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1、第三章 铸 造,主编,第三章 铸 造,第一节 砂 型 铸 造 第二节 造 型 方 法 第三节 浇注系统、冒口和冷铁 第四节 合 箱 第五节 合金的熔炼及设备 第六节 浇注、落砂和清理 第七节 铸件的热处理 第八节 铸件的缺陷分析 第九节 典型砂型铸造件实例 第十节 常用铸造工艺方法比较 第十一节 快速精密铸造 第十二节 艺 术 铸 造,第一节 砂 型 铸 造,一、砂型铸造的生产工艺过程 二、铸型的结构 三、型砂和型芯砂 四、模样及型芯盒,一、砂型铸造的生产工艺过程,图3-1 砂型铸造的生产工艺过程,二、铸型的结构,图3-2 铸型装配图 1分型面 2上型 3出气孔 4浇注系统 5上箱 6型腔 7
2、下型 8型芯 9下箱 10芯头芯座,二、铸型的结构,图3-3 中间注入式浇注系统 1直浇道 2横浇道 3内浇道 4铸件 5出气孔 6浇口杯,三、型砂和型芯砂,型砂是砂型的主体，对铸件的质量有很大影响，故对型砂性能有以下要求：良好的透气性、适当的强度、成型性、耐火性、溃散性。 型芯主要用来形成铸件内腔，有时也用于做成铸件外形。由于型芯在浇注时受到金属液体的冲刷，浇注后又被高温金属液体包围，故对型芯砂应有更高的性能要求。 型砂、型芯砂(芯砂)还要求吸湿性低，发气性少，易于出砂等性能。 型砂、芯砂由砂子、粘结剂及附加物等加一定的水分组成，各组成物经选择后按一定配比进行混制。芯砂应选用圆形的、颗粒度分
3、布集中的、耐火度高的新砂。对于形状简单、断面尺寸较大的芯砂，可选粘土、粘结剂，并可加入一定量的木屑来增加退让性、透气性等；对于形状复杂、断面尺寸较薄的芯砂，则根据不同的要求分别选用各种特殊粘结剂，如桐油、树脂等。,四、模样及型芯盒,(1) 分型面 分型面是指砂型的分界面。 (2) 收缩量 因为金属液体冷却凝固成铸件(固体)时会产生一定的收缩量，故模样应留余量，即收缩量。 (3) 起模斜度 为了起模方便，模样中垂直于分型面的表面应有一定的倾斜度。 (4) 加工余量 为机加工预留的尺寸，主要取决于加工要求。 (5) 铸造圆角 铸件交角处应制成一定的圆角，以避免交角处的开裂等。 (6) 型芯头 模样
4、上应做出用于支承、固定型芯的部位。,图3-4 压盖的零件图、铸造工艺图、模样图及芯盒 a)零件图 b)铸造工艺图 c)模样图 d)芯盒,图3-5 型芯制造图解 a)检查型芯盒 b)夹紧型芯盒，分层加型芯砂捣紧 c)插型芯骨 d)继续填砂捣紧刮平，扎通气孔 e)松开夹子，轻敲型芯盒， 使型芯从型芯盒内壁松开 f)取型芯，上涂料,第二节 造 型 方 法,(1) 手工造型 运用手工或手用器具完成的造型，工艺设备简单，灵活性适应性强，目前仍较多用。 (2) 机器造型 机械化自动化程度较高，是铸造生产的重要发展方向，适用于大批量生产。 一、手工造型 二、机器造型,一、手工造型,1.手工造型用工具 2.手
5、工造型方法,图3-6 手工造型工具,(1) 整模造型 整模造型的模样是整体的，铸型型腔放在下半箱内，分型面在上、下箱间，即分型面、最大截面往往位于铸件的一端平面，在一个砂箱内，对一个整体模样进行造型。 (2) 分模造型 分模造型的分型面就是分模面，模样是分模，如图3-8b所示。 (3) 控砂造型 控砂造型近似于整模造型，也为一个整体模样，在一个砂箱内造型。 (4) 活块造型 活块造型的模样带有“活块”部分，它是把模样中阻碍起模的凸出部分，如凸台、肋条等做成与模样主体能活动连接的“活块”，造型中先取出整块模样，留下模样的活块，然后再从侧面取出活块，完成造型。 (5) 三箱造型 三箱造型为两个分型
