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1、铸造工艺学,绪论,1、何为铸造？,将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固，这种制造金属制品的过程称为铸造生产，简称铸造。,铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前，是世界上较早掌握铸造技术的文明古国，随着工业技术的发展，铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、连续铸造、陶瓷型铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。,由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等
2、方面发展迅速。 目前我国是世界上铸件生产的第一大国，年产铸件2000万吨以上。,铸造工业的发展,铸造工业的发展,从殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。河南安阳出土的殷朝祭器司母戊鼎，重达700多公斤，长、高都超过1m，四周饰有精美的蟠龙纹及饕餮(古代传说中的一种凶恶的野兽)。,1978年湖北省随县出土的曾侯乙墓青铜器重达10t。其中有64件的一套编钟，整套编钟音域宽达五个半八度，可演奏各类名曲，音律准确和谐，音色优美动听。,铸造工业的发展,永乐大钟 它重46.5吨，通高6.75米，最大外径3.3米。永乐大钟距今已有500多年历史，它是采用地坑造型、表面陶范的泥型法铸造的。钟体内外遍铸经文，共22
3、.7万字。铸造时，几十座熔炉同时开炉，熔化的铜汁沿着泥做的槽道注入陶范，一次成形，工艺高超。,铸造特点：,优点：投资小、生产周期短、能制造形状复杂零件 缺点：内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松等； 外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。,铸造分类：,按生产方法,砂型铸造,特种铸造,压力铸造,金属型铸造,熔模精密铸造,消失模铸造,铸造行业80%以上的产品都是砂型铸造完成的，预计在21世纪前期，仍是铸造生产的主流。,各类机械工业中铸件质量所占的比率：,变速器壳体,铸铁曲轴,第一篇 铸造工艺过程,第一章 造型,第二章 制芯,第三章 砂型（芯）的烘干、合箱与浇注,第四章 铸件的落砂与清理,第五节 铸件质
4、量检验与缺陷修补,第一篇 铸造工艺过程,第一章 造 型,第一节 概 述,优点： 1、不受零件形状、大小限制，几乎所有合金 均可生产； 2、生产周期短，成本低。 缺点： 1、劳动条件差； 2、工序较多，铸件质量影响因素多。,一、砂型铸造的优缺点,砂型铸造：利用型砂作铸型，将液态金属在重力下浇注到铸型中冷却凝固成型的铸造方法。,二、砂型结构及种类,（一）砂型结构：,湿型：造型后不烘干直接浇注。 干型：造型后烘干再浇注。 表干型：造型后只将表面层烘干，在进行浇注。 自硬型：造型后靠化学反应硬化，一般不需要烘烤或经低温烘烤的铸型。 石灰石型：用石灰石砂代替一般的硅砂，常用水玻璃作为粘结剂而制成的自硬型
5、铸型。 铁模覆模砂型：铁模上覆盖一层型砂,（二）砂型种类：,三、砂型铸造工艺流程图,制造模样、芯盒,配制型砂、芯砂,造型和造芯,烘干、合箱,熔炼金属、浇注,落砂、清理,检验,第二节 手工造型,用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。 （一）手工造型特点和应用范围 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。 （二）手工造型方法 整体模造型、两箱分开模造型、
