机械制造2-3 砂型铸造

1《机械制造基础》2.3砂型铸造第2章铸造造型下芯22.3.1造型方法的选择2.3.2浇注位置和分型面的选择2.3.3工艺参数的确定2.3砂型铸造2.3.4综合分析举例32.3砂型铸造概述1.砂型铸造的定义（1）手工砂型铸造的定义采用自然界中的天然石英砂作为主要材料制造铸型和型芯，铸造生产过程中各个工序的操作工作均由铸造工人手工完成，这样的砂型铸造方法称为手工砂型铸造。适用范围：手工砂型铸造适用于单件小批生产，主要用于铸造大型、重型铸件。砂型铸造分为手工砂型铸造和机器砂型铸造。42.3砂型铸造概述1.砂型铸造的定义（2）机器砂型铸造的定义采用自然界中的天然石英砂作为主要材料制造铸型和型芯，铸造生产过程在铸造流水线上进行，铸型的造型、制芯、合箱、浇注等工序的操作工作均由机器完成，这样的砂型铸造方法称为机器砂型铸造。适用范围：机器砂型铸造适用于成批生产及大批大量生产，主要用于铸造中型、小型铸件。砂型铸造分为手工砂型铸造和机器砂型铸造。52.3砂型铸造概述2.砂型铸造的特点铸造方法种类繁多，是一种传统的铸造方法，适用于各种形状、大小和材料的铸件的生产，采用砂型铸造生产的铸件约占铸件总产量的80%以上。砂型铸造的缺点是一个砂型只能使用一次，要耗费大量的造型工时，每生产1吨合格的铸件，需用4～5吨型砂，处理大量型砂的工作十分繁重。此外，车间中砂尘污染严重，劳动条件较差。但砂型铸造适合于在各种生产条件下，生产各种合金的铸件，所以，仍是当今普遍应用的铸造方法。62.3砂型铸造概述3.砂型铸造的基本过程首先根据零件图制成适当的模型(模样)，并用模型和配制好的型砂制成一定的砂型；然后把液态合金浇入铸型型腔；等液态合金在型腔内冷却凝固后，就可以把砂型破坏，取出铸件（称为落砂）；最后清理铸件上的附着物，经过检验，就能获得所需的合格铸件。（见下页图）7图2-1砂型铸造的生产流程制造模型准备型砂制造砂型浇注落砂清理检验铸件熔炼金属木模砂型金属液型芯铸件82.3砂型铸造概述3.砂型铸造的基本过程在成批生产和大批大量生产的铸造车间中，砂型铸件的生产过程是周期性的：先按生产批量制造砂型；等造型场地布满砂型后，就开炉熔化金属并进行浇注；待铸件冷却后，就地落砂，取出铸件；最后清理造型场地，处理型砂，接着又开始造型。（见下页图）9砂型铸造铸件生产过程熔炼浇注冷却、凝固造型铸件落砂、清理10砂型铸造的主要造型材料是型砂。型砂：主要由砂子（SiO2含量85%的硅砂）、粘结剂（膨润土、桐油、水玻璃、有机树脂等）、附加物（煤粉、石墨粉、锯木屑等）和水经机器或手工混合而成的一种造型材料。（水玻璃是硅酸钠（NaO.mSiO2）或硅酸钾的水溶液，加热或吹CO2能快速生成硅酸凝胶，起粘结作用。m代表结晶水。）造型材料的组成及性能要求（补充）11对型砂性能的基本要求：型砂应该具有：比较好的透气性、一定的湿度、足够的强度、比较高的耐火性和一定的退让性。造型材料视频（1.03）造型材料的组成及性能要求（补充）122.3.1造型方法的选择造型是砂型制造过程中最重要的工序。造型方法选择是否合理，对于铸件质量、生产率和成本有着重要影响。造型可采用手工造型或机器造型。手工造型主要用于单件或小批生产，适用于大型、重型铸件。机器造型主要用于大批大量生产，适用于中型、小型铸件。131.手工造型2.3.1造型方法的选择（1）手工造型的砂箱与造型工具砂箱。作用是牢固地固紧所捣实的型砂，以便于铸型的搬运以及在浇注时承受液体金属的压力。可以用木料、铸铁、钢、铝合金等制成。通常上箱和下箱组成一对砂箱，彼此之间有定位销和销孔进行配合。常用的砂箱有可拆砂箱、无档砂箱、有档砂箱等几种类型。14砂箱与造型工具砂箱底板舂砂锤通气孔针起模针皮老虎半圆提钩压勺镘刀木制砂箱小型砂箱大型砂箱15底板。放置模样用；舂砂锤。一头尖，一头平。用尖头锤舂砂，用平头锤打紧砂箱顶部的砂；起模针。比通气针粗，起模用；皮老虎(手风器)。用来吹去模样上的分型砂及散落在型腔中的散砂；镘刀(砂刀)。