工艺。 图3-24所示起重臂采用平面分型，可以避免挖砂造型，提高生产率。图3-25所示绳轮铸件在大批量生产时加一个环状型芯，使三箱造型改为两箱造型，简化了操作，提高了生产率和铸件精度，利于采用机器造型。,图3-24,图3-25,.,14,图3-26,(
7、2)尽量使铸件全部或大部分放在同一个砂箱内。 图3-26为一床身铸件，其顶部平面为加工基准面。 图中方案a)因易错型而影响铸件尺寸精度。 采用方案b)使加工面和基准面在同一个砂箱内，即不会错型也能够保证铸件精度，适用于批量生产。,1.2砂型机器造型铸造工艺,.,15,1.2砂型机器造型铸造工艺,(3)尽量减少型芯和活块的数量。 图3-27所示支座有两种工艺方案。方案a)采用分模造型，轴孔下芯方便，但底板上四个凸台必须采用活块，操作麻烦且容易产生错型缺陷。,方案b)采用整模造型，铸件的重要工作面朝下，利于保证铸件的尺寸精度和质量。中间下一个型芯，即可成形轴孔，又避免了取活块。操作简单，适合于各种
8、批量的生产。,.,16,四、铸造工艺参数的确定,主要工艺参数分述如下:1铸造收缩率由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔的尺寸小，为了保证铸件的应有尺寸，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的线收缩率。,1.2砂型机器造型铸造工艺,式中： L模模样尺寸； L件铸件尺寸。 收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。通常灰铸铁为0.7%1.0%，铸造碳钢为1.3%2.0%，铝硅合金为0.8%1.2%，锡青铜为1.2%1.4%。,.,17,1.2砂型机器造型铸造工艺,四、铸造工艺参数的确定,2加工余量加工余量是指在铸件的加工面上留出的准备切削除的金属层厚度。,.,18,图3
9、-28,3起模斜度为了方便取模，在垂直于分型面的立壁上所增加的斜度称起模斜度(见图3-28)，一般用角度或宽度a表示。模样越高，斜度取值越小，内壁斜度比外壁斜度大，手工造型比机器造型的斜度大。,1.2砂型机器造型铸造工艺,四、铸造工艺参数的确定,.,19,1.2砂型机器造型铸造工艺,四、铸造工艺参数的确定,4铸造圆角铸件上相邻两壁之间的交角，应设计成圆角，防止在尖角处产生冲砂及裂纹等缺陷。圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/31/2,.,20,3-29,1.2砂型机器造型铸造工艺,四、铸造工艺参数的确定,5型芯头(tz158,tz163) 为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都
10、要设计出型芯头。它们之间的尺寸和形状要留有装配用的芯头间隙，如图3-29所示。,.,21,五、铸造工艺图的绘制,1.2砂型机器造型铸造工艺,铸造工艺图是在零件图上用规定的符号表示铸造工艺内容的图形，是制造模样和铸型、进行生产准备和铸件检验的依据，是铸造生产的基本工艺文件。现以前轮毂（见图3-30）为例，说明绘制铸造工艺图的步骤：,.,22,图3-30,五、铸造工艺图的绘制,.,23,五、铸造工艺图的绘制,1.分析铸件质量要求和结构工艺性前轮毂装于拖拉机前轮中央，和前轮一起做旋转运动并支撑拖拉机。两内孔(90和100)装有轴承，是加工要求最高的表面，不允许有任何铸造缺陷。前轮毂结构为带法兰盘的圆
11、套类零件。铸件主要壁厚为14mm，法兰盘厚度19mm。法兰盘和轮毂本体相交处形成厚实的热节区。法兰盘上五个35mm、厚度为34mm的凸台，也是最厚实的部分。2.选择造型方法铸件重136N，材料为球墨铸铁QT400-15，大批量生产，故选择机器造型(芯)。若生产量很少可用手工造型(芯),.,24,3选择浇注位置和分型面浇注位置有两种方案：一是轮毂(轴线)呈垂直位置，两轴承孔表面处于直立状态，利于金属液体充型和补缩，使铸件质量稳定。二是轮毂呈水平位置，虽方便造型和下芯，但两轴承孔的上表面易产生气孔、渣孔、缩孔等缺陷。故此方案不合理，应选择方案一，并使法兰盘朝上。分型面选在法兰盘的上平面处，使铸件大