6、挖砂造型、假箱造型、活块造型、多箱造型、劈箱造型、刮板造型、骨架造型、地坑造型、漏模造型、叠箱造型、脱箱造型、组芯造型。,造型（芯）前的准备工作,造型工装主要包括：模样（芯盒）、造型平板、砂箱、型芯骨、定位销等。,分模模样,整模模样,各种形式的芯骨,造型平板,定位销棒,1、整体模造型 特点：模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。 应用：适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。,整体模造型过程,造下型,刮平,翻下型，造上型,敞箱，起模,合箱,带浇口铸件,整体模造型动画演示,2、两箱分开模造型 特点：是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两
7、个砂箱内，造型简单省工。 应用：常用于最大截面在中部的铸件。例如，圆柱体、套筒类、管子类等。,套筒的分开模造型过程,铸件剖面图,造下型,造上型,敞箱，起模，开浇口,下芯,合箱,带浇口铸件,3、挖砂造型 特点：模样为一整体，分型面为一曲面，挖去阻碍起模的型砂才能取模。造型麻烦、生产率低，工人技术水平要求高。 应用：用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。,手轮的挖砂造型过程,挖砂造型动画演示,4、假箱造型,特点：将模型置于假箱或成型底板上，直接造出曲面，代替挖砂造型，操作较简单。 应用：用于小批或成批生产，分型面不平的铸件。,假箱造型动画教学,5、活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋
8、条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人技术水平要求高。 应用：主要用于单件、小批生产带有突出部分、难以起模的铸件。,活块造型,活块造型动画演示,6 多箱造型,带轮的三箱造型过程,多箱造型是指用三个以上砂箱造型，以解决砂型具有两个以上分型面或高大件的手工造型方法。造型过程复杂，生产率低。 应用：主要用于单件小批量生产。,铸件剖面图,模型,造下型,造中型,造上型,取模,合箱,三箱造型动画演示,7、劈箱造型 对内外形状都较复杂的大型铸件，造型、起模、修型和下芯都有困难时，常采用劈箱造型。实际上也是多箱造型，这时不只是有上、中、下，而且还可能有
9、左、中、右，造型后装配成型。优点是减少了造型起模的困难，下芯方便，能保证壁厚均匀，提高了铸件质量；缺点是工装复杂，准备周期长，造型周期长。 应用：主要适用于成批生产的大型铸件。,8、刮板造型 特点：用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。 缺点：但生产率低，工人技术水平要求高。 应用：用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。,刮板造型示意图,刮板造型动画演示,9、骨架造型在对变截面的曲面铸件，可采用骨架模造型。骨架模由一些厚度与铸件壁厚相等的肋条架组成，其轮廓形状与铸件相似。,10、地坑造型在地平面以下的沙坑中或特制的地坑中制造下型的
10、造型方法，特点是省掉了下砂箱，但造型操作麻烦。 应用：用于中型、大型铸件单件或小批量生产。,地坑造型示意图,11、漏模造型用漏模作起模工具的手工造型方法。在模板与砂型分型面间，设置一层漏模板，起模时，模样随模底板抽出，而分型面以上型砂被漏模板托住。砂型不会损坏，不用修型，对造型操作要求低，生产率提高，但制作模板费用高。,12、叠箱造型将几个甚至十几个砂型重叠起来，采用共用直浇道浇注的造型方法。这样造型不仅节约了型砂的使用和砂箱的数量，而且也大大减少了造型场地的使用。但对于下层铸件，由于压头高，容易产生涨箱和涨砂等缺陷。应用：只适用于一些薄小简单铸件，当造型场地不够时适用。,叠箱造型,13 脱箱
11、造型主要采用活动砂箱来造型，在铸型合型后，将砂箱脱出，重新用于造型。一个砂箱可制出许多铸型。金属浇注时为防止错型，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上套箱。常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，故砂箱一般小于400mm。这种造型方法节约砂箱，但工人劳动强度大。 应用：主要适用于中小件的湿型铸造和成批大量生产的机器造型。,14、组芯造型是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。它可提高铸件的精度，但成本高。 应用：适用于大批量生产形状复杂的铸件。,组芯造型示意图,第三节 普通机器造型,一、概述,定义：将手工造型中的紧砂和起模实现了机械化的方法。紧砂方法：震击、压实、震压、微震压、抛砂、射压，以震压紧砂法为
