机械制造基础第三章砂型铸造.ppt

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1、第三章 砂型铸造,砂型铸造是传统的铸造方法，由于适应于各种形状、大小、批量及各种合金铸件的生产，也是使用最广的一种铸造方法。本章围绕铸造工艺方案的制定，介绍有关造型方法的选择、浇注位置和分型面的选择、工艺参数选择等内容。,用于核反应堆的大型铸件，重量达60多吨。,第一节 造型方法的选择,造型是砂型铸造最基本的工序，造型方法的选择对铸件质量和成本有着重要的影响。根据自动化程度的不同，造型方法可分为:手工造型机器造型,一、手工造型,特点(1)操作灵活，大小铸件均可适用。(2)对模样要求不高（一般木模，刮板）(3)对砂箱要求不高但是(4)生产率低(5)对工人的技术要求较高(6)铸件的尺寸精度及表面质

2、量较差,手工造型操作灵活，大小铸件均适应；主要用于单件、小批量生产。,手工造型方法,压环及其分型面,为了适应不同的铸件和不同批量的生产，手工造型的具体工艺是多种多样的。图221所示为压环及其分型面。由于压环的内径大、高度小，这样便可利用起模后形成的砂垛(即自带型芯)制出铸件的内腔，不需另制型芯。但在不同的生产条件下，采用的造型方法也将有所不同。,1单件、小批生产,由于铸件的尺寸较大，又属回转体，故在单件、小批条件下压环宜采用刮板一地坑造型(图222)。刮板造型虽较实体模样造型费工，要求工人的技术水平高，但制造刮板可节省许多工时和木材，因而铸件成本显著降低。地坑造型因省去下箱，使砂箱的准备及运输

3、简化，故在大、中型铸件生产中时常被采用。,2成批生产,在铸件的生产批量较大、又缺乏机械化生产的条件下，上述压环仍可采用手工造型。此时，由于均摊到每个铸件上的模具费用较少，而造型工时对铸件的成本影响变得显著，故宜采用实体模样(木模或金属模)进行两箱造型，这不仅简化了造型和合箱操作，还因型砂紧实度较为均匀，铸件的表面质量得到提高。,二、机器造型,机器造型是指用机械设备实现紧砂和起模等主要工序的造型方法。根据紧砂原理的不同，机器造型分为震压造型、微震压实造型、高压造型、射砂造型和抛砂造型等。其中，以压缩空气驱动的震压式造型方法最为常见。,震压造型,以压缩空气为动力；通过震击使砂箱下部的型砂在惯性力下

4、紧实，上部松散的型砂再用压头压实。所以，震压造型方法，型砂紧实度不高，造型表面粗糙，造型时噪声较大,(1)填砂,打开砂斗门，向砂箱中放满型砂。,(2)震击紧砂,先使压缩空气从进气口l进入震击气缸底部，活塞在上升过程中关闭进气口，接着又打开排气口，使工作台与震击汽缸顶部发生一次震击。如此反复进行震击，使型砂在惯性力的作用下被初步紧实。,(3)辅助压实,由于震击后砂箱上层的型砂紧实度仍然不足，还必须进行辅助压实。此时，压缩空气从进气口2进入压实气缸底部，压实活塞带动砂箱上升，在压头的作用下，使型砂受到压实。,(4)起模,当压缩空气推动的压力油进入起模油缸，四根顶杆平稳地将砂箱顶起，从而使砂型与模样

5、分离。,震压式造型机特点,价格较低，生产率为每小时3060箱，目前主要用于一般机械化铸造车间。主要缺点是型砂紧实度不够高、噪声大、工人劳动条件差，且生产率不够高。在现代化的铸造车间，一般震压式造型机已逐步被其它先进造型机所取代。,微震压实造型,型砂在压实的同时进行微震，所以其紧实度比震压造型机的高而且均匀。震动频率600800次min、振幅26 mm)。因而型砂紧实度的均匀性和型腔表面质量均优于震压造型机，且噪声较小。,高压造型,高压造型机采用液压压头，每个小压头的行程可随模型自行调节，砂型各部位的紧实度均匀，且在压实的同时还可进行微震，使砂型紧实度提高且均匀，因而铸件的尺寸精度和表面质量大大