12、部分位于下箱，便于保证铸件的尺寸精度，合型前便于检查壁厚是否均匀、型芯是否稳固，同时使浇注位置与造型位置一致。,五、铸造工艺图的绘制,.,25,五、铸造工艺图的绘制,4.确定工艺参数根据铸件的质量要求和生产条件，参照有关手册确定 (1)加工余量铸件底面为3m，顶面和侧面为4m。 (2)起模斜度铸件外壁斜度30，内壁斜度30。 (3)不铸出孔法兰盘上5个18小孔与其余小螺纹孔不铸。 (4)铸造收缩率取1。5.设计型芯铸件内腔只需一个直立型芯，为保证型芯稳固、定位准确，型芯上下均做出芯头。6.设计浇、冒口系统对于球铁件，可以采用压边冒口，以避免出现缩孔及缩松缺陷。压边冒口放置于轮毂上部厚实处，压边
13、宽度4m。铁水由横浇道经过冒口进入型腔,.,26,7绘制铸造工艺图,五、铸造工艺图的绘制,.,27,7铸造工艺实例,.,28,型砂和芯砂：原砂，粘结剂和水分；粘土砂，水玻璃砂和树脂砂。 造型方法：手工造型：整模，分模，活块，假箱，三箱等；单件小批量生产。机器造型：两箱整模和分模，型板（有模型，浇注系统），大批大量生产。 铸件浇注位置：重要加工面？大平面？薄壁部分？壁厚不均匀？分型面的选择：应便于起模，简化造型工艺。全部或大部分放在同一个砂箱内。尽量减少型芯和活块的数量。 铸造工艺参数：收缩率，加工余量，起模斜度，圆角，芯头。 铸造工艺图的绘：质量要求和结构工艺性，选择造型方法，浇注位置和分型面
14、，确定工艺参数，设计型芯，设计浇、冒口系统，绘制铸造工艺图。,本节课程小结,.,29,复习思考题,1.机器造型与手工造型相比具有哪些优点?具体有哪些方法?简述震压造型机的工作过程。2.确定下图所示铸件的铸造工艺方案，要求如下:按大批量生产条件分析最佳方案；按所选方案确定浇注位置、分型面、分模面,(轴承座零件图),.,30,(双联齿轮零件图),.,31,3试确定下图所示铸件的分型面,.,32,1.3特种铸造 Special Casting,一、熔模铸造,熔模铸造是用易熔材料(如石蜡)制成精确的模样,在其表面涂敷耐火涂料制成壳型，熔去模样,经过焙烧后即可浇注液态金属获得铸件的铸造方法,又叫消失模铸
15、造或精密铸造。,1.熔模铸造的工艺过程压型用来压制蜡模的金属模型制作蜡模将50石蜡和50硬脂酸熔制的蜡料压入压型中，冷却凝固后，开型取出蜡件，修光分型面毛刺，得到蜡模。,.,33,一、熔模铸造,制作蜡模组将单个蜡模粘结在蜡制的浇注系统上，成为蜡模组。涂挂涂料用石英粉与水玻璃或钢玉粉硅酸乙酯水解液制成涂料，将蜡模组浸泡在耐火涂料中，使其涂挂均匀。撒砂将涂挂好涂料的蜡模组表面撒一层石英砂。硬化用氯化铵溶液制成硬化液，将撒好砂的蜡模组放入硬化液中硬化10-几10秒钟。重复涂挂涂料撒砂硬化数次，便在蜡模表面结成所需厚度的硬壳；脱蜡将结好壳的蜡模组放人85-95的热水或蒸气中，熔去蜡模组，便得到无分型面
16、的型壳。 型壳烘干焙烧将脱蜡后的型壳先经过200左右的烘干，再加热到850左右焙烧，以便除去水分，残余蜡料，提高型壳强度。,.,34,图1-33,填砂浇注将焙烧后的型壳置人砂箱中，四周填砂，即可进行浇注，待金属冷凝后，敲掉型壳，便获得带浇铸系统的一组铸件。如图1-33所示,一、熔模铸造,.,35,一、熔模铸造,2熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造的优点:(1)铸件尺寸精度高(可达CT4CT7)，表面粗糙度低(Ra1.66.3um)，可实现少、无切削加工。(2)适合于各种合金的铸造，特别是高熔点和难以切削加工的合金。如高合金钢、耐热合金等。(3)可铸出形状复杂的薄壁铸件，如铸件上的凹槽（3mm宽）、小孔（2.5mm）均可直接铸出。熔模铸造的缺点：工序繁多，生产周期长，铸件成本高，适用于大量生产的25kg以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件。应用：在航空、船舶、汽车、拖拉机、汽轮机、仪表、工模具和机床等制造行业中得到了广泛的应用。,.,36,二、金属型铸造,金属型铸造-金属铸型的铸造方法。由于金属型可以反复使用，所以又称为永久型铸造。1金属型的构造及铸造工艺金属型的材料一般采用铸铁。
