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1、,1,第2章 铸造成形,【实训目的与要求】 1）熟悉砂型铸造的工艺过程、特点及应用。 2）了解型砂、芯砂等造型材料的成分、性能及制备过程。 3）掌握砂型铸造中铸型的组成及主要造型、制芯方法， 4）了解分型面和浇注系统的设置方法。 5）了解合金的铸造性能及熔炼方法。 6）能独立完成简单零件的砂型铸造造型、制芯操作，并在 教师指导下完成合金熔炼与浇注。,2,3,2.1 概述 4,2.2 砂型铸造 5,2.3 铸造工艺设计及实例 39,2.4 特种铸造 49,2.5 铸造安全操作规程 54,章节目录,4,2.1 概述,定义： 铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属液浇入铸型， 冷却凝固后获得一定形
2、状与性能的金属物件的成形方法。采用铸造 方法获得的物件称为铸件 。 铸造生产特点: 1）铸造成形方法的适应性强。 2）可获得复杂的外形以及难以加工的复杂内腔。 3）生产批量不受限制。 4）原材料来源广泛。 铸造的分类: (1)按照铸造工艺方法 砂型铸造和特种铸造； (2)按照铸造合金分类 黑色金属铸造和有色金属铸造； (3)按照铸造质量分类 普通铸造和精密铸造。,将型砂紧实制成铸型，将熔炼好的金属液体注人砂型中得到铸件的方法称为砂型铸造。砂型铸造是最常用的造型方法，造型和制芯是铸造生产过程中的两个重要环节,砂型铸造按造型方法的不同可分为手工造型和机器造型两大类。图2-2砂型铸造的主要工艺过程图
3、。,5,图2-1 套筒铸件生产的工艺过程 a)制芯 b)造型 c)合型 d)浇注 e)落砂清理 1-芯盒 2-芯砂 3-砂芯 4-模样 5-型砂 6-砂型 7-铸型 8-浇包 9-铸件,2.2 砂型铸造,型（芯）砂是由原砂、旧砂（回用砂）、粘结剂、附加物和水组成的。都是按一定比例配合的造型材料，经混制后，符合造型要求的混合料。,6,图2-2 型砂结构示意图,2.2.1 砂型、砂芯的材料,为了满足铸造工艺的要求，型砂与芯砂应具备以下主要性能： （1）强度 强度是指型（芯）砂抵抗外力破坏的能力，包括 湿强度和干强度。 （2）透气性 透气性是型砂紧实后的孔隙度，即砂型所具有 的让气体通过的能力 （3
4、）耐火性 耐火性是指型（芯）砂抵抗高温的能力。 （4）流动性 流动件是指型砂与芯砂在外力及本身重力的作用 下，沿模样表面和砂粒间相对流动的能力。 （5）可塑性 可塑性是指型砂在外力作用下，能形成一定的 形状，当外力去掉后，仍保持此形状的能力。 （6）退让性 退让性是指铸件在冷却、凝固收缩时，型（芯） 砂可被压缩的能力。,7,2.2.1 砂型、砂芯的材料,1.型砂与芯砂的配比 型砂与芯砂中，符合质量要求的各组成物应根据所需的性能要求，按一定的比例配制。例如小型铸铁件湿型砂的配比为：新砂1020，旧砂8090，膨润土23，煤粉23，水45；铸铁中小芯砂的配比为：新砂40，旧砂60，粘土57，纸浆2
5、3，水7.58.5。,8,2.2.2 型砂、芯砂的制备,2.型砂与芯砂的制备 型砂与芯砂的性能还与配砂的操作工艺有关，通常通过混砂将原砂、粘结剂、附加物和水混制成型砂。混砂的目的是将各组成成分混合均匀、使粘结剂均匀分布在砂粒表面。混制越均匀，型砂与芯砂的性能越好。实际生产中，型（芯）砂的混制是在混砂机中进行的。,9,2.2.2 型砂、芯砂的制备,图2-3 碾轮式混砂机,3.型砂与芯砂的性能检测 单件小批生产时，可用手捏法检验型砂性能，即用手把型砂捏成砂团，手放开后砂团不松散，可看出清晰的轮廓，折断时断面无碎裂状，表明型砂具有足够的强度。,10,2.2.2 型砂、芯砂的制备,图2-4 手捏法检测