6、面，模样是分模，有上、中、下三个砂型砂箱，如图3-13所示。,图3-7 支架铸件的整模造型过程 a)支架 b)整模造型过程,图3-8 三通铸件的分模造型过程 a)三通 b)分模 c)造好下砂型，准备做上砂型 d)起模 e)下砂芯 f)合箱,图3-9 挖砂造型 a)铸件 b)模样 c)带浇口的铸件 d)造下箱 e)翻转、挖出分型 f)造上型后合箱,二、机器造型,图3-10 成型底板,图3-11 假箱,图3-12 活块造型 a)造下砂型 b)造上砂型 c)起出主体模样 d)起活块 e)合型,图3-13 三箱造型 a)铸件 b)模样 c)造下型 d)造中型 e)造上型 f)起模、放砂芯、合型,图3-
7、14 使用环形芯座以两箱 造型代替三箱造型,第三节 浇注系统、冒口和冷铁,一、浇注系统 二、冒口 三、冷铁,一、浇注系统,(1) 外浇道 因形状似漏斗也称为浇口杯，其功能是引导金属液平稳地流入直浇道。 (2) 直浇道 通常是一个上大下小的圆锥形垂直通道，可以调节金属液平稳地流入横浇道。 (3) 横浇道 通常开在直浇道与内浇道之间，其截面形状多为梯形，主要起缓减金属液的流速及挡渣作用，并使金属液平稳地流入内浇道。 (4) 内浇道 将金属液引进型腔的通道，其截面形状多为扁梯形或三角形。,图3-15 浇注系统 1冒口 2内浇口 3横浇口 4直浇口 5浇口杯,二、冒口,图3-16 冒口结构,三、冷铁,
8、图3-17 不同功能的冒口 a)出气集渣为主的冒口 b)收集冷却金属液为主的冒口,图3-18 冷铁,第四节 合 箱,1) 按铸件图检查型腔及型芯的尺寸和形状。 2) 检查型腔内是否有杂质，将型芯放入型腔中；检查是否有合金液可能从间隙流出，若有则用干砂或泥进行密封处理。 3) 上下箱合箱时对准原来做的记号，锁上销子即可。 4) 为了防止浇注时金属液的浮力将砂箱顶起，在上箱上压上压铁等重物。,第五节 合金的熔炼及设备,一、铸铁的熔炼 二、有色金属的熔炼,图3-19 电炉 a)电弧炉 b)感应电炉,图3-20 冲天炉,第六节 浇注、落砂和清理,一、浇注 二、落砂和清理,图3-21 浇包,二、落砂和清
9、理,1) 工作前应戴好防尘口罩，开启有关通风除尘设备，并经常喷洒水雾，防止扬尘。 2) 检查落砂机、回砂皮带机、斗式提升机、筛砂机和通风除尘设备，并检查有关电气开关及各种防护罩壳，应符合安全规定。 3) 落砂前应了解铸件和铸型质量，禁止铸件、铸型吊运设备和落砂机超负荷工作。 4) 落砂前应先开启斗式提升机、筛砂机、回砂皮带机等机械设备，然后再吊运铸型，开启落砂机进行落砂操作。 5) 吊运铸件、砂箱及铸型前，必须认真检查链条、钢丝绳和吊具，发现断裂和损坏必须及时处理。 6) 严格遵守起重工、挂钩工安全操作规程，密切与行车工配合。 7) 铸型、铸件在落砂机上振击落砂时，必须放置平稳，防止滑倒、脱落
10、。,8) 设置有密封罩的落砂机，在工件吊放入落砂机后，应罩好密封罩，再开动落砂机进行落砂。 9) 吊运放置在落砂机上进行落砂的铸型、铸件时应按规定操作，不能超载、超高。 10) 应稳妥堆放各种砂箱和铸件，中小砂箱堆放高度不得超过2m，大砂箱堆放高度不得超过3.5m。 11) 保持落砂场地的清洁，保持通道畅通。 12) 定期清扫落砂机下砂斗，挖除地坑内积砂。,第七节 铸件的热处理,1.铸铁 2.铸钢(ZG) 3.铸造有色合金,第八节 铸件的缺陷分析,(1) 孔眼类缺陷 包括气孔、缩孔、缩松、渣眼、砂眼等。 (2) 裂纹类缺陷 包括热裂、冷裂等。 (3) 表面缺陷 包括粘砂、结疤、夹砂、冷隔等。
11、(4) 形状和质量不合格 包括浇不足、抬箱、错箱、偏心、变形、损伤、形状尺寸和质量不合格等。 (5) 化学成分及组织不合格 包括化学成分不合格、金相组织不合格、白口现象、物理及力学性能不合格等。,表3-1 铸件的常见缺陷及主要原因分析,表3-1 铸件的常见缺陷及主要原因分析,表3-1 铸件的常见缺陷及主要原因分析,表3-1 铸件的常见缺陷及主要原因分析,第九节 典型砂型铸造件实例,表3-2 典型零件的铸造步骤,第九节 典型砂型铸造件实例,表3-2 典型零件的铸造步骤,表3-2 典型零件的铸造步骤,表3-2 典型零件的铸造步骤,表3-2 典型零件的铸造步骤,图3-22 砂型铸造工艺流程图,第十节
