第九章--铸造

第九章铸造铸造是将液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后，获得要求的形状和性能的毛坯或零件的成形方法。常用于铸造的金属铸铁铸钢有色金属第一节概述一.铸造分类：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铸造砂型铸造特种铸造二.铸造的特点能够制造各种尺寸和形状复杂的铸件。如设备的箱体、机座。铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料和加工的工时。精密铸件可省去切削加工，直接用于装配。各种金属合金都可以用铸造方法制成铸件，特别是有些塑性差的材料，只能用铸造方法制造毛坯。三、铸造的应用铸件的轮廓尺寸可小至几豪米，大至十几米；重量可小至几克，大至数百吨。各种金属合金都可以用铸造方法制成铸件，如铸铁、铸钢等。第二节砂型铸造砂型铸造的工艺流程芯盒芯砂制芯造型模样型砂合型浇注落砂清理检验铸件砂型铸造的生产工序主要包括:制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检验。图9-1砂型铸造的工艺流程图一、模样与型芯盒模样和型芯盒是制造砂型的基本工具。模样用来获得铸件的外形，用型芯盒制得的型芯主要是用来获得铸件的内腔。制造模样和型芯盒的材料，应根据铸件的大小和生产规模大小有所不同。产量少的铸件一般用木材制造模样或型芯盒；产量多的铸件，常用金属盒塑料制造模样和型芯盒。木质的模样制造容易，成本低，在设计和制造模样及型芯盒时，必须考虑下列问题。1.分型面分型面是上下摸样的分界面。一般情况下，也叫模样的分模面。模样大多从分型面取出。选择分型面时必须考虑使模样从砂型中能顺利取出，使造型方便，能保证铸件质量。因此分型面最好选在铸件的最大平直面上。2.气模斜度为了便于从砂型中取出模样或由型芯盒中取出型芯，在垂直于分型面的模壁应做出起模斜度。一般木模起模斜度为1°-3°，金属模起模斜度为0.5°-1°。3.加工余量与铸造圆角铸件上凡需要加工部分，都应在木模上增加加工余量。有些小直径的孔，可以做成实心不铸孔，以后加工时直接钻孔。铸件上各表面的转折处，都要做成过渡性圆角以改善造型，防止浇注时冲砂，避免铸件应力集中。4.收缩量考虑合金在冷凝时的收缩，模样尺寸应比铸件尺寸大。值决定于合金的线收缩率。常用合金中灰铸铁的收缩率为0.8%-1.0%，铸钢为1.6%-2.0%，青铜为1.25%-1.5%，铝合金为1.0%-1.5%。5.型芯头有型芯的砂芯，为了便于安置型芯、模样与芯盒，都要考虑芯头。二．造型材料（一）对型砂、芯砂的性能要求（1）强度型砂或芯砂在造型后能承受外力而不致被破坏的能力称为强度。砂型及型芯在搬运、翻转、合箱及浇注金属时，有足够的强度才会保证不破坏、蹋落和胀大。若型、芯砂的强度不好，铸件易产生砂眼、夹砂等缺陷。（2）透气性型(芯)砂孔隙透过气体的能力称为透气性。在浇注过程中，铸型与高温金属液接触，水份气化、有机物燃烧及液态金属冷却析出气体，必须通过铸型排出，否则将在铸件内产生气孔或使铸件浇不足。造型材料包括型砂、芯砂、涂料等。他们的质量对砂型的优劣有很大影响。（3）耐火度型、芯砂经受高温热作用的能力。耐火度主要取决于砂中的含量，若若耐火度不够，就会在铸件表面或内腔形成一层粘砂层，不但清理困难、影响外观，而且为机械加工增加了困难。（4）退让性铸件凝固和冷却过程中产生收缩时，型砂能被压缩、退让的性能称为退让性。型、芯砂退让性不足，会使铸件收缩时受到阻碍，产生内应力、变形和裂纹等缺陷。（5）可塑性指型、芯砂在外力作用下变形，去除外力后仍保持变形的能力。可塑性好，型、芯砂柔软易变形，起模和修型时不易破碎和掉落。除了以上性能的要求外，还有溃散性、发气性、吸湿性等的性能要求。型、芯砂的诸多性能，有时是相互矛盾的，如强度高、塑性好，透气性就可能下降，因此应根据铸造合金的种类，铸件大小、批量、结构等，具体决定型、芯砂的配比。