03第三章金属的铸造形成工艺

1第三章金属的铸造形成工艺本章学习目的与要求：掌握各种造型方法的原理、特点与用途；能根据零件的结构形状、大小与生产类型正确选择铸造方法2第一节重力作用下的铸造成形靠液态金属自身的重力充填型腔的形成工艺第二节外力作用下的铸造成形靠外力充填型腔的形成工艺3手工造型机器造型金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造陶瓷型铸造离心铸造液态成型工艺砂型铸造特种铸造ClasficationoffoundryMethods金属的液态成型工艺的种类第一节重力作用下的铸造成形4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。一、砂型铸造5一、砂型铸造6基本术语模样由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样。芯盒：制造型芯或其他种类耐火材料芯所用的装备称为芯盒。芯盒的内腔与型芯的形状和尺寸相同。7零件图铸造工艺图模样图、芯盒图、铸型装配图制造模样及芯盒混制芯砂预处理造型材料混制型砂造型制芯准备炉料熔炼金属浇注化验落砂、清理检验热处理合格铸件合型烘干铸型烘干芯子是用模样和型砂制造铸型的一种工艺。一、砂型铸造8基本工艺过程910砂型铸造造型材料:型砂和芯砂由原砂、粘结剂、水和附加物造型方法:整模造型分模造型三箱造型手工造型挖砂造型活块造型刮板造型等压实式造型震机压实式造型微震压实式造型机器造型高压式造型空气冲击式造型射压式造型抛砂式造型11铸件形体组合-造型方法选定12手工造型handmolding定义---全部用手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型。填砂、紧实和起模人工完成机器造型machinemolding：机器加砂、紧砂与起模（造型机）13优点---手工造型操作灵活、工艺装备(模样、芯盒、砂箱等)简单、生产准备时间短、适应性强，造型质量一般可满足工艺要求，缺点---生产率低、劳动强度大、铸件质量较差，所以主要用于单件小批生产。（一）手工造型1.砂箱及造型工具如图所示。14手工造型的两箱造型图解型芯Core上箱flask下箱分型面P/L型腔Cavatity浇注系统gatingsystem排气孔15模样是整体的，铸型的型腔一般只在下箱。造型时，整个模样能从分型面方便地取出。整模造型因操作简便，无砂箱错位现象。图示2.常见手工造型方法整模造型适用于：外形轮廓上有一个平面可作分型面的简单铸件，如齿轮坯、轴承、皮带轮罩等。1)整模造型特点：16铸件的最大截面不在端部而在中部，因而木模沿最大截面分成两半。造型简单，节省工时。2)分模造型演示特点：形状较复杂的铸件，特别广泛用于有孔或带有型芯的铸件，如套筒、水管、阀体、箱体、曲轴、立柱等。适用于：将模样沿最大截面处分为两半，型腔分别位于上、下两个半型内。17特点：铸件两端截面尺寸比中间大，采用两箱无法起模，将铸件放在三个砂箱中组合而成。注意：中箱高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工，且需配有合适的砂箱。适用于：单件小批生产。具有两个分型面的铸件。3）三箱造型过程演示18特点：模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。造型操作麻烦，生产率低，要求操作技术水平高。4)挖砂造型当铸件最大截面在中部，模样又不便分成两半(如分模后模样太薄或分面是曲面)时，只能将模样做成整模，造型时挖掉防碍起模的砂子。挖砂适用于：单件、小批量生产。194)挖砂造型205）假箱造型对于分型面为阶梯面或曲面的铸件，当生产数量较多时，为了克服挖砂造型的缺点，可用成形底板代替平面底板，并将模样放置在成形底板上造型，可省去挖砂操作。假箱造型21成形底板可根据生产数量的不同，分别用金属、木材制作；如果件数不多，可用粘土较多的型砂舂紧制成砂质成形底板22铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。适用于单件、小批生产带有突起部分的铸件6)活块造型活块用销式燕尾与模样的主体连接，在起模时须先取出模样主体，然后取出活块。活块造型23用与铸件截面相适应的刮板代替实体模样造型的方法。