6、提高，且噪声更小。高压造型机在汽车、拖拉机零部件等大批量生产中甚有发展前途,压实力高，噪音小且生产率高，适用于型芯较多、形状复杂的中小型铸件大批量的生产,高压造型机,射砂造型,射砂造型是采用射砂与压实相结合的方法将型砂紧实。该方法压实力较高，铸件尺寸精确，适用于形状不大的中、小型铸件的大批量生产,射砂造型机工作过程,（1）射砂,压缩空气使型砂从射砂头射入造型室内(图224a)，造型室由左右两块模板(又称压实板)组成。,（2）压实,通过右模板(即右压实板)水平施压，以进行压实(图224b)。,（3）合型,左模板向左移动，起模一定距离后向上翻起，以让出空间。右模板前移、推出砂型，并与前一块砂型合上

7、，形成空腔。,（4）复位,左右模板恢复原位，准备下一次射砂,机器造芯,机器造芯除可采用前述的震击、压实等紧砂方法外，最常用的是吹芯机或射芯机。开始时，将芯盒9置于工作台上，并向压紧缸l0通入压缩空气，使芯盒上升，以便与底板6压紧。射砂时，打开射砂阀2，使储气筒l中的压缩空气通过射砂筒4上的缝隙进入射砂筒内，于是型芯砂形成高速的砂流从射砂孔7射入芯盒，并将砂紧实，而空气则从射砂头上的排气孔8排人大气。射砂紧实是将填砂与紧砂两个工序同时完成，故生产率很高。射砂紧实不仅用于造芯，也开始用于造型。,造芯工艺的改进,近些年来，由于采用以合成树脂为粘结剂的树脂砂来造芯，使机器造芯工艺发生了变革。此时，采用

8、电热的芯盒(或其它硬化措施)，使射入芯盒内的树脂砂快速硬化，这不仅省去了型芯骨和烘干工序、降低了型芯成本，而且由于型芯是在硬化后才从芯盒中取出，因此，型芯变形小、精度高。,2.机械造型的工艺特点,(1)生产率高。(2)改善了劳动条件(3)铸件的尺寸精度及表面质量较高，加工余量相对较小。但是(4)所需设备、模板、专用砂箱及厂房的投资较大。(5)采用模板只能进行两箱造型,图226所示的轮形铸件，由于轮的圆周面有侧凹，在生产批量不大的条件下，通常采用三箱手工造型，以便分别从两个分型面取出模样。但在大批量生产条件下，由于采用机器造型，故应改用图中所示的环状型芯，使铸型简化成只有一个分型面，这尽管增加了

9、型芯的费用，但机器造型所取得的经济效益可以补偿而有余。,铸造工艺方案的确定,铸造工艺方案通常按以下步骤和原则进行（1）选择浇注位置（2）确定分型面（3）确定铸造工艺参数（4）画铸造工艺图,第二节 浇注位置和分型面的选择,浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的空 间位置。铸型分型面是指铸型组元间的结合面。,1.浇注位置的选择原则,钳工平板,(1)铸件的重要加工面应朝下因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密。如果这些加工面难以朝下，则应尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将较大的平面朝下。,车床床身铸件的浇注位置方案,由于床身导轨面是关键表面，不容许有明显的

10、表面缺陷，而且要求组织致密，因此通常都将导轨面朝下浇注。,起重机卷扬筒的浇注位置方案,因为卷扬筒的圆周表面质量要求高，不允许存有明显的铸造缺陷。若采用卧铸，圆周的朝上表面的质量难以保证；反之，若采用立铸，由于全部圆周表面均处于侧立位置，其质量均匀一致，较易获得合格铸件。,(2)铸件的大平面应朝下,铸件的大平面若朝上，容易产生夹砂缺陷，这是由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂，于是铸件表面形成夹砂缺陷。因此，平板、圆盘类铸件的大平面应朝下。,(3)面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置,为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应

11、将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置。图229为油盘铸件的合理浇注位置。,(4)对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固,铸钢卷扬筒，浇注时厚端放在上部是合理的；反之，若厚端放在下部，则难以补缩。,2.分型面的选择原则,(1)应使造型工艺简化 尽量使分型面平直、数量少，避免不必要的活块和型芯等,图230为一起重臂铸件，图中所示分型面为一平面，故可采用简便的分开模造型。如果采用顶视图所示的弯曲分型面，则需采用挖砂或假箱造型。在大批量生产中应尽量采用图中所示的分型面，这不仅便于造型操作，且模板的制造费用低