（二）造型材料的配制（型砂与芯砂的组成）由以下四部分组成即：原砂、粘结剂、水和附加物.1—砂粒2—空隙3—附加物4—粘土膜1）原砂主要成份为石英砂，根据来源可分为山砂、河砂和人工砂。石英砂的主要成份为sio2，它的熔点高达1700℃。2）粘结剂用来粘结砂粒的材料称为粘结剂。常用的粘结剂有粘土砂和特殊粘结剂两大类.3）附加物为了改善型、芯砂的某些性能而加入的材料称为附加物。如加入煤粉以降低铸件表面、内腔的粗糙度；加入木屑以提高型、芯砂的退让性和透气性。（三）涂料液态金属如果直接接触砂型和型芯表面，很容易产生黏砂。为了提高砂的耐火性，增加铸件表面光滑度，通常在砂型和型芯表面涂刷一层涂料。铸铁涂石墨水浆，铸钢件涂石英粉浆。②微震压实造型③高压造型④射压造型⑤空气冲击造型⑥抛砂造型①震压造型手工造型②分模造型③活块造型④挖砂造型⑤刮板造型⑥三箱造型①整模造型砂型铸造方法机器造型三、造型方法（一）手工造型造型方法特点举例整模造型整体模型，分型面为平面分模造型分开模型，分型面多是平面活块造型将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的挖沙造型造型时须挖去阻碍取模的型砂刮板造型和铸件截面形状相适应的板状模样三箱造型铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱整模造型分模造型活块造型活块造型用外砂芯作出活块挖砂造型手轮的挖砂造型刮板造型带轮的刮板造型导向刮板造型三箱造型带轮的三箱造型用外砂芯将三箱改为两箱（二）机器造型机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。造型生产线示意图造型生产线机器造型方法一1、振压造型工作原理机器造型方法：振压造型、高压造型、抛砂造型。a)填砂b)振实c)压实d)起模28进气填砂升起29排气落下撞击30震击气缸升起压实31抬起由于型芯的表面被高温金属液所包围，受到的冲刷及烘烤比砂型厉害，因此要求型芯要有更高的强度、透气性、耐火度和退让性等。为了满足以上性能，生产中常采用以下措施。(1)放芯骨型芯中放入芯骨，以提高强度小芯骨常用铁丝、铁钉大中型的芯骨则用铸铁浇注而成。为了型芯的搬运和吊装，芯骨上常作出吊环1..型芯制造型芯的主要作用是形成铸件的内腔，有时也形成铸件局部外形四、型芯制造和合箱(2)开排气道型芯中必须作出贯通的排气道，以提高型芯的透气性砂芯的排气道一定要与砂型的出气孔联通，以便将气体排出型外较大的型芯，可在型芯里放置焦炭或炉渣，以提高型芯的透气性(3)刷涂料大部分的型芯表面要刷一层涂料，以提高耐高温性能，防止铸件黏砂灰铸铁件多用石墨粉涂料，铸钢件多用硅粉涂料。(4)烘干型芯烘干后强度和透气性均能提高。黏土型芯烘干温度为250~350℃，油砂芯烘干温度为180~240℃型芯可用手工和机器制造;可用芯盒制造，也可用刮板制造其中手工型芯盒造芯是最常用的方法根据芯盒结构，手工造芯方法可分为下列三种①对开式芯盒造芯多用于制造简单型芯，特别适用于圆形截面的型芯;②整体式芯盒造芯它用于制造形状简单的中小型芯;④可拆式芯盒造芯对于形状复杂的型芯，往往用上述两种形式芯盒，则无法取芯，需将芯盒分成可拆的几块，造芯完毕后拆去相应部位，将型芯顺利取出。造芯过程如图所示2.合箱将上型、下型、型芯、浇注系统等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型，俗称合箱合型是浇注前的最后一道工序，若合型操作不当，会使铸件产生错型、偏芯、跑火及夹砂等缺陷。合型工作包括以下几方面(1)铸型的检验这里包括检验型腔、浇注系统及表面有无浮砂，排气道是否通畅。(2)下芯将型芯的芯头准确地放在砂型的芯座上。应注意芯头间隙、芯子排气孔及定位等。(3)合上下型合上下型时应注意使上型保持水平下降，并应对准合型线。上、下型的定位，对于批量生产，是靠砂箱上的销子定位;对于单件、小批量生产，常采用划泥号定位冲天炉五、铸铁的熔炼熔炼所用的设备，主要是冲天炉。