特点：刮板造型，可以降低模样成本，缩短生产准备时间，但要求操作技能高，铸件尺寸精度低，生产率低，适用于:单件、小批生产尺寸较大的回转体铸件，如皮带轮、齿轮等。7)刮板造型刮板造型248）地坑造型大型铸件单件生产时，为节省下砂箱，降低铸型高度，便于浇铸，多采用地坑造型。造型时先在地坑中填入型砂，制好砂床，再将模样安卧好，再填砂舂实、刮平，造上箱。为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注表2-2常用手工造型方法的特点及应用造型方法主要特点适用范围整模造型整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好分模造型模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，造型简便挖砂造型假箱造型最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小批生产最大截面在中部，一般为对称性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批生产模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高分型面不是平面的铸件的单件、小批生产分型面不是平面的铸件的成批生产活块造型对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分。起模时先取出主体部分，再取出活动部分用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批生产采用活动砂箱造型，合型后脱出砂箱表2-2常用手工造型方法的特点及应用造型方法主要特点适用范围刮板造型用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水平高，精度较差两箱造型铸型由上型和下型构成，各类模样，操作方便三箱造型脱箱造型用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批生产最基本的造型方法。各种铸型，各种批量铸件两端截面尺寸比中间大，必须有两个分型面主要用于手工造型，具有两个分型面的铸件的单件、小批生产用于小铸件的生产。地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批生产续27砂型铸造-手工造型分型方案选定28大部分造型机主要是实现型砂的紧实和起模工序的机械化，至于合箱、铸型和砂箱的运输则由辅助机械来完成。不同的紧砂方法和起模方式的组合，组成了不同的造型机。手工造型中的摏(chong)箱、起模两工序不仅效率低，劳动条件差，而且铸件尺寸不准确等不足。（二）机器造型（造芯）用机器代替手工进行造型(芯),称机器造型(芯).机器造型是指用机器完成填砂、紧实、起模等操作的造型方法，该机器称为造型机。29用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀），型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。2.机器造型的紧砂方法机器造型的紧砂方法主要有震实、震压、压实、抛砂和射压式等多种基本形式。1.机器造型的特点紧砂方法30震压紧砂1）震压紧砂31抛砂头转子上装有叶片，型砂由皮带输送机连续地送入，高速旋转的叶片接住型砂并分成一个个砂团，当砂团随叶片转到出口处时，由于离心力作用，以高速抛入砂箱，同时完成填砂和紧实。2）抛砂造型抛砂紧实323.机器造型的起模方法1）顶箱起模：机构简单，但易漏砂，用于型腔简单、高度小的铸型，多用于上型，以省却翻箱。333.机器造型的起模方法2）漏模起模一般用于形状复杂或高度较大的铸型。343）翻转起模机构较复杂，但不易掉砂，适用于型腔较深，形状复杂的铸型，常用于下型。3.机器造型的起模方法354、机器造型的特点1.采用模板的两箱造型。所谓模板就是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一体的专用工装，一般采用金属材料制造。造型时，底板形成分型面，模样形成型腔。有单面模板和双面模板之分。（图3-10）2.不能采用三箱造型和活块造型。