第十一章铸造.

第十一章铸造第一节概述一、铸造定义将熔融的金属浇人具有一定形状的铸型中，凝固后获得该形状和性能的铸件的成形方法二、铸造类型砂型铸造特种铸造手工砂型铸造机器砂型铸造金属型铸造离心铸造融模铸造第二节手工砂型铸造一、定义将液态金属浇入砂型的铸造方法二、类型整体模造型分模造型挖砂造型活块造型刮板造型三箱造型a)捣砂锤b)直浇道棒c)通气针d)起模针e)墁刀：修平面及挖沟槽用f)秋叶:修凹的曲面用g)砂勾:修深的底部或侧面及钩出砂型中散砂用h)皮老虎三、常用工具四、整模铸造1、制造木模2、造型铸型的装配工序简称合箱。合箱过程包括修补砂型和型芯、安放及固定型芯、通导砂芯和砂型的排气道、检查型腔尺寸、吹除型腔杂物，扣上型及紧固铸型等工作。扣箱时使用定位销或泥号定位。应防止偏差或错箱。合箱后放置浇口杯。并将上下两箱紧扣或放置压箱铁，以防浇注时上砂箱被金属液体抬起，造成抬箱、射箱（铁水流出箱外）或跑火（着火的气体窜出箱外）事故3、合箱金属熔化后，用浇包把液体金属注入铸型内，称为浇注。浇包可分为人抬式与起重吊式两种，浇注前，应把浇包中液体金属表面上飘浮的熔渣去除。在浇注过程中，不允许断流注入或飞溅。4、浇铸从砂型中取出铸件即为落砂。铸件浇注后必须在铸型中经过充分的凝固和冷却，不能取出过早，否则会因冷速过快、冷却不匀而产生内应力，甚至变形开裂。一般10kg左右的铸件需冷却1～2h才能开箱，上百吨的大型铸件需冷却十几天之久。落砂过程还包括清除铸件表面和孔穴中的浮砂和型芯砂。5、落砂、清理灰铸铁件上的浇注系统、冒口可用铁锤打掉，钢铸件用气割除去，但不能损伤铸件；有色金属铸件的浇冒口可用锯锯去。粘附在铸件表面的砂粒可用压缩空气吹掉，如属粘砂不能清除，需用砂轮打磨。6、清理清理主要是去除铸件的浇注系统、冒口以及粘砂和粗糙部分对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。如齿轮坯、轴承座、罩、壳等7．整模造型应用场合五、分模铸造铸件的最大截面不在铸件的端部时，为了便于造型和起模，模样要分成两半或几部分，这种造型称为分模造型。应用水管、轴套、阀体等有孔铸件造型工艺流程造芯六、三箱造型铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型，三箱造型有两个分型面增加了分型面处飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的铸件生产。三、箱造型特点七、活块造型活块模造型主要用于带有突出部分而妨碍起模的铸件、单件小批量、手工造型的场合。用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，起模后再从侧面取出活块的造型方法称为活块模造型工艺流程视频八、挖砂造型当铸件的外部轮廓为曲面（如手轮等）其最大截面不在端部，且模样又不宜分成两半时，应将模样做成整体，造型时挖掉妨碍取出模样的那部分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型的分型面为曲面，特点由于是手工挖砂，操作技术要求高，生产效率低，只适用于单件、小批量生产视频九、刮板造型刮板造型是用与铸件断面形状相适应的刮板代替模样的造型方法。造型时，刮板绕固定轴回转，将型腔刮出，这种造型方法可节省制模工时及材料，但操作麻烦，要求较高操作技术，生产率低，多用于单件或小批量生产较大回转体铸件，如飞轮、圆环等。特点视频模样制造--造型--合箱--浇铸--落砂--清理--检验型砂制造合金熔炼十、砂型铸造工艺路线造芯型砂制造第三节造型材料制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等一、型砂与芯砂型砂是造型用砂，芯砂是造芯用砂它们是由原砂、粘结剂、附加材料、旧砂和水混合搅拌而成1、型砂与芯砂的组成（1）原砂（SiO2）采自山地、海滨或河滨，愈好。要求SiO2含量高，砂粒大小均匀，形状以球形为佳。SiO2的含量与型砂耐火度有直接的关系，SiO2的含量愈高，耐火度（2）粘结剂一般为粘土和膨润土两种，有时也用水玻璃、植物油作粘结剂。