修平面及挖沟槽用；压勺(秋叶)。修凹的曲面用；提钩(砂钩)。修凹底部或侧面及钩出砂型中散砂用；半圆(刀)。修圆柱形内壁和内圆角用。手工造型的砂箱与造型工具16手工造型模具铸造模具：预先用容易加工的材料制成的与零件相似的模样称为铸造模具。模具分类：1.木模：用木材制成的模具，用于普通手工造型。2.金属模：用金属制成的模具，用于机器造型。3.塑料模：用工程塑料制成的模具，用于普通手工造型。4.蜡模：用工业石蜡制成的模具，用于熔模铸造。17轴套的木模组成：由模样和芯盒组成。模样与轴套零件相似，用来制造铸型，形成轴套的外部轮廓形状。芯盒用来制造型芯，型芯用来形成轴套的内孔。为了防止木模受潮变形，在木模的外表面要涂刷一层清漆。18手工造型模样及工具19手工造型工具20手工造型修型工具21手工造型——学生实习现场22231.手工造型（1）手工造型的砂箱与造型工具2.3.1造型方法的选择（2）砂型的组成型砂被舂紧在上、下砂箱中，连同砂箱一起，分别称为上砂型和下砂型。砂型中取出模样后留下的空腔称为型腔。上、下型腔分界面称为分型面。图中在型腔中有叉线的部分表示型芯，型芯是为了形成铸件的孔。型芯上的延伸部分称为型芯头，用以安放和固定型芯。型芯头坐落在砂型的型芯座上。金属液从浇口盆浇入，经直浇道、横浇道和内浇道而流入型腔。型腔的上方开有出气口，以排出型腔中的气体。被高温金属液包围后，型芯中产生的气体则由型芯通气孔排出。另外砂型中还扎有通气孔。241.手工造型（3）手工造型常用方法(详见P23表2-5）2.3.1造型方法的选择按砂箱特征分类两箱造型：适用于只有一个分型面的铸件。分型面一般为平面或曲面，采用两个砂箱，操作简单。三箱造型：适用于有两个分型面的铸件。分型面一般为平面，采用三个砂箱，中箱高度应与中箱模型高度一样，且需多造一个砂型，技术要求高，生产率低，难以采用机器造型。两箱造型动画（0:14）三箱造型动画（0:38）251.手工造型（3）手工造型常用方法(详见P23表2-5）2.3.1造型方法的选择按砂箱特征分类脱箱造型：适用于小件生产，模型及浇冒口系统固定在模板(底板)上，采用活动砂箱，合型后将砂箱脱去，在无箱或加套箱的情况下浇注，操作简单。地坑(地面)造型：适用于大中型铸件或砂箱不足时采用。261.手工造型（3）手工造型常用方法(详见P23表2-5）2.3.1造型方法的选择按模样特征分类整模造型：适用于分型面为最大截面且位于一端的铸件，采用整体模，两砂箱，分型面为平面，操作简单。分模造型：适用于最大截面在中部的铸件，采用定位销定位的分开模，分型面多是平面，操作较简单。活块造型：适用于带有妨碍起模的凸台或凹槽的铸件，操作费事，生产率低，且对工人技术要求高。27按模型特征分类挖砂造型：适用于分型面不为平面、形状较复杂铸件的单件小批生产，操作费事，对工人的技术要求高。假箱造型：适用于分型面不为平面铸件的大批量生产，无需每型挖砂，模样简单，生产效率较高。刮板造型：适用于大回转体铸件或等截面铸件。1.手工造型（3）手工造型常用方法(详见P23表2-5）2.3.1造型方法的选择挖砂造型动画（0:37）28分模造型视频（11:23）活块造型视频（5:05）整模造型视频（5:04）（酌情播放）291.手工造型（4）手工造型的特点及应用(详见P23表2-5）2.3.1造型方法的选择优点操作简单、灵活方便；模型、芯盒及砂箱等工艺装备简单；生产准备时间短；适应性强，适于各种大小、形状的铸件。缺点对于工人的技术水平要求高，劳动生产率低；铸件质量不稳定，铸件缺陷率较高；以手工操作为主，劳动强度大。因此，手工造型适用于重型铸件和形状复杂铸件的单件、小批量生产。301.手工造型2.3.1造型方法的选择2.机器造型现代化铸造车间已广泛采用机器来造型和制芯。机器造型使造型中最重要的两项操作——紧砂和起模实现了机械化。较先进的造型机则可使整个造型过程，包括填砂、搬动和翻转砂箱等自动进行。