6、型砂 a)型砂湿度适当时可用手捏成砂团 b）手放开后可看出清晰的手纹 c）折断时断面没有碎裂块，表明有足够的湿强度,a）,b）,c）,砂型结构通常可以分为以下几个组成部分：上下砂箱、分型面、上下砂型、砂芯、型腔、浇注系统、出气孔、冒口等。 型腔是指从砂型中取出模样后留下的空腔； 上下砂型间的结合面称为分型面，一般位于模样的最大截面； 砂芯的作用是获得铸件的内孔、局部外形或异形腔，砂芯的外 伸部分称为芯头，用来固定砂芯；砂型中用以固定砂芯芯头的 空腔称为芯座；出气孔是用来排出型腔中的气体、浇注时产生 的气体以及金属液析出的气体等而设置的沟槽或孔道； 浇注系统是在铸型中用来引导金属液流人型腔的通道
7、； 冒口一般设置在铸件厚壁处、最高处或最后凝固的部位，其作 用是补充铸件凝固时所需要的金属液，使缩孔进入冒口，此外 还起到排气和集渣的作用。,11,2.2.3 砂型结构及浇冒口,12,2.2.3 砂型结构及浇冒口,图2-5 砂型组成 1-上砂箱 2-型腔（铸件） 3-上型芯头 4-通气孔 5-冒口 6-外浇口 7-直浇道 8-下砂箱 9-分型面 10-下型芯头 11-冷铁 12-内浇道 13-型砂 14-横浇道,13,2.2.3 砂型结构及浇冒口,浇注系统一般由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道组成，如图所示。,图2-6 浇注系统的构造 1-外浇口 2-直浇道 3-横浇道 4-内浇道,图2-7 带
8、浇注系统的铸件 1-出气口 2-外浇口 3-直浇道 4-横浇道 5-内浇道,14,2.2.3 砂型结构及浇冒口,外浇口可单独制作或直接在铸型上形成，成为直浇道顶部的扩大部分。它的作用是承接从浇包倒出来的熔融金属、减轻浇注时液体金属对砂型的冲击并使熔融金属平稳地流入直浇道中，其结构便于熔渣浮于金属液表面。 直浇道是连接外浇口和横浇道的垂直通道，通常带有一定的斜度，防止气体吸入并便于起模。利用直浇道的高度产生一定的静压力，使金属液充满型腔的各个部分。 横浇道是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，其目的是使液流平稳流人内浇道并起挡渣作用。横绕道一般位于内浇道上部，断面多为梯形。 内浇道是浇注系统中
9、引导熔融金属流入型腔的部分，一般开设在下型分型面上，其断面多为扁梯形或三角形。它的作用是控制熔融金属流入型腔的方向和速度、调整铸件各部分的温度分布和冷却速度。,15,2.2.3 砂型结构及浇冒口,合理的浇注系统可以保证液态金属平稳地流人型腔，以免冲坏铸型，防止熔渣、砂粒等杂物进入型腔，并补充铸件因冷凝而引起收缩的金属液体。 浇注系统设置的具体要求为： 1)将金属液平稳、连续、均匀地导入型腔，避免对砂型和 砂芯的冲击，以获得轮廓清晰、结构完整的铸件。 2)阻止金属液中的杂质和熔渣进入型腔。 3)控制金属液流人型腔的速度和方向。 4)调节铸件各部分温度分布，控制冷却和凝固顺序，避免 缩孔、缩松及裂
10、纹的产生。,16,2.2.4 手工造型方法,手工造型的特点是操作灵活，适应性强，但劳动强度大，生产效率低，对操作人员的技能要求高。手工造型常用造型工具与修型工具如图2-11所示。,图2-8 手工造型工具 a）底板 b）舂砂锤 c）通气针 d）起模针 e）皮老虎 f）镘刀 g）秋叶 h）提勾 i）半圆 j）铲勺 k）法兰勺 l）筛子,17,2.2.4 手工造型方法,1.整模造型 整模造型的特点是模样为整体结构，模样的最大截面处于一 端且为平面，使该端面位于分型面处。造型时模样轮廓全部放在 一个砂箱内(一般为下砂箱)，整个模样能从分型面方便地取出。,图2-9 整模造型操作步骤 a）轴承零件图 b）
11、将模样放在底板上 c）舂砂,18,2.2.4 手工造型方法,d）舂砂锤平头打紧 e）用刮砂板刮平砂箱 f）造上砂型,g）起模 h）修型、开内浇道 i）合型 j）铸件,19,2.2.4 手工造型方法,2.两箱分模造型 分模造型的特点是模样的最大截面处于中间位置，可将模样沿外形的最大截面分成两半，在上下砂箱中分别造出上半型和下半型，利用这样的模样造型称为分模造型。,图2-10 分模造型过程 a）零件 b）模样 c）落砂后的铸件,20,2.2.4 手工造型方法,d）造下砂型 e）造上砂型,f）开外浇口，扎通气孔 g）最终砂型,21,2.2.4 手工造型方法,3.活块造型 模样上有妨碍起模的部分(如凸