在型砂中加入粘结剂目的是使型砂具有一定的强度和可塑性。膨润土质点比普通粘土更为细小，粘结性更好(3)附加材料煤粉和锯木屑是常用的廉价附加材料，加入煤粉是为了防止铸件表面粘砂，因煤粉在浇注时能燃烧发生还原性的气体，形成薄膜将金属与铸型隔开。加入锯木屑可改善型砂的退让性。2、型砂与芯砂的种类（1）面砂是铸型表面直接和液体金属接触的一层型砂，要有较高的耐火度、可塑性和强度。面砂厚度一般为20~30mm（2）背砂用来填充砂箱中除面砂以外的其余部分的砂，称为背砂，除透气性外，其它性能要求不高（3）分型砂是干燥、颗粒均匀且较细的原砂。为了防止在造型过程砂箱与底板之间、砂箱与砂箱之间的型砂层粘附，损坏铸型，可预先撒上一层分型砂使之分隔开来，造型便可顺利进行3、型砂和芯砂应具备的性能铸型在浇注凝固过程中要承受液体金属的冲刷、静压力和高温的作用，要排出大量气体，型芯还要受到铸件凝固时的收缩压力等，因而对型砂和芯砂的性能提出下列要求：（1）可塑性（2）强度(3)耐火性(4)退让性(5)透气性二、辅助材料造型涂料包括：石墨粉石英粉具有较高的耐火度，防止铸件表面粘砂，第四节浇注系统液体金属浇入型腔的一系列管道一、对浇注系统的要求1）能均匀连续而平稳地将液体金属引入并充满型腔，防止液体金属冲坏砂型。2）防止熔渣进入型腔。3）调节铸件凝固顺序，补给铸件冷却凝固收缩时所需的金属。浇注系统如设置得不合理，会造成铸件冲砂、砂眼、渣眼、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。二、浇注系统的组成及作用浇口盆浇口盆的容积较大，液体金属在这里有短暂的停留，可以减轻对铸型的直接冲击，同时使熔渣上浮分离，阻止熔渣进入。直浇道引导液体金属流入型腔，并产生一定的静压力。直浇道的高度影响液体金属的流速和压力，因而对较难充填的薄壁铸件，应该用较高的直浇道。小铸件只用一个直浇道，大铸件可用几个直浇道。横浇道是具有梯形截面的水平通道，作用是阻拦熔渣流入型腔，并分配液体金属流入内浇道。内浇道它与型腔直接相连，截面为矩形、扁梯形或三角形，位于下箱的分型面上。内浇道的尺寸和数目要根据金属的种类、铸件的重量、壁厚及外形而决定。一般情况下直浇道截面应大于横浇道，横浇道的截面要大于内浇道，以保证液体金属充满浇道，并使熔渣漂浮聚集在横浇道上部，起挡渣作用。冒口与出气孔它的作用是排出型腔内的气体，冒口还可以在金属凝固时把液体金属补给铸件。冒口一般设在铸件的最高处或铸件的厚大处，冷却凝固慢的地方。第五节砂型铸造的工艺参数一、加工余量工艺设计中，在零件加工面上留出的供机械加工时切去的金属层厚度称为加工余量。其大小取决于铸造合金的种类、铸件的尺寸与复杂程度、加工质量要求、生产批量及铸造方法等。二、起模斜度又叫铸造斜度，它是为使模型（或型芯）容易从铸型（或芯盒）中取出，在垂直于分型面的壁上所加的斜度。其大小应根据模样的高度、材料造型方法等来确定：垂直壁愈高，其斜度愈小；外壁的斜度比内壁小；金属模的斜度小于木模；机器造型的斜度小于手工造型。三、收缩率铸件在冷却过程中，由于收缩，铸件的尺寸比模样的尺寸要小。因此在制造模样时，其尺寸应根据线收缩率的大小而加大。灰铸铁的收缩率：0.7%-1%铸钢：1.3%-2%铸造锡青铜：1.2%-1.4%铸件收缩率=(铸件最终尺寸-模样尺寸)/模样尺寸*100%四、铸造圆角设计铸件和制作模样时，壁间的连接或拐角处要做成圆弧过渡，称为铸造圆角。可防止铸件转角处粘砂或由于应力集中而产生裂纹，也可避免因铸型尖角损坏而形成砂眼。作用：五、芯头六、分型面选择1、分型面应选在铸件最大截面处，造型时才能保证从铸型中取出模样而不损坏铸型。2、分型面应尽量采用平面，以简化模具制造和造型工艺。3、应尽量减少分型面的数量，以简化操作，提高铸件的精度和劳动生产率。绳采用环状型芯两箱造型三箱造型4、为了保证铸件的精度，应尽量使铸件全部或大部分放在同一个砂箱中。若铸件的加工面多，也应尽量使其加工基准面与大部分加工面放在同一砂箱内，如下图所示。