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1、砂型铸造、特种铸造、铸造工艺、铸件结构等,无锡职业技术学院,2014年08月13日,铸 造,热 加 工,机械零件的生产过程,材料,毛坯,本章开始 学习毛坯,前面章节 己学完材料,材料分类回顾,毛坯简介,毛坯 根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而制成的坯料，供进一步加工使用，以获得成品零件。,常用毛坯 除型材外，主要有铸件、锻件、冲压件和焊接件。,毛坯生产方法 铸造、锻造、冲压、焊接等,想一想： 这些制品如何获得毛坯？,以下都是铸件,铝合金压铸汽车配件,不锈钢精密铸件,灰铸铁件（床身）,精密铸件（蜗轮）,本章学习铸件的生产工艺铸造,本章主要内容,铸造是毛坯或零件成形的主要方法之一。本章主要介绍铸
2、造成形的基础理论知识，砂型铸造与常用特种铸造工艺方法、特点、应用，铸造工艺设计要点，铸件的结构等内容。,第一节 铸造基础知识 第二节 砂型铸造 第三节 铸造工艺图 第四节 铸件的结构工艺性 第五节 特种铸造 第六节 铸造技术发展趋势 本章小结,第一节 铸造基础知识,铸造的特点、铸造分类、合金的铸造性能,一、铸造概述,1、铸造特点,将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。,优点：零件的形状复杂；方法多样，工艺灵活；成本较低。,缺点：铸件力学性能较低；精度低；效率低、劳动条件差,2、铸造方法,砂型铸造产量最大，约占重量的80%； 特种铸造铸件性能较好，精度低，效
3、率高金属型铸造压力铸造熔模铸造离心铸造实型铸造陶瓷型铸造,二、金属的铸造性能,1、金属的流动性 流动能力，影响到液态合金的充型能力 流动性意义 易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件； 有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除； 易于补缩及热裂纹的弥合,流动性测量,用螺旋形流动试样的长度表示试样螺旋线越长，流动性越好流动性不足对铸件质量的影响：【冷隔】【浇不到】,常用合金的流动性,（砂型，试样截面88mm）,流动性影响因素,材料化学成分与结晶温度区间有关，恒温结晶或结晶温度区间小，有利于流动性。一般纯金属、共晶合金的流动性好 铸造工艺条件浇注温度高、浇注压力大，有利于金属流动性铸型材料导热性好、铸型内
4、腔形状得杂，阻碍流动性,改善流动性措施从材料化学成分与铸造工艺条件出发,2、合金的收缩率,收缩率的概念 金属液在凝固和冷却时的体积和尺寸缩减。,收缩,液态收缩 凝固收缩 固态收缩,形成缩孔、缩松（体收缩率）,产生变形和裂纹（线收缩率）,收缩对铸件质量的影响,【缩孔】液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞。缩孔可以用冒口补缩。,【变形与开裂】铸件凝固后继续冷却，固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到一定数值，铸件便产生变形甚至开裂,利用冒口补缩,【缩松】是分散在铸件内的细小的缩孔。缩松很难弥补。,影响收缩的因素:,【化学成分】 合金的种类和成分不同，其
5、收缩率不同 铁碳合金中灰铸铁的收缩率小，铸钢的收缩率大 【铸造工艺条件】 T浇注温度越高，液态收缩越大 还要注意：凡阻碍铸件收缩的因素，会导致铸件内应力，导致变形开裂,第二节 砂型铸造,按砂型铸造的工艺流程展开： 模样和芯盒造型材料配制造型与制芯 熔炼与浇注落砂清理与检验铸件,砂型铸造的特点：,造型材料以砂为主，来源广泛，成本低廉，是常用的铸件生方法，目前我国砂型铸件约占铸件产量的80%,砂型铸造生产主要工序：,一、模样和芯盒,模样和芯盒是用来造型和造芯的基本工艺装备,二、造型材料 包括型砂和芯砂型砂组成：原砂、粘结剂、附加物、水、旧砂粘结剂有粘土、树脂、水玻璃、油脂附加物有煤粉木屑等芯砂组成