12、台、肋板等)，需将该部分制作成可拆卸或活动的部分（活块）。活块用燕尾榫或销子连接在模样主体上，起模或脱芯后，再将活块取出，这种造型方法称为活块造型。活块造型的优点是可以减少分型面数目，减少不必要的挖砂工作；缺点是操作复杂，生产效率低，影响铸件的尺寸精度。,图2-11 活块造型过程 a）支架零件 b）支架模样 c）造下型,22,2.2.4 手工造型方法,d）造上型 e）开型 f）取出活块,g）开浇口、合型,23,2.2.4 手工造型方法,4.挖砂造型 当铸件的最大截面不在其顶端，铸件的外形轮廓为曲面或阶梯面，而又不便分模时(如分模后的模样太薄、制模困难等)，只能将模样做成整模，并在造型时挖掉妨碍
13、起模的型砂，形成曲面的分型面称为挖砂造型。在挖砂造型时，挖砂的深度应处于模样的最大截面处，挖制的分型面应光滑平整、坡度合适，以便开型和合型操作。,图2-13 挖砂造型过程 a）零件图 b）造下型 c）挖修分型面 d）造上型、敞箱、起模 e）合型 f）带浇注系统的铸件,24,2.2.4 手工造型方法,5.假箱造型 成批生产时，为了避免每型挖砂，可采用假箱造型代替挖砂造型。假箱造型是用预先制备好的半个铸型（假箱）或成型底板来代替平面底板，将模样放置在假箱或成型底板上作为“假箱上型”批量制造下型，然后在下型上造出上型。,图2-14 手轮的假箱造型 a）模样放在假箱上 b）造下型 c）翻转下型待造上型
14、,图2-15 假箱与成型底板的比较 a）假箱 b）成型底板 c）合型图,25,2.2.5 机器造型,机器造型是以机器全部或部分代替手工填砂、紧砂和起模等造型工序。机器造型必须使用模板造型，且只能使用两箱造型方式。模板是指模样和浇注系统沿分型面与造型底板紧固连接而成的整体，分为上模板和下模板。,图2-16 机器造型用模板 a）下模板 b）上模板 1-下模样 2-定位销 3-内浇道 4-直浇道 5-上模样 6-横浇道,26,2.2.5 机器造型,机器造型按紧砂方式不同，可分为震压造型、压实造型、抛砂造型、射砂造型等。其中，震压造型在国内中、小型铸造工厂的应用最广泛。 震压式造型机兼有震实和压紧的作
15、用，其利用压缩空气使震击活塞多次震击，将砂箱下部的砂型紧实，再用压缩气体将上部的砂型紧实。,图2-17 震压造型方法 a）填砂 b）震动紧砂 c）压实紧砂 d）起模 1-压头 2-模板 3-砂箱 4-震击活塞 5-压实活塞 6-压实汽缸 7-顶杆 8-汽缸 9-进气孔,27,2.2.6 制芯,为获得铸件的内腔或局部外形，用芯砂等材料制成的安放在型腔内部的铸型组件称为砂芯，制造砂芯的过程称为制芯或造芯。制芯与造型一样，可用手工和机器制芯。多数情况下用型芯盒制芯，芯盒的内腔形状与铸件的内腔对应。,图2-18 对开式芯盒制芯 a）准备芯盒 b）舂砂、放芯骨 c）刮平、扎气孔 d）敲打芯盒 e）打开芯
16、盒、取芯 1-定位销和定位孔 2-芯骨 3-通气针,28,2.2.6 制芯,浇注时型芯被金属液流冲刷和包围，因此要求型芯有更好的强度、透气性、耐火性和退让性，并能易于从铸件内清除。为满足性能要求，需使用性能好的芯砂，同时还需采取以下措施： 1)在型芯里放人芯骨以加强型芯的强度。 2)在型芯内部开通气孔，并使之与砂型上的通气孔贯通， 以提高型芯的排气能力。 3)在型芯与金属液接触的部位应涂上涂料，以提高铸件内腔表面质量。型芯一般需要烘干，增强透气性和强度。,29,2.2.7 合型,将上型、下型、砂芯、浇注系统等组合成一个完整铸型的操 作过程称为合型，又称合箱。合型是制造铸型的最后一道工序， 直接关系到铸件的质量。合型工序包括： （1）铸型的检验和装配 下芯前，先清除型腔、浇注系砂型 表面的浮砂，检查其形状、尺寸及排气通道是否合格，