12、主。 起模方法：顶箱起模；翻箱起模；漏模起模等。 特点： 生产率高，精度较高； 节约金属； 改善了劳动条件； 设备投资较大。 应用：只适用于中、小铸件成批或大量的生产。,（一）紧实度 型砂经过紧实用后，才具有一定的强度。紧实不仅是为了使砂型具有一定的形状，更重要的是使砂型经受住在翻转和搬运过程中的震动而不塌落，在浇注过程中抵抗金属液的冲刷而不损坏，在液态金属压力作用下型壁不移动。因而，常用型砂砂粒间排列堆积的密集程度作为衡量型砂紧实后的指标。常用单位体积内的型砂质量大小表示密集程度，成为紧实度。,松散型砂的紧实度为0.61.0g/cm3，一般紧实度为1.551.7g/cm3，高紧实度为1.61
13、.8g/cm3。为了测量方便，采用硬度法，一般机器造型为6085。,式中： 型砂紧实度 G型砂质量 V型砂体积,(二) 比压：单位面积型砂受到的压力,低压造型q=0.130.4MPa; 中压造型q=0.40.7MPa; 高压造型q0.68MPa, 7大气压。,根据比压大小，机器造型方法可分为:,砂型的紧实，常用的方法之一就是给以压力，因而砂型表面上所受紧实的压力大小在一定程度上也间接地表示了型砂的紧实情况。 设作用在砂型表面S上的压力为F，则比压（压强）为：,普通机器造型是最早的机器造型机械，比压通常在低压和中压范围内。这类造型机组成的流水生产线，由于投资少，见效快，目前仍在许多专业铸造厂应用
14、。,（一）震击式,二、普通机器造型的紧砂方式,过程：利用压缩空气使工作台将砂箱举升至一定高度（约2080 mm），然后突然下落与基座产生振击，使砂型受到冲击而紧实。 特点：震击式造型机结构简单，成本低，但噪声大、能耗大。 应用：主要应用在大中型、高度较大的砂箱造型中。,（二）压实式,二、普通机器造型的紧砂方式,过程：用压板或压头从砂型的上面施加压力，将砂型紧实成型。 特点：压实造型，机器结构简单，消耗动力少，噪音低，生产率高，但存在紧实度分布不均匀。 应用：单压实只适用于薄小铸件，一般砂箱高度不超过150mm。,（三）震压式,二、普通机器造型的紧砂方式,过程：对型砂先进行震击，然后再加以压实。
15、 特点：这种紧实方式在一定程度上克服了单震击和单压实的不足，使砂型上下紧实度分布较均匀。 应用：小件造型流水线。,（四）微震压式,二、普通机器造型的紧砂方式,过程：是在加压紧实型砂的同时，砂箱和模板作高频率、小振幅震动。通常微震频率为5001000次/min，振幅为38mm。 特点：此方法生产率较高、紧实度均匀、噪声小。 应用：适用于精度要求较高、较复杂的中小型铸件，一般砂箱高度不超过300mm的成批大量生产。,过程：是利用离心力抛出型砂，使型砂在惯性力下完成填砂和紧实。 特点：该方法生产率高，能量消耗少、噪声低、型砂紧实度均匀、适用性广。 应用：主要适用于单件、小批、成批、大量生产中、大型铸
16、件或大型芯。,（五）抛砂式,二、普通机器造型的紧砂方式,（六）射压式,二、普通机器造型的紧砂方式,过程：使压缩空气骤然膨胀，将型砂射人砂箱进行填砂和紧实，再进行压实。 特点：该方法生产率高，紧实度均匀，砂型型腔尺寸精确、表面光滑、工人劳动强度低、易于自动化、但造型机调整维修复杂。 应用：主要适用于大批、大量生产的形状简单的中、小型铸件。,（一）顶箱式,三、普通机器造型的起模方式,顶箱式起模过程是模板自砂型下方脱离砂型。砂型造好后，造型机模板下的四根顶杆上升，顶住砂箱四角继续同步上升，使砂型与模板分离，起模，这个过程称为顶箱起模。,（二）翻箱式,三、普通机器造型的起模方式,翻箱起模一般是模板自砂型上方脱离。目前有翻台式和转台式两种。起模过程是先将砂箱和模板一起夹紧，然后工作台绕支轴翻转180，这时接箱台上升托住砂型，再打开夹紧装置，接箱台和砂型一起缓慢下降，完成起模。,第四节 水平分型高压造型,一、概述,造型时，依压力的比压大小分为高压、中压、低压造型。,优点： 1、铸件质量高，冷速快，晶粒细，致密； 2、铸件尺