6、与型砂基本相同，常用桐油、亚麻油、合脂等作为剂，并可用芯骨加强，烘干后提高强度,（） 足够的强度，以保证砂型在制造、搬运过程中不至于变形毁坏； （） 较高的耐火性，以防止在高温金属液的冲刷下，型砂出现软化、熔化，导致型砂粘附在铸件的表面产生粘砂，使切削加工困难，甚至造成废品； （） 良好的透气性，使铸型中的气体顺利排除，防止铸件中形成气孔； （） 较好的退让性，以减少对铸件收缩的阻碍，减小铸造内应力。型芯的周围被高温金属液所包围，故芯砂的上述性能要求比型砂更高。,型砂与芯砂应具备如下性能：,三、造型与造芯：手工造型、机器造型,1、常用手工造型方法,常用造型方法（续表）,（1）整模造型,模样为整
7、体模,且分型面是平面；用于形状简单且最大截面在一端并为平面的的铸件。,（2）分模造型,模样有几部分组成，且分型是平面；用于铸件没有平面，且最大截面在中部，可将模样从中间分开。,（3）挖砂造型,整体模样，分型面为一曲面，需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样。主要用于外廓为曲面或阶梯型的铸件。,（4）活块造型,将妨碍起模的部分做成活动的模块。用于带有突出部分而妨碍起模的铸件。,（5）刮板造型,刮板形状和铸件截面相适应，代替实体模样。用于单件大回转体铸件.,（6）三箱造型,使用上、中、下三个砂箱，有两个分型面，中箱高度有一定要求，操作复杂适合于中间截面小，两端截面大的铸件单件小批生产,2、机器造型,机器
8、造型是用机器全部完成或部分完成造型的工艺,机器造型生产线,四、熔炼与浇注,1、熔炼,冲天炉 冲天炉开炉出铁场境,熔炼的主要任务是提供化学成分和温度合适的熔融金属 熔炼设备：冲天炉、感应电炉冲天炉要求熔炼温度、效率、合金化；铁焦比，节能，环保感应电炉能达更高温度，准确调整合金液成分，但耗电量大,双联炉：冲天炉感应炉,感应炉 感应炉开炉出铁场境,先采用冲天炉熔化，再利用电炉过热、保温、储存、精炼，以确保铸铁液的质量，是较先进的熔炼方法。,2、浇注,浇注温度 应根据铸件材料、性能、壁厚等确定。铸铁的T浇为液相线以上200，通常为12501470。 浇注温度过高，吸气多、体收缩大，对铸型的热作用大，易
9、产生气、缩孔、粘砂等 浇注温度过低，流动性差，易浇不到、冷隔，甚至在浇注过程中出现断流浇注流量与速度 浇注速度过快，铸型中气体来不及排出易产生气孔，并易形成冲砂； 浇注速度过慢，使型腔表面烘烤时间过长，导致砂层翘起脱落，产生结疤、夹砂等缺陷,五、落砂、清理、检验,1、落砂 用手工或机器使铸件与型砂、砂箱分开的操作,2、清理 采用滚筒、喷丸、抛丸等方法清除芯砂及铸件表面粘砂，并切除铸件上多余金属（含浇冒口、飞翅、氧化皮）,3、检验（外观，内部） 外观检验用肉眼或借助于尖嘴锤找出铸件表层或皮下的宏观铸造缺陷（气孔、砂眼、粘砂、缩孔、冷隔、浇不到） 内部检验包括成分、组织和性能，采用压力试验、磁粉探
10、伤、超声波探伤、金相检验、力学性能试验 评级：检验后可对铸件进行评级,第三节 铸造工艺设计,核心是铸造工艺图： 是指导铸造生产技术文件，也是验收铸件的主要依据 一、造型方法及浇注位置 二、分型面 三、铸造工艺参数 四、浇注系统等。,一、铸造浇注位置确定,浇注位置是铸件在铸型中所处的位置。确定原则如下：,（1）铸件重要面或加工面朝下或位于侧面。如图9-9，9-10,（2）铸件厚大部分放在顶部或分型面侧面，如图9-10,（3） 铸件的大平面朝下或倾斜浇注，如图9-11,（4） 铸件的薄壁朝下、侧立或倾斜，如图9-12,二、分型面的选择,分型面是为了取出模样，一般选择在铸件最大截面处。 为起模方便、
11、简化铸造工艺、保证铸件质量。确定原则如下：,（1） 分型面应选择在铸件最大截面处。如图9-13所示,（） 尽量减少分型面，如图9-14,（） 尽量使分型面平直，如图9-15,（4） 尽量使铸件的全部或大部分位于同一砂箱中 如图9-16所示,（） 尽量使型芯位于下箱，并注意减低砂箱的高度,这样可简化造型工艺、方便下芯和合型、便于起模和修型。图9-17 所示,三、铸造工艺参数的确定,（1）机械加工裕量（MA）和公差（CT）,与铸件精度等级、材质、批量、尺寸，浇注位置及铸造方法等因素有关,确定方法： 首先根据精度等级的要求确定铸件公差等级、加工裕量等级 然后根据国标确定加工余量MA数值（GB/T 1
