第二节-砂型铸造及工艺方案的选择

第二节砂型铸造及工艺方案的选择砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。铸型由砂型和砂芯组成，而砂型和砂芯是用砂子和粘结剂为基本材料制成的。是铸件生产的主要方法,占铸件总量的90%以上,可生产各种铸钢,灰铁,球铁,可锻铸铁,有色金属等.用于铸造各种机械零件。一、砂型铸造的工艺过程绘制零件铸造工艺图——制造模样和芯盒——造型和造芯——下芯、合箱——浇注——落砂——清理——质量检验——获得合格铸件。砂型铸造生产过程砂型铸造的工艺过程一）、造型材料制造铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主要是型砂和芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。造型材料应具备以下性能：4、透气性1、可塑性3、耐火性2、足够的强度5、退让性型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。型砂和芯砂紧实后要易于通气。型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。二）模样与芯盒1、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。2、模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。4、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。三）造芯及合箱1、造型芯2、合箱型芯的作用一是形成铸件的内腔，二是简化模型的外形，以制出铸件上的台和槽等。型芯采用比型砂更好的造型材料。造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好型芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧，防止错箱和抬箱。四）铸铁的熔炼及浇注1、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉等。其原料有金属料、燃料和熔剂。2、浇注系统：引导金属液进入铸型型的通道。它包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。五）落砂、清理和检验1、落砂：出箱的温度一般不高于500度，以免铸件产生内应力或开裂。清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂两种方法。2、清理：去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。3、检验：主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。二、砂型铸造的造型方法造型是砂型铸造最基本的工序,造型方法选择的是否合理,对铸件质量和成本有着重要的影响.一）手工造型：填砂、紧实和起模由人工完成优点:操作灵活,适用性强,模型成本低,生产准备时间短.缺点:铸件质量差,生产率低,劳动强度高.应用:单件,小批.零件part木模woodenpattern砂箱flask分模面partingline手工造型的两箱造型图解手工造型的两箱造型图解型芯上箱下箱型腔浇注系统分型面手工造型方法：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、三箱造型、活块造型、刮板造型、地坑造型等。1.整模造型特点：分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。应用范围：铸件最大截面在一端，且为平面。2.分模造型特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围：最大截面在中部，一般为对称性铸件。3.挖砂造型特点：模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件4.假箱造型特点：为克服挖砂造型的挖砂缺点，在造型前预先做个底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不参予浇注，故称假箱。比挖砂造型操作简单，且分型面整齐。应用范围：适用于成批生产中需要挖砂的铸件。5.三箱造型铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。特点：铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低，应尽量避免使用应用范围：单件小批生产具有两个分型面的铸件。6.活块造型特点：将模样上妨碍起模的部分，做成可活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产带有突起部分的铸件。7.刮板造型1、2用刮板代替实体模样造型，可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。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。8.地坑造型在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资，大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高二）机器造型加（填）砂、紧砂与起模都由机器完成。优点：生产率高,铸件尺寸精确,光洁度高,加工余量少,劳动强度小,大批量生产.缺点：厂房、设备等要求高，投资大，批量生产才经济，只适于两箱(中箱无法紧实)，不宜用活块。机器造型原理:震实-压实-脱模震压造型过程浇注位置；分型面；型芯的数量、形状、尺寸及固定方法；加工余量；收缩率；拔模斜度；浇注系统；冒口和冷铁的尺寸和布置等。铸造工艺图在图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形.三、砂型铸造工艺方案的制订原则一）造型方法的选择原则：应根据铸件的生产批量、尺寸的大小、形状的复杂程度，车间的生产设备、工人的技术水平：在满足铸件技术要求条件下，以低成本、高生产率、高效益的原则选择造型方法。造型方法：手工造型、机器造型。