12、 常用铸造工艺方法比较,一、金属型铸造 二、熔模铸造 三、压力铸造 四、低压铸造 五、离心铸造 六、陶瓷型铸造 七、磁型铸造,一、金属型铸造,图3-23 金属型铸造 1底座 2销孔金属型芯 3左半型 4右半型 5销孔金属型芯 6分块金属型芯,二、熔模铸造,图3-24 熔模铸造过程示意图,三、压力铸造,图3-25 卧式冷压室压铸机工作示意图 1定型 2动型 3顶杆机构 4压室 5压射冲头 6定量勺 7液态金属,四、低压铸造,图3-26 低压铸造示意图 1顶板 2顶杆 3上型 4型腔 5密封垫 6浇口 7坩埚 8 升液管 9液态金属 10保温炉 11下型 12滑套 13导柱,五、离心铸造,图3-2
13、7 离心铸造示意图 a)立式 b)卧式,六、陶瓷型铸造,陶瓷型铸造是用金属液体浇注陶瓷铸型，凝固成型后获得铸件的铸造方法。陶瓷型铸造结合了砂型铸造和熔模铸造的优点，设备和操作简单，又耐高温，精度高。在砂箱造型中，先向模样外面灌注含陶瓷质耐火材料和粘结剂的陶瓷浆，形成陶瓷浆层，起模后经喷烧即可成为陶瓷铸型。陶瓷型铸造常用于精密模具的铸件。,七、磁型铸造,磁型铸造类似于砂型铸造，它是以铁丸替代型砂、芯砂，泡沫塑料气化模作模样，在电磁场作用下形成铸型，向磁型浇注金属液体，凝固成型，切断电源清除电磁场后铸型铁丸馈散，获得铸件。磁型铸造减少了造型材料的消耗，常用于汽车零件等铸件。,第十一节 快速精密铸造
14、,一、传统失蜡铸造工艺 二、现代快速精密铸造工艺及其设备 三、现代快速精密铸造用材料 四、脱蜡与焙烧 五、金属及其合金熔化温度,一、传统失蜡铸造工艺,1) 注射蜡模用的金属压型必须用切削加工机床制造，对于形状较复杂、精度要求较高的压型还需用CNC机床加工，相当麻烦和费时。 2) 浇注熔化金属的壳型为薄壳状结构，它是在蜡模表面逐层涂覆砂浆后干燥、焙烧而成的，因此十分费时，往往需要若干天时间。 3) 一般采用大气环境下的重力浇注法，因此，型腔的充满程度受到限制，特别是形状复杂的精细工件。 4) 所需车间面积较大，环境污染严重。,图3-28 传统失蜡铸造工艺过程 a)用压型注射蜡模 b)装配蜡模树
15、c)在蜡模表面涂覆多层砂浆 d)脱蜡、焙烧，构成型壳 e)用型壳浇注熔化金属 f)清除型壳 g)从铸件树上分离铸件 h)完成的铸件,二、现代快速精密铸造工艺及其设备,1.附带电热杯的真空浇注机 2.真空混合机 3.脱蜡、焙烧加热炉 4.真空压力浇注机 5.高压水清砂机,图3-29 现代快速精密铸造工艺过程,1.附带电热杯的真空浇注机,图3-30 附带电热杯的真空浇注机,2.真空混合机,图3-31 真空混合机,图3-32 安放在浇注室中的浇注筒,图3-33 浇注筒及安置其中的蜡模树,图3-34 蜡模树与橡胶垫,图3-35 浇注砂浆后的浇注筒,3.脱蜡、焙烧加热炉,图3-36 脱蜡、焙烧加热炉,图
16、3-37 加热炉的加热室与集蜡盆,图3-38 加热曲线,4.真空压力浇注机,将焙烧后的浇注筒放入真空压力浇注机的真空室中的支承板上，如图3-39及图3-40所示，使感应坩埚炉的温度升至金属熔化温度。将小金属块沿坩埚的壁小心放入坩埚中，待金属块完全熔化后，使密封杆上升，液态金属注入浇注筒。 由于是在保护气体产生的压力和真空环境下浇注金属，不同于一般的重力失蜡铸造，因此铸件品质好。,5.高压水清砂机,1) 注射蜡模用的压型是硅橡胶模，而不是切削加工的金属模，因此可大大缩短制造周期，降低成本。 2) 砂浆浇注于浇注筒中蜡模的周围，能快速形成壁厚至少有12mm的陶瓷模，而不是传统的逐层缓慢涂覆的壳型，因此可大大缩短生产周期。 3) 在真空下浇注砂浆，而不是在大气下涂覆砂浆，因此形成的陶瓷模精确、密实。 4) 在保护气体压力和真空环境下浇注熔化金属，而不是大气环境下的重力浇注，因此铸件精度更高、无氧化。 5) 各种设备均在密闭条件下工作，而不是敞开在大气中，因此无污染。,图3-39 真空压力浇