12、1350-1989）；公差CT数值（GB/T 6414-1986）,注意：铸件上可以不铸出的小孔（简化工艺，可用机加工） 铸铁件：直径30 铸钢件：直径40,（2）起模斜度,作用是使模样易从铸型中取出，起模斜度有三种取法，模样越高，斜度越小。如图9-18所示,木模的斜度一般为0.3 3 金属模的斜度一般为0.22,（3） 收缩率,指模样尺寸放大的值。用于补偿铸件在冷却过程中产生的收缩 灰铸铁件：线收缩率约取1； 有色金属铸件：线收缩率约取1.5； 铸钢件：线收缩率约取2,（4） 铸造圆角 模样上壁与壁的连接处要做成圆弧过渡，避免砂型尖角损坏，防止产生粘砂、缩孔、裂纹,内圆角半径：约取相邻两壁平
13、均壁厚的1/31/5 外圆角半径：约取内圆角的一半。,（5） 芯头,指砂芯的外伸部分，用来定位和支承砂芯。如图9-19,四、浇注系统,（1）浇注系统的组成与作用 组成：通常由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和冒口等 作用：使金属液平稳地充满型腔；控制金属液流动方向和速度；控制冷却凝固顺序；阻挡夹杂物进入型腔。 冒口起补缩、排气和集渣作用，一般设在铸件的厚部或上部,1冒口 2外浇口 3直浇道 4横浇道 5内浇道,（2） 浇注系统的类型,五、铸造工艺图、铸件图举例,注意铸造工艺图上的工艺符号：分型面、浇注位置、型芯结构和尺寸、浇注系统、铸造工艺参数,例：,请对比零件图、铸造工艺图、铸件图的区别！,铸
14、造工艺符号表示方法分型面,铸造工艺符号表示方法分模面,铸造工艺符号表示方法分型、分模面,铸造工艺符号表示方法不铸出孔和槽,铸造工艺符号表示方法用蓝线表示,用蓝线表示的符号及尺寸：砂芯：砂芯编号（如1#、2#等）砂芯边界符号芯头斜度、芯头长度、芯头间隙线条及尺寸线及标注数字；冷铁及其尺寸标注；样板及其尺寸标注； 其余均用红线表示。,第四节 铸件的结构设计,铸件的结构设计不仅要考虑符合使用的要求，还必须考虑是否符合铸造工艺及铸造性能的要求。目标是简化铸造工艺、提高生产效率、改善铸件质量和降低生产成本,一、铸件的外形 二、铸件的孔和内腔 三、铸件的壁厚与壁间连接,铸件设计中应该遵循的基本的原则：,一
15、、铸件的外形 铸件外形应尽量采用规则的易加工平面和圆柱面，面与面之间尽量采用垂直连接，避免不规则曲面，以便于制模和造型,1、铸件上的凸台不应妨碍起模以减少活块。 如图9-22所示,凸台设计可以这样改进设计,2、铸件应避免外部侧凹以减少分型面，图9-23,3、设计结构斜度以便于起模，如图9-24所示,垂直于分型面的非加工侧壁，一般应设计13。,铸件结构应有利于自由收缩以防裂纹,图9-25所示为手轮轮辐的二种设计方案，b比较合理,避免过大水平面以防铸造缺陷,过大平面不利于金属液填充，易产生浇不到和冷隔；大平面铸型受金属液的高温烘烤使型砂拱起，易产生夹砂。将大的水平面改为倾斜面，可防止上述缺陷的产生
16、。,二、铸件的孔和内腔,铸件上的孔和内腔大都是用型芯来形成的。应尽量减少型芯数量，简化铸造工艺，防止偏芯、气孔等铸造缺陷,1、减少型芯数量。图9-26，图9-27,便于型芯的固定、排气和铸件清理,如图9-28所示,三、铸件的壁厚与壁间连接,1、壁厚应均匀，避免“热节”。图9-29和图9-30所示,2、壁的厚度应合理,铸件壁不宜太薄，否则浇注时金属液在狭窄的型腔内流动受到阻碍，易产生浇不到、冷隔等缺陷 铸件最小壁厚：在一定的铸造条件下，铸造合金能充满铸型型腔的最小厚度，与合金的种类和成分。见表9-5,铸件壁厚也不宜过大，否则由于铸件冷却过慢使晶粒粗大，且易产生缩孔、缩松等缺陷，使性能下降，所以不能靠无节制地增大铸件的壁厚来提高承载能力,
