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第三篇南昌大学机电工程学院铸造工艺学CAI课件EXIT第六章铸造工艺装备设计模样及模板砂箱芯盒其它工艺装备铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用的模具和装置的总称。铸造工艺装备包括模样、模板、模板框、砂箱、砂箱托板、芯盒、烘干板（器）、砂芯修整模具、组芯及下芯夹具、量具及检验样板、套箱、压铁等。此外，芯盒及烘干器的钻模和修整标准也属于铸造工艺装备。无论是手工造型或机器造型，也无论是单件小批生产或成批大量生产，工艺装备都是必不可少的。在近代高速造型自动线或半自动流水生产线中工艺装备显得更加重要。它直接影响着铸件的精度、表面粗糙度及生产率。§6-1模样及模板一、模样模样是用来形成铸型型腔，关系着铸件形状和尺寸精度模样尺寸=（零件尺寸±工艺尺寸）×（1+铸造收缩率）轴承座a）铸造工艺图b）木模结构图1、材质的选择（1）木模材料：制模前木材应经干燥处理。我国常用木种有红松、落叶松、白松、黄松、杉木、柏木、桂木、银杏、柚本等特点：具有轻便，容易加工，来源广，价格低廉的优点。强度低，易吸潮而变形，精度低，寿命短适用范围：单件、小批生产的各种铸件，木模可做成各种结构形式，如整体模、分开模、刮(车)板、骨架模，以适应不同大小、形状和批量的铸件（2）菱苦土模(芯盒)菱苦土模样（如图）：在骨架3、木板条2上层敷菱苦土混合料1，经过修光、硬化而制成的。图3-6-1菱苦土料配比：混合料组成为菱苦土(MgO)粉、卤水和锯末，以1：(1～2)：(2～4)之体积比混合均匀，在1～3h内用完。菱苦土粉在混合料中起胶合剂之作用。卤水（MgCl2）为硬化剂，锯末作为填充物，改善脆性及加工性特点：制作简便，成本低，表面光洁，不吸潮，变形小，易修理。但质量大，抗弯及耐冲击性能较木模差，混合料不能回用，楞角、边缘易损坏适用范围：单件小批的大中模样（3）金属模样材料：铸钢、铸铁、铸造铝合金、铸铜特点：表面光洁，尺寸精确，强度高，刚性大，使用寿命长。但难加工，生产周期长，成本高适用范围：大量、成批生产的各种铸件（4）塑料模样材料：大多为环氧树脂玻璃钢结构特点：制造、修理简便，表面光洁，不吸潮，变形小，轻巧耐磨，寿命长，成本为金属模的20％～50％。但导热性差，不能加热。不宜在型砂周转快、砂温高的流水线上应用，硬化剂有毒性适用范围：适用于成批中小件，特别是形状复杂和难机械加工模样（5）聚苯乙烯泡沫塑料模(消失模)材料：可直接发泡制成模样或板材，造型后不取出模样，直接浇注。模样遇金属液气化烧去。单件生产的中、大模样，一般由泡沫板粘合，加工成需要的形状。大批量的中、小模，一般直接发泡成型特点：使用泡沫塑料模能简化造型，节约砂芯，铸件尺寸精度高，易实现机械比、自动化生产。但模样只能用一次，春砂时模样易变形适用范围：多用于不舂砂的实型造型法、磁力造型的中、小铸件和单件生产的中、大型铸钢件木模金属模塑料模材料常用木种有红松、落叶松、白松、黄松、杉木、柏木、桂木、银杏、柚本等铸钢、铸铁、铸造铝合金、铸铜大多为环氧树脂玻璃钢结构特点具有轻便，容易加工，来源广，价格低廉的优点。强度低，易吸潮而变形，精度低，寿命短表面光洁，尺寸精确，强度高，刚性大，使用寿命长。但难加工，生产周期长，成本高制造、修理简便，表面光洁，不吸潮，变形小，轻巧耐磨，寿命长，成本为金属模的20％～50％。但寻热性差，不能加热。不宜在型砂周转快、砂温高的流水线上应用，硬化剂有毒性适用范围单件、小批生产的各种铸件大量、成批生产的各种铸件适用于成批中小件，特别是形状复杂和难机械加工模样2、金属模的结构设计(1)模样本体结构类型设计原则：在满足铸造工艺要求的前提下，便于加工制造。特别复杂、难于加工的模样，可采用陶瓷型铸造法、电铸法等。一般金属模应尽量采用机床加工，减少钳工量。