12、。单件、小批生产中，由于整体模样坚固耐用、造价低，故也常采用弯曲分型面。,应尽量使铸型只有一个分型面，以便采用工艺简便的两箱造型,四箱,三箱,两箱,避免活块,支架分型方案按图中方案1，凸台必须采用四个活块方可制出，而下部两个活块的部位甚深，取出困难。当改用方案时，可省去活块，仅在A处稍加挖砂即可。,选择分型面时应尽量避免不必要的型芯。,型芯通常用于形成铸件的内腔，有时还可用它来简化铸件的外形，以制出妨碍起模的凸台、凹槽等。但制造型芯需要专门的芯盒、芯骨，还需烘干及下芯等工序，增加了铸件成本。图233为一底座铸件。若按图中方案1分开模造型，其上、下内腔均需采用型芯。图中方案，采用整模造型，则上、

13、下内腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。,(2)应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的精度。,图234为一床身铸件，其顶部平面为加工基准面。图中方案a在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯，因采用整模造型使加工面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量生产时的合理方案。若采用方案b，铸件若产生错型将影响铸件精度，但在单件、小批生产条件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方案b仍可采用。,应使铸件的全部或大部放在同一砂型中，以减少错箱、飞边毛刺，提高铸件尺寸精度,管子堵头分型面位置的选择实例,(3)为便于造型、下芯、合箱和检验铸件的壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。,

14、但型腔也不宜过深，并尽量避免使用吊芯和大的吊砂。图235为一机床支柱的两个分型方案。方案的型腔大部分及型芯位于下箱，这样便可减少上箱的高度，故较为合理。,抓住主要矛盾、全面考虑,上述诸原则，对于具体铸件来说多难以全面满足，有时甚至互相矛盾。例如，质量要求很高的铸件(如机床床身、立柱、钳工平板、造纸烘缸等)，应在满足浇注位置要求的前提下考虑造型工艺的简化。没有特殊质量要求的一般铸件，则以简化工艺、提高经济效益为主要依据，不必过多地考虑铸件的浇注位置。机床立柱、曲轴等圆周面质量要求很高、又需沿轴线分型的铸件，在批量生产中有时采用“平作立浇”法，此时，采用专用砂箱，先按轴线分型来造型、下芯，合箱之后

15、，将铸型翻转90度，竖立后进行浇注。,第三节 工艺参数的选择,为了绘制铸造工艺图，在铸造工艺方案初步确定之后，还必须选定铸件的工艺参数。机械加工余量起模斜度收缩率型芯头尺寸,一、机械加工余量和最小铸孔,在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机械加工余量。余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报废，或者，因铸件表层过硬而加速刀具磨损。机械加工余量的具体数值取决于铸件的生产批量、合金的种类、铸件的大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等。大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可减小；手工造型误差大，余量应加大。铸钢件因表面粗糙，余量应加大；非铁合金铸件价

16、格甚贵，且表面光洁，所以余量应比铸铁小。铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铸件的尺寸误差也愈大，故余量也应随之加大。此外，浇注时朝上的表面因产生缺陷的机率较大其加工余量应比底面和侧面大。表29列出了灰铸铁件的机械加工余量。,灰铸铁件的机械加工余量,铸件的孔、槽,铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还必须考虑其必要性。一般来说，较大的孔、槽应当铸出，以减少切削加工工时、节省金属材料，同时也可减小铸件上的热节。但较小的孔、槽则不必铸出，留待加工反而更经济。灰铸铁件的最小铸孔(毛坯孔径)推荐如下：单件生产3050 mm成批生产1520 mm大量生产1215 mm。零件图上不要求加

17、工的孔、槽，无论大小均应铸出。,二、起模斜度,为了使模样(或型芯)便于从砂型(或芯盒)中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时必须留出一定的倾斜度(图236)，此倾斜度称为起模斜度。起模斜度的大小取决于立壁的高度、造型方法、模样材料等因素，通常为153。立壁愈高，斜度愈小；机器造型应比手工造型小，而木模应比金属模斜度大。为使型砂便于从模样内腔中脱出、以形成自带型芯，内壁的起模斜度应比外壁大，通常为310。,三、收缩率,由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔尺寸略为缩小，为保证铸件应有的尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。在铸件冷却过程中其线收缩不仅受到铸型和型芯的机械阻碍，同时