现代化铸造车间已广泛采用铸造机械化流水线生产铸件。造型机展示视频（0:30）312.3.1造型方法的选择2.机器造型（1）机器造型紧砂方式压实式。用较低的比压(铸型单位面积上所受压力)压实铸型。机器结构简单，噪声较小，生产率较高。但铸型上紧下松，容易掉砂，很少单独使用。震实式。靠造型机的震击来紧实铸型。机器结构简单，制造成本低。但噪声大，生产率低，对厂房基础要求高，劳动繁重。铸型上松下紧，也很少单独使用。322.3.1造型方法的选择2.机器造型（1）机器造型紧砂方式震压式。在震击后加压，紧实铸型。机器成本低，结构简单，生产率较高，但噪声大。型砂紧实度较均匀。微震压实式。在微震的同时加压紧实铸型。生产率较高，但机器易损坏。与前者的区别：频率高、振幅小。高压式。用较高的比压来压实铸型。生产率高，噪音小，灰尘少，铸件质量好，但机器成本较高。332.3.1造型方法的选择2.机器造型（1）机器造型紧砂方式抛砂式。用抛砂方法同时完成填砂和紧实铸型。机器结构简单，但制造成本较高，生产率较高，能量消耗少，型砂紧实较均匀。射砂式。用射砂方法同时完成填砂和紧实铸型。生产率高，型砂紧实度高而均匀。机器结构简单，噪音低，不用砂箱(用活动砂箱)，但垂直分型，下芯困难。34抛砂式紧砂视频（2:37）射砂式紧砂视频（4:29）机器造型视频（2.26）352.3.1造型方法的选择2.机器造型（2）机器造型起模方式起模：填埋在砂箱中的模样或模板完成造型任务后，必须从铸型中取出来，这个过程称为起模。模板：为了实现机械化起模，机器造型时所用的模样与底板连接成为一个整体，称为模板。（见下页图）36机器造型用的模板紧固装置模样浇注系统定位销底板372.3.1造型方法的选择2.机器造型（2）机器造型起模方式机器造型有四种起模方式：顶箱式起模，翻转式起模，落模式起模和漏模式起模。38顶箱式起模型砂紧实后，开动顶箱机构使顶杆顶起铸型。顶杆起模的造型机结构比较简单，但在起模过程中容易掉砂，因此只适用于模型形状简单且高度小的铸型，通常用来制造上箱。2.3.1造型方法的选择2.机器造型（2）机器造型起模方式a)顶箱式起模392.3.1造型方法的选择2.机器造型（2）机器造型起模方式b)翻转式起模翻转式起模型砂紧实后，模型、砂箱随翻转台一起翻转180°，然后砂箱随承受台下降，与模板脱离而起模。翻转式起模不易掉砂，适用于模型较高而复杂的铸型，通常用来制造下箱。402.3.1造型方法的选择2.机器造型（2）机器造型起模方式c)落模式起模落模式起模对于形状复杂的铸件，为了便于起模，可在造型机上安置落模机构，因托板托住了型砂，而避免了掉砂。虽然模板复杂，但起模机构容易控制。412.3.1造型方法的选择2.机器造型（2）机器造型起模方式漏模式起模模样的凸起部分从漏模板的孔中向下漏出，砂箱翻转即可取出模板及模样的平面部分。适用于形状复杂、高度大及无起模斜度的铸型。d)漏模式起模漏模板42震压式紧砂及三种起模方式视频（8:54）432.3.1造型方法的选择2.机器造型（3）铸造机械化流水线现代化铸造车间已广泛采用铸造机械化流水线生产铸件。（见下二页图）44图3-7机器造型铸造生产线浇注砂型铸造机械化流水生产线45自动造型生产线1—卸箱机2—移箱机3、13—落砂4—下箱自动造型机5—刷砂刷6—平车7—放箱机8—翻转机9—合型机10—辊道11—换模小车12—上箱自动造型机14—铸型15—浇注工段16—输送带熔炼、浇注造上箱合箱造下箱空砂箱冷却凝固、落砂清理手工下芯卸上箱卸下箱46优点生产效率高，如震压式生产率为30～80箱/小时；工人的劳动条件得到改善，减轻了工人的劳动强度；用模板造型，铸件精度比手工造型高。缺点设备投资较大，适于形状不太复杂但生产批量较大的铸件的生产。只适于两箱造型，因造型机无法造出中箱，不能进行三箱造型。因取出活块或挖砂费时，使造型机的生产率大大降低，故应尽量避免活块造型或挖砂造型。机器造型（4）机器造型的优缺点472.3.1造型方法的选择2.