采用外型芯解决起模的问题。36在铸造生产中，砂型（芯）直接承受液体金属作用的只是表面一层厚度仅为数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用。若只用一层簿壳来制造铸件，将减少砂处理工部的大量工作，并能减少环境污染。1940年，JohannesCroning发明用加热法制造壳型，称为“C法”或“壳法”(shellprocess)，或叫壳型造型(shellmolding)，目前该法不仅可用于造型，更主要的是用于制壳芯。二、壳型铸造37二、壳型铸造工艺过程用一种遇热硬化的型砂覆盖在加热的金属模板上，使其硬化为薄壳，薄壳厚度一般为6～12毫米，具有足够的强度和刚度，不用砂箱即可构成铸型。该法用酚醛树脂作粘结剂，配制的型（芯）砂叫覆膜砂，象干砂一样松散。其制壳的方法有两种：翻斗法和吹砂法。翻斗法常用于制造壳型，吹砂法用于制造壳芯。38图翻斗法壳型造型法示意图翻斗法39特点和用途用树脂砂制造薄壳铸型或壳芯可显著减少使用的型砂数量，获得的铸件轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确，可以不用机械加工或仅少量加工。因此壳型铸造特别适用于生产批量较大、尺寸精度要求高、壁薄而形状复杂的各种合金的铸件。但壳型铸造使用的树脂价格昂贵，模板必须精密加工，成本较高，在浇注时还会产生有刺激性的气味，这在某种程度上限制了这种方法的广泛应用。4028动画11顶吹法壳型铸造动画12底吹法壳型铸造吹砂法吹砂法分顶吹法和底吹法两种。顶吹法：吹砂压力一般顶吹0.1～0.35MPa，吹砂时间为2～6秒顶吹法：可以制造较大型复杂的砂芯；底吹法：砂压力为0.4～0.5MPa，15～35秒。底吹法：常用于小砂芯的制造。硬化时间为90s～2min，芯盒加热温度一般为250℃。41①混制好的覆模砂可以长期储存（三个月以上），无需捣砂，能获得尺寸精确的型、芯；②型、芯强度高，易搬运；③透气性好，可用细的原砂得到光洁的铸件表面；④无需砂箱；⑤覆模砂消耗量小。⑥但酚醛树脂覆模砂价格较贵，造型、造芯耗能较高。79壳型通常多用于生产液压件、凸轮轴、曲轴以及耐蚀泵件、履带板等钢铁铸件上；壳芯多用于汽车、拖拉机、液压阀体等部分铸件上。壳法造型芯的特点是:42壳型铸造43特种铸造特种铸造金属型铸造离心铸造压力铸造熔模铸造低压铸造挤压铸造陶瓷型铸造消失模铸造主要内容半固态铸造石膏型铸造44三、金属型铸造1.金属型的材料与结构浇注低熔点合金（锡、锌、镁等）：采用铸铁做金属型料；浇注铝、铜等合金：一般采用合金铸铁或钢做金属型。铸件内腔：可用金属型芯或砂芯得到。—是液态金属在重力作用下注入金属铸型以获得铸件的方法。铸型用金属制成，可反复使用，故又称永久型铸造、硬模铸造、铁模铸造、冷硬铸造、冷激模铸造等。金属型的材料45整体式图3-14a、水平分型式如图3-14b、垂直分型式如图3-14c、复合分型式如图3-14d等。金属型的结构根据分型面在空间位置的不同，金属型可分为:金属型的排气依靠出气口及分布在分型面上的许多通气槽，多数金属型设有推杆机构。4647垂直分型式金属型：48铸造铝活塞的金属型及金属型芯49复合分型式合金属型结构50金属型铸造演示演示512、金属型铸造工艺(2)在金属型的工作表面上喷刷涂料金属型的型腔和金属型芯表面必须喷刷涂料。目的：以保护型壁表面，免受直接冲蚀和热击。涂料可分：衬料和表面涂料两种。衬料：以耐火材料为主，厚度为0．2～1．0mm；表面涂料：为可燃物质(如灯烟、油类)，每次浇注喷涂一次，以产生隔热气膜。(1)加强金属型的排气型腔上设排气孔、分型面上开通气槽、型壁上设置通气塞。.金属型铸造工艺过程(3)及时开型浇注之后，铸件在金属型内停留的时间愈长，铸件的出型及抽芯愈困难，铸件的裂纹倾向加大。铸铁件的白口倾向增加，金属型铸造的生产率降低。为此，应使铸件凝固后尽早出型。通常小型铸铁件出型时间为10～60s，铸件温度约为780～950℃。此外，为避免灰铸铁件产生白口组织，除应采用碳、硅含量高的铁水外，涂料中应加人些硅铁粉。对于已经产生白口组织的铸件，要利用出型时铸件的自身余热及时进行退火。(2)预热金属型并控制其温度通常铸铁件为250～350℃，非铁金属件100～250℃。目的：是减缓铸型对浇入金属的激冷作用，减少铸件缺陷。同时，因减小铸型和浇入金属的温差，提高