附：铸型种类的选择铸型：砂型、金属型、壳型。砂型分湿型、干型、表干型、自硬性。二）浇注位置选择原则:浇注位置---指金属浇注时铸件所处的空间位置。铸件浇注位置对铸件质量,造型方法等有很大影响,应注意以下原则:1铸件重要的加工面应朝下:1)若做不到,可放侧面或倾斜2)若有几个加工面,则应把较大的放下面.如导轨面是关键面，不允许有缺陷,则要放下面；伞齿轮，等。2铸件的大平面应朝下。原因:上表面出现缺陷,尤其易夹砂.3面积大的薄壁部分放下面或侧面，有利于金属充填,防止浇不足。4易形成缩孔的铸件,厚的部分放在铸型上部或侧面,便于安置冒口,以补缩.1。铸件中质量要求高或重要的加工表面，浇注时应尽可能放在下面，如有困难则应放在侧面。上中中下车床床身浇注位置a)不合理b)合理起重机卷筒的浇注位置分析上下上下伞齿轮2。铸件的大平面应放在下部。3。铸件的薄壁部分应放在铸件下部或放在内浇口以下。具有大平面的铸件正确的浇注位置下上上下a)不正确b)正确曲轴箱的浇注位置4。易于产生缩孔、缩松的铸件，应把厚大部位放在上面或侧面，以便于安放冒口补缩。上下上下a)不利于补缩b)有利于补缩收缩大的铸钢件浇注位置选择三）铸型分型面的选择原则分型面---指砂箱间的接触表面，指两半铸型相互接触的表面。分型面选择的合理可以简化造型操作,提高劳动生产率和降低成本。1.应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同一砂型中。2.尽量采用平直分型面,以简化操作及模型制造。为便于起模,故分型面应选择在铸件最大截面处(手工造型时,局部阻碍起模的凸起可做活块)。3.尽量减少型芯和便于下芯,合型及检验位置。4.应尽量减少分型面和活块数量(中小件)。分型面的表示1。尽量使铸件全部或大部置于同一半型内，或者使加工面和加工基准面放在同一半型中，这样有利于保证铸件精度。Φ350上下冒口汽车后轮毂的分型方案上下上下a)正确b)不正确管子堵头分型面的选择下上下上2。分型面应尽量采用平直面，简化造型工艺和减少模具制造成本。起重臂的分型面a)曲面分型面b)平面分型面3。确定铸件的分型面应尽可能减少型芯数目、并使型芯便于安装、稳固、排气方便。a)不合理b)合理上下上下上下上下a)不合理b)合理b)合理a)不合理4。尽量减少分型面的数目，以便于保证铸件质量。上下上中下中减少分型面数目的实例a)b)a)一个分型面b)二个分型面•不好•不好•好三通铸件分型面方案5。分型面的确定应便于下芯、合箱及检查型腔尺寸。上中中下手工造型时减速箱盖的分型方案四）铸造工艺参数的选择1、机械加工余量机械加工余量：在铸件的加工面上预先留出的准备在机械加工时切去的金属层厚度。2、收缩率铸件在冷却时，由于合金的线收缩而使铸件尺寸减少。因此在制造模样时，模样的尺寸必须比铸件的尺寸大一些。3、拔模斜度为了便于起模或从芯盒中取出型芯，应做出一定的斜度。4、最小铸出孔及槽5、铸造圆角1机加余量机械加工余量：在铸件的加工面上预先留出的准备在机械加工时切去的金属层厚度。1)金属种类:灰口铸铁:表面平整,加工余量少.铸钢:浇注强度高,表面不平,加工余量大.有色金属:表面光洁.2)生产条件:大批量生产:机器造型,加工余量少.小批量生产:手工造型,加工余量大.3)尺寸位置:尺寸大:变形大,加工余量大.铸件顶面与底面,侧面比,表面质量差,余量大.2.拔模斜度（起模斜度）----为了便于起模，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型时需留出一定的斜度。为起模方便,把垂直壁做成斜的。拔模斜度根据起模难易程度、立壁高度及壁厚,造型方法、模型材料等确定,一般15′--3。1）机器造型比手工斜度小；2）木模比金属模斜度大；3）立壁高斜度小；4）外壁斜度比内壁斜度小。拔模斜度增加厚度增加和减少厚度减少厚度结构斜度——为了便于起模，凡垂直于分型面的不需要机械加工的铸件表面设计有一定的斜度。也就是说，铸件上垂直于分型面的不加工表面最好具有结构斜度，这样起模省力、铸件精度高。3）铸件上的孔和槽是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。一般来说，尺寸较小的孔不铸出反而经济。铸铁d＜30mm,铸钢d＜60mm,一般不铸,因铸出造型工艺复杂,质量不易保证,反而给机加带来困难.3.收缩率:合金在凝固时存在着线收缩，铸件冷却后尺寸比型腔略小，因此模型尺寸应放大。放大量等于收缩量。收缩量＝铸件尺寸×铸造收缩率灰铁:0.7—1.0%铸钢:1.3—2.0%锡青铜:1.2—1.4%因收缩是非自由的,所以受铸件形状,尺寸的影响.4.型芯固定(一般靠型芯头)为了使型芯在铸型中定位和固定而设置型芯头的形状和尺寸对于型芯的装配工艺性和稳定性有很大影响.(1)垂直芯头---上芯头斜度大,高度小些,便于和箱,若垂直型芯粗,短,上芯头可省略.下芯头斜度小,高度大些,稳定.对于只能做上芯头的型芯,做成吊芯或盖板型芯.(2)水平芯头---芯头较长,芯头也有斜度,便于下芯合箱,悬壁型芯头必须长而大,以支持型芯,防下垂,或被金属液抬起.5.铸造圆角在制造模样时，包括设计铸件结构时，对直角相交两壁要做出圆弧过渡。防止交角处产生缩孔和裂纹，粘砂和浇不足，并避免偏析。圆角半径3-10mm。6.浇注系统设计1)组成：由浇口杯、直浇口、横浇道、内浇道组成。2)类型：按各组元截面积比例不同，浇注系统可分为：封闭式、开放式、半封闭式。按内浇道开设的位置不同可分为：顶注式、底注式、中间注入式。3)浇注系统尺寸的确定上下上下上下a)顶注式浇注系统c)中间注入式b)底注式浇注系统浇注系统案内浇道开设位置分类7.冒口与冷铁的应用1)冒口应用：主要作用---补缩,同时能排气,集渣.(1)冒口设置原则:保证顺序凝固,放在最后凝固部分---基本作用尽量放在铸件最高处,有利补缩,熔渣易浮出.冒口最好放在内浇口附近,使金属液通过冒口再进入铸型,提高补缩效果.尽量避开易拉裂部位;不影响自由收缩.尽量放在需加工部位,便于清理.(2)冒口大小,依合金收缩性质及具体铸件凝固条件查手册.2)冷铁应用:(1)分类:外冷铁:只和铸件外表面接触而起激冷作用,与型砂一起清出,可重复使用.内冷铁:浇注后冷铁被金属液包围与铸件熔合在一起.有气密性要求的部分不能用.(2)作用:减少冒口数量:改善凝固顺序,有利外缩.可减少冒口尺寸:加内冷铁,加快铸件冷却.消除局部热节处的缩孔和缩松:加外冷铁.防止铸件产生裂纹:同时凝固,如两壁交接处放冷铁,以消除热节.提高铸件硬度和耐磨性:利用外冷铁加快冷却,细化组织,提高硬度.支架铸造工艺图8.工艺设计举例