方案a为分模造型，易错箱、毛刺多，分型面位置不够合理；方案b为整模挖砂造型，铸件大部分在同一箱内，不易错箱、毛刺少、易清理，分型面位置较合理。5、应尽量减少砂芯的数目若按图a所示对称分型，则必须制作砂芯；内孔可以用堆吊砂（亦称自带砂芯），这样图b不仅铸件披缝少、不另制砂芯，而且易清理。上述几项原则，对于具体铸件来说，往往彼此矛盾，难以全面符合。因此，在确定浇注位置和选择分型面时，要作全面分析，抓住主要矛盾。至于次要矛盾，可从工艺措施上设法解决。七、浇注位置1、铸件的重要加工面或重要工作面应该朝下或位于侧面铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，上面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，而下部的缺陷较少，组织也比上部致密原因：2．铸件的大平面应朝下大平板铸件浇注位置在浇注过程中，因高温金属液对型腔上表面强烈的热辐射，易使型腔上表面型砂急剧地热膨胀而拱起或开裂，使铸件表面易产生夹砂缺陷原因：易产生夹砂大平面朝下3、上下都有重要或大表面时，则应将较大的面朝下，并对朝上的表面采用加大加工余量的方法来保证铸件质量。4．铸件壁薄而大的平面应朝下浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排出，以防止出现浇不足或冷隔缺陷对于流动性差的铸造合金，更应注意原因电机端盖的浇注位置图5．要便于安放冒口对于壁厚不均匀，易形成缩孔的铸件，浇注时应将厚的部分放在上部或分型面附近，这样便于在铸件厚处直接安装冒口，使之自下而上地顺序凝固，进行补缩。如图所示的卷扬筒铸件，厚端放在上部是合理的。多采用立浇方案双排链轮的浇注位置6．应尽量减少型芯的数量，并使之安排合理，便于型芯的安装、固定、检验和排气空腔所用型芯尺寸大，增加了制模、制芯、烘干及合箱的工作量，铸件成本提高中间空腔可由自带型芯（砂垛）来形成，从而简化了造型工艺。其浇注位置也比a合理，因为它便于合箱，型芯固定牢固，也便于排气第六节合金的铸造性能合金再铸造时表现出来的性能铸造性能一、流动性1、定义：液态金属充填铸型的能力称为流动性2、流动性的测量流动性的好坏，通常用螺旋形试样的长度来衡量3、流动性对铸造的影响（1）流动性好：充填铸型能力强，易于获得外形完整、尺寸准确、轮廓清晰或壁薄而复杂的铸件（2）流动性差：充填铸型能力差，易产生冷隔4、提高合金流动性的方法（1）提高浇筑温度（2）选用共晶成分的结晶（3）铸件形状力求简单（4）增加金属液的充型压力，砂型铸造时，可适当提高直浇道高度，提高充型能力。在低压铸造、压力铸造和离心铸造时，因人为加大了充型压力，故充型能力较强二、收缩性1、定义：金属在冷却过程中体积缩小的性能2、收缩性对铸造的影响（1）、体积减小、收缩率（2）、铸件易产生锁孔、缩松缺陷（3）、产生应力、变形、裂纹三、透气性第七节铸造缺陷一、冷隔1、现象：合金流动性差，两股金属流不同步充满型腔留下的痕迹2、产生原因：（1）金属流动性差（2）浇筑系统不合理，流程太长（3）填充速度太低3、解决方法：（1）金属流动性差（2）浇筑系统不合理，流程太长（3）填充速度太低二、缩孔和缩松1、现象在铸件凝固后内的部位形成孔洞，大孔为缩孔、小孔为缩松缩孔、缩松都会使铸件力学性能下降，缩松还能影响铸件的致密性。因此，缩孔和缩松是铸件的重大缺陷，必须设法防止。2、产生原因铸型内的熔融金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补充，在铸件最后凝固的部位形成孔洞缩孔缩松3、解决方法向凝固原则，也就是通过增设冒口、冷铁和补贴等一些工艺措施，使凝固顺序形成向着冒口的方向进行，即离冒口最远的部位先凝固，冒口最后凝固三、应力、变形、裂纹1、铸造应力由于各部分金属冷却速度不同，使得各部位的收缩不一致，又由于铸型和型芯的阻碍作用，使铸件的固态收缩受到制约而产生铸造应力，在应力作用下铸件容易产生变形，甚至开裂铸造应力对铸件质量危害很大。它使铸件的精度和使用寿命降低。在存放、加工、甚至使用过程中应力重新分布，铸件变形或开裂2、变形对于厚薄不均匀，截面不对