分类方法模样名称主要特点适用范围有无分模面整体式模样为一整体，无分模面极其简单的铸件分开式模样分成两半或多块各种铸件是否装配整铸式模样与模底板整铸在一起简单的小双面模板装配式平装式：模样平装在模底板上一般模样的模板嵌入式：模样嵌入模底板上表面特殊需要时用模样部分表面凹入分型面以下分型面以上模样过薄，加工、固定困难分型面通过模样圆角很小的模样，为便于加工、定位和固定等。嵌入式模样：(2)壁厚及加强肋应尽量减轻模样质量，除了薄小模样以外，都应制成空心结构。平均轮廓尺寸大于150mm的模样，内部设加强肋依模样大小和使用要求来布置加强肋。肋距为150～400mm，厚度为0.8～1.0倍的模样壁厚高压造型用模样壁厚应比右图所给的加大50％～100％(3)固定和定位孔定位：用定位销，位置应尽量在模样上矮而平的部位。两孔距离尽量远，每块模样上至少设2块。紧固：螺钉或螺栓。按0.8-1.0倍模样壁厚尺寸选用螺栓直径，均匀分布模样四周。有上固定法和下固定法上固定法优点：便于选择螺孔位置，钻孔和装配方便。缺点：破坏模样工作表面，需用塑料或铝等填平下固定法优点：不损害模样工作表面；缺点：钻孔和安装不甚方便3、模样(芯盒)的尺寸标注（1）尺寸标注与铸件有关的尺寸，都应把铸件尺寸按铸造收缩率加以放大，并准确到0.1mm。非关联尺寸按铸造工艺图上的尺寸标注，不加放铸造收缩率。)1)((KLLLyjm铸件的铸造收缩率(缩尺)铸造工艺尺寸，如加工余量、拔模斜度、工艺补正量等尺寸之和。“＋”号用于凸体尺寸，“－”号用于凹体尺寸零件的尺寸与铸件有关的模样尺寸对于大量生产的定型产品，金属模样(芯盒)工作表面尺寸偏差要求见表表3-6-2（2）尺寸偏差金属模分模面平面度要求见表3-6-3。（3）分模面平面度模样在模底板上的位置偏差规定为：单面模板≤0.7mm双面模板≤0.5mm（4）模样在模底板上的装配偏差：在保证上、下模样的装配相对位移偏差不大于0.1mm条件下：表3-6-3（6）浇冒口模的偏差1）尺寸偏差内浇道模对有箱造型为±0.3mm对无箱造型为±0.15mm其余部位对有箱造型为±0.7mm对无箱造型为±0.5mm当浇冒口模被分装在上、下模板上，并要求相应部分重合的条件下，浇冒口模在模底板上的装配偏差要求不大±0.1mm。2）装配偏差（5）粗糙度模样工作表面的粗糙度应不低于Ra1.6分模面上一般为Ra3.2～1．6定位销孔取Ra1.6～0.8固定螺钉孔在Ra6.3～3.2图3-6-5注意：所标注尺寸应便于加工时测量。例如图3-6-5c中的ø46mm就无法测量，应换算为ø39.9mm，标注出下芯头顶部直径。39.9尺寸“106.1”和“46”？（100+2×2.5）×（1+1%）=106.05≈106.1（50－2×2.5）×（1+1%）+2×0.25=45.95≈46（50－2×2.5）×（1+1%）=45.55≈45.5——砂芯尺寸)1)((KLLLyjm二、模板1、模板的组成模板一般由铸件模样、芯头模样和浇冒口系统模样与模底板通过螺钉、螺栓、定位销等装配而成装配式单面模板1—模底板2—定位销3—沉头螺钉4—内浇道5—下模样6—圆柱销7—直浇道窝整铸式双面模板模板造型可简化造型操作，提高生产率和型腔尺寸精度。适用成批大量生产的机器造型中，也可用于手工造型模板尺寸应符合造型机的要求，模底板和砂箱、各模样之间应有准确的定位，模板应有足够的强度、刚度和耐磨性，制作容易，使用方便，尽量标准化。2、对模板的要求3、模板的分类及其结构特点模板的分类及其结构特点分类方法模板种类结构特点应用范围按制造方法分整铸式模板模样和模底板连成一体铸出成批大量生产装配式模板模样和模底板分开制造，然后装配在一起，模样可以固定在模底板上，也可以是活动可换的各种生产条件下都可选用按模板材料分铸铁模板材料：HT150、HT200、QT500-7单面模板的模底板、模底板框铸钢模板ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500单面模板的模底板铸铝模板ZL101、ZL102、ZL104、ZL202各种中小型模板塑料模板一般与金属骨架、框架联合使用双面模板和小型铸件件的单面模板按模板结构分双面