18、还受到铸件各部分之间的相互制约。铸件的实际线收缩率除随合金的种类而异外，还与铸件的形状、尺寸有关。灰铸铁为 0.71.0铸造碳钢为 1.32.0铝硅合金为 0.81.2。,四、型芯头,型芯头的形状和尺寸，对型芯装配的工艺性和稳定性有很大影响。垂直型芯一般都有上、下芯头(图237a)，但短而粗的型芯也可省去上芯头。芯头必须留有一定的斜度。下芯头的斜度应小些(510)，上芯头的斜度为便于合箱应大些(615)。水平芯头(图237b)的长度取决于型芯头直径及型芯的长度。悬臂型芯头必须加长，以防合箱时型芯下垂或被金属液抬起。型芯头与铸型型芯座之间应有14 mm的间隙(S)，以便于铸型的装配。,第四节 综

19、合分析举例,(1)方案I 沿底板中心线分型，即采用分开模造型。其优点是底面上110 凹槽容易铸出，轴孔下芯方便，轴孔内凸台不妨碍起模。缺点是底板上四个凸台必须采用活块，同时，铸件易产生错型缺陷，飞翅清理的工作量大。此外，若采用木模，加强筋处过薄，木模易损坏。,(2)方案 沿底面分型，铸件全部位于下箱，为铸出110 mm凹槽必须采用挖砂造型。方案克服了方案工的缺点，但轴孔内凸台妨碍起模，必须采用两个活块或下型芯。当采用活块造型时，30 mm轴孔难以下芯。,(3)方案 沿110 mm凹槽底面分型。其优缺点与方案类同，仅是将挖砂造型改用分开模造型或假箱造型，以适应不同的生产条件。可以看出，方案、的优

20、点多于方案I。但在不同生产批量下，具体方案可选择如下：,(1)单件、小批生产 由于轴孔直径较小、勿需铸出，而手工造型便于进行挖砂和活块造型，此时依靠方案分型较为经济合理。(2)大批量生产 由于机器造型难以使用活块，故应采用型芯制出轴孔内凸台。同时，应采用方案从110凹槽底面分型，以降低模板制造费用。图239为其铸造工艺图，由图可见，方型芯的宽度大于底板，以便使上箱压住该型芯，防止浇注时上浮。若轴孔需要铸出，采用组合型芯即可实现。,二、C6140车床进给箱体,1分型面的选择,方案 分型面在轴孔的中心线上。此时凸台A因距分型面较近，又处于上箱，若采用活块、型砂易脱落，故只能用型芯来形成，但槽C用型

21、芯或活块均可制出。本方案的主要优点是便于铸出九个轴孔，铸后飞翅少，便于清理。同时，下芯头尺寸较大，型芯稳定性好，不易产生偏芯缺陷。其主要缺点是型芯数量较多。方案 从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱。此时，凸台A不妨碍起模，但凸台E和槽C妨碍起模，也需用活块或型芯来克服。其缺点是轴孔难以直接铸出。若铸出轴孔，因无法制出型芯头，必须加大型芯与型壁的间隙，使飞翅的清理工作量加大。方案 从B面分型，即铸件全部置于下箱。其优点是铸件不会产生错型缺陷。同时，铸件最薄处在铸型下部，金属液易于填充。缺点是凸台E、A和槽C都需采用活块或型芯，而内腔型芯上大下小、稳定性差；若铸出轴孔，则其缺点与方案同。,上述诸

22、方案虽各有其优缺点，但结合具体条件，仍可找出最佳方案。(1)大批量生产 为减少切削加工量，九个轴孔应当铸出。此时，为了简化造型工艺只能采用方案工分型。为便于采用机器造型，凸台和凹槽均应采用型芯。(2)单件、小批生产 因采用手工造型，故活块比型芯更为经济，同时，因铸件的尺寸偏差较大，九个轴孔不必铸出，留待直接切削加工。此外，应尽量降低上箱的高度，以便利用现有砂箱。显然，在单件生产条件下，宜采用方案或方案；小批生产时，三个方案均可考虑，视具体条件而定。,2铸造工艺图,分型面确定之后，便可依据有关资料绘制铸造工艺图。图242为采用分型方案时的铸造工艺图。由于本书省略了其它视图，故组装而成的型腔大型芯的细节图中未能示出。,