冲天炉的构造1—出铁口2—出渣口3—前炉4—过桥5—风口6—底焦7—金属料8—层焦9—火花罩10—烟囱11—加料口12—加料台13—热风管14—热风胆15—进风口16—热风17—风带18—炉缸19—炉底门熔炼铸铁的炉料金属炉料燃料熔剂•金属料包括生铁、回炉铁、废钢和铁合金等。•冲天炉熔炼多用焦炭作燃料。通常焦炭的加入量一般为金属料的1／8～1／12，这一数值称为焦铁比。•熔剂主要起稀释熔渣的作用。在炉料中加入石灰石等矿石熔炼操作1）备料炉料的质量及块度大小对熔化质量有很大影响。2）修炉用耐火材料将炉身及前炉内壁损坏的地方修好，关闭炉底门，用型砂填实炉底，炉底面应向过道方向倾斜5°～7°。3）烘干、点火修炉后应烘干炉壁。4）加底焦从加料口先加入1/2的底焦，烧着后再加入剩余的底焦，并从加料口测量剩余底焦高度。5）加料每批炉料按熔剂、金属炉料、层焦的次序加入，直到加料口下沿为止。6）熔炼先打开风口放出co气体，待炉料预热15-30分钟后，鼓风，半分钟后关闭风口。7）出铁、出渣半小时左右可出第一包铁水，经炉前检验合格后即可浇注。出炉的铁水温度约为1250-1350℃左右。8）停风、打炉当剩下的砂型不多时就停止加料，到炉料熔化将近完毕时停风。六、浇注和铸件的落砂及清理（一）砂型的浇注将液体金属浇入铸型的过程称为浇注。正确地进行浇注，对保证铸件质量和安全生产都非常重要。为了保证铸件质量，浇注时必须注意浇注温度和浇注速度。（二）铸件的落砂与清理落砂从砂型中取出铸件的工作称为落砂。清理落砂后的铸件必须经过清理工序，才能使铸件外表面达到要求。清理工作主要包括下列内容:1.切除浇冒口铸铁件可用铁锤敲掉浇冒口；铸钢件要用气割切除；有色合金铸件则用锯割切除。2.清除砂芯铸件内腔的砂芯和芯骨可用手工、震动出芯机或水力清砂装置去除。3.清除粘砂铸件表面往往粘结着一层被烧焦的砂子，需要清除干净。七、铸件的缺陷产生原因和预防措施1．缩孔的产生及预防措施缩孔的产生铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现空洞，称为缩孔。容积大而集中的孔洞称为缩孔；细小而分散的孔洞称缩松。缩孔的预防措施在实际生产中，铸件的合金成分、铸型结构形式都是确定的，这就需要采取合理的工艺措施来防止缩孔和缩松的发生。1）顺序凝固铸件的顺序凝固原则，是采用各种措施保证铸件结构上的各部分，按照远离冒口的部分先凝固，然后朝冒口方向顺序地凝固进行。2）浇注系统的引入位置及浇注工艺3）冒口、补贴和冷铁的作用2．气孔的产生及预防措施气孔气体在金属液结壳之前未及时逸出，在铸件内生成的孔洞类缺陷。气孔特征：气孔的内壁光滑，明亮或带有轻微的氧化色。2．气孔的产生及预防措施气孔危害：会减小其有效承载面积，且在气孔周围会引起应力集中而降低铸件的抗冲击性和抗疲劳性。会降低铸件的致密性，致使某些要求承受水压试验的铸件报废。气孔对铸件的耐腐蚀性和耐热性也有不良的影响。防止气孔的产生：降低金属液中的含气量，增大砂型的透气性，以及在型腔的最高处增设出气冒口等。3．夹砂的产生及预防措施铸件表面产生的疤片状金属突起物，表面粗糙，边缘锐利，在金属片和铸件之间夹有一层型砂。3．夹砂的产生及预防措施产生原因：夹砂的预防措施1.浇注时间尽可能短。2.注意浇注系统的设计使铁水进入砂型型腔时平稳而冲力不大，内浇口的布置适当分散以免铸型局部过热，同时能尽快地覆盖住下型平面；3.平板铸件采用倾斜浇注；4.铸型上扎气眼以利于水蒸气及其他气体的排出；5.修型时避兔用压勺来回压大平面，防止分层；在容易产生央砂的地方划出小沟格或插钉子。第三节铸造工艺的基本内容一、浇注位置的选择与确定•铸件的重要加工面或主要工作面应朝下；•铸件的宽大平面应朝下；•壁薄而大的平面应朝下或垂直、倾斜。•浇注位置应有利于补缩，防止铸件产生缩孔1.铸件重要加工面应朝下车床床身浇注位置2.铸件大平面应朝下3.铸件薄壁朝下、厚壁朝上4.应有利于补缩，防止在铸件中产生缩孔二、分型面的选择•应保证模样能顺利的从铸型中取出；•应尽量减少分型面的数量；•应尽量使分型面是一个平直的面；•使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；•应使铸件