模板上下模样分别位于同一块模底板的两面小型铸件成批大量生产的脱箱造型单面模板上下模样分别位于上、下模底板上，组成一副单面模板各种生产条件下都可选用分类方法模板种类结构特点应用范围按模板结构分漏模模板模样分型面处的外廓形状与漏模框的内廓形状一致，起模时，模样由升降机构带动下降，漏模框托住砂型不动难以起模的铸件，如斜齿轮螺旋轮等，以及手工造型时，模样较高，起模斜度很小或无起模斜度的铸件坐标模板模底板上具有按坐标位置整齐排列的坐标孔，使用时，将上下模样分别定位、固定在坐标模底板上的相应的坐标孔中单件少量生产的机器造型或手工造型快换模板由模板和模板框两部分组成。模板框固定在造型机工作台上，而可更换的模板固定在模板框中，可减少更换模板时间适用于成批生产的机器造型组合模板同一模板框内，可安放多种模板，可以任意更换其中一块或几块模板，实现多品种生产，合理组织生产适用于多品种流水线生产的机器造型按起模方式分顶杆起模模板模板上有顶杆通道，顶杆直接顶起砂箱起模适用于造中、小型上型的模板顶框起模模板模板外形尺寸与顶框内廓尺寸相适应，模底板的高度尺寸与顶框一致。起模时，顶杆通过顶框间接顶起砂箱适用于造大、中型上型的模板转台起模模板砂型紧实后，砂箱和模板一起翻转，使模板在上，砂箱在下。模板、砂箱和砂箱托板总高度应小于造型机最大回转高度。模底板应设置夹紧装置适用于造下型的模板4、模底板结构模底上应有与砂箱定位用的定位销同造型机连接用的突耳供运输用的吊轴或手把顶杆起模用的通道翻转式造型机用的模板上还应有固定砂箱用的机构或突耳等。通常模底板外廓和砂箱一致。模底板的高度、壁厚和肋的有关尺寸可参见有关设计手册。模底板和砂箱尺寸关系4、模板和砂箱的定位直接定位法：定位销(套)直接安装在模底板上间接定位法：定位销(套)装在模板框上砂箱定位销砂箱定位销销套销套模底板模底板模板框模板框模板定位销模板定位销加热元件加热元件a）直接定位b）间接定位模板和砂箱间的定位配合精度：大批大量生产：H8/h8成批生产：H9/h9单件小批生产：H10/h10图3-6-10定位销尺寸：按照砂箱名义尺寸选用Φ20、Φ25、Φ30、Φ35、Φ40。5、模样在模底板上的定位及尺寸标注模样在模底板上的定位及尺寸标注1—模样2—销孔3—模底板模样在模板定位以模底板上的定位销和导向销为基准模样和浇冒口模的位置、尺寸是否符合铸造工艺图的要求，吃砂量是否合适上、下模板上的模样布局、方向、尺寸标注等是否一致，能否满足合箱要求根据造型机的具体要求，验算模板高度应低于起模高度等。直浇道的位置，合箱后应靠近浇注平台一侧各种螺钉、定位元件位置是否合适?装卸方便否?6、设计模板图的注意事项模样高810152530354050607090120吃砂量151820242628323538404550§6-2砂箱设计内容选择类型和材质确定砂箱尺寸结构设计定位及紧固一、设计和选用砂箱的基本原则满足铸造工艺要求尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备要求有足够的强度和刚度，使用中保证不断裂或发生过大变形对型砂有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂经久耐用，便于制造应尽可能标准化、系列化和通用化二、砂箱类型的选择1、按通用性分专用砂箱：专为某一复杂或重要铸件设计的砂箱通用砂箱：凡是模样尺寸合适的铸件均可使用的砂箱，多为长方形2、按制造方法分整铸式：用铸铁、铸钢或铸铝合金整体铸造而成的砂箱，应用较广焊接式：用钢板或特殊轧材焊接成的砂箱，也可用铸钢元件焊接而成装配式：由铸造的箱壁、箱带等元件，用螺栓组装而成的砂箱。用于单件、成批生产的大砂箱3、按造型方法及使用条件分手工造型用砂箱机器造型用砂箱高压造型用砂箱手工造型用大型铸钢砂箱（材质：ZG270-500）上砂箱碰块定位销套合箱销高压造型用双层砂箱（上）紧箱楔形凸台顶杆起模凸块双人手抬式砂箱36装配式滑脱砂箱三、砂箱的结构1、砂箱名义尺寸是指分型面上砂箱内框尺寸(长度×宽度×乘砂箱