38第7章 砂型铸造工艺

12 • 铸铁件生产碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁 • 铸铁的优点 • 石墨形态对铸铁性能的影响 • 铸铁的石墨化以及影响石墨化因素 • 灰口铸铁件的生产： • 灰铸铁的孕育处理；球墨铸铁件的生产；可锻铸铁件的生产； • 铸钢件的生产上次课内容的回顾3 第七章砂型铸造主要内容7.1造型方法的选择 1 7.2浇注位置和分型面的选择 2 7.3铸造工艺参数的选择 3 7.4铸件的结构设计 4 本章重难点1、砂型铸造的工艺设计2、如何将设计的零件变成铸件？怎样生产出合格铸件？4 手工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消失模铸造液态成型工艺砂型铸造特种铸造整模造型分模造型活块造型三箱造型挖砂造型刮板造型机器造型砂型铸造的工艺设计铸造工艺图的绘制浇注位置的选择分型面的选择工艺参数的确定5 7.1造型方法的选择砂型铸造基本工艺过程程序框图6 7.1.1常见的造型方法在砂型铸造中，造型和造芯是最基本的工序。根据造型生产方法的特点，通常分为手工造型和机器造型两大类。一、手工造型各种手工造型方法的特点和适用范围7 整模造型8 分模造型9 挖砂造型分型面一般都是平面，当分型面为阶梯形或曲面时，则需要通过挖砂来将分型面露出，以便于起模。挖砂造型费时费力，仅适合单件生产。10 假箱造型当分型面不是单一平面且生产批量较大时，为避免挖砂，预先制备好强度较高的半个铸型来适应其分型面。由于该铸型只用于造型，不参与浇注，故称为假箱。生产中让可采用木材或金属制成成型底板来代替假箱。11 三箱造型当铸件结构具有两个较大截面，采用一个分型面无法起模时，可选两个大截面为分型面，用三个砂箱制造铸型。模样从中间小截面处分开，用定位销连接。中箱高度应与模样的相应高度相适应。12 活块造型当铸件侧面仅有局部凸起妨碍起模时，则将局部凸起部分做成活块，并采用适当的定位措施。取木模时，活块留在砂型内，将其从侧面取出。13 刮板造型(芯) 对大、中型具有等截面或回转体铸件造型时，为简单起见不用模样，采用一个与铸件或砂芯截面形状一致的木板（称为刮板）代替模样，根据砂型型腔或砂芯表面形状，引导刮板做旋转、直线或曲线运动，以形成型腔成为型芯。14 机器造型的实质机器造型的特点将填砂、紧实、和起模等主要工序实现机械化生产效率高，产品质量稳定震压式造型、抛砂造型、无箱挤压二、机器造型151617 7.2浇注位置和分型面的选择铸造工艺图：在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。图中应表示出铸件的浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量，拔模斜度，铸造收缩率，型芯的数量、形状及固定方法和浇注系统等。首先要考虑零件有几种可能的分型方案浇注位置的选择铸型分型面选择绘制方法绘图要领分型面的选择浇注位置画法(上和下)工艺参数定性给出即可18 铸造工艺图中工艺符号及其表示方法19 衬套的零件图、铸造工艺图、铸件图20 7.2.1浇注位置的选择浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。在选择浇注位置时应考虑下列原则：一、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。不合理合理上中中下上中中下因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密。21 二、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷。三、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于合金液填充铸型。不合理合理上下上下不合理合理上下上下22 四、若铸件周围表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。应将厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。双排链轮的浇注位置23 7.2.2铸件分型面的确定原则铸型分型面是指铸型组元间的接合面。应保证模样能顺利从铸型中取出 1 应尽量减少分型面的数量 2 应尽量使分型面是一个平直的面 3 4 应尽量使型芯和活块的数量减少 5 应使铸件的全部或大部分置入下箱分型面的选择原则如下：24 应尽量减少分型面的数量 225 采用砂芯而不采用多箱造型26 起重臂的分型面不合理合理应尽量使分型面是一个平直的面 3 4 应尽量使型芯和活块的数量减少接头分型面采用自带砂芯代替砂芯不合理合理27 5 应使铸件的全部或大部分置入下箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度不合理合理不合理合理28 • 常用的造型方法按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型按模样特征分：整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型 • 浇注位置的选择原则 • 分型面的选择原则 • 铸造工艺参数选择（加工余量、收缩率、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头）上次课内容的回顾29 浇注位置的选择原则：1、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。2、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷。3、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于合金液填充铸型。4、若铸件周围表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。应将厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。分型面的选择原则：1、应保证模样能顺利从铸型中取出2、应尽量减少分型面的数量3、应尽量使分型面是一个平直的面4、应尽量使型芯和活块的数量减少5、应使铸件的全部或大部分置入下箱30 7.3铸造工艺参数选择铸造方案确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数。加工余量收缩率拔模斜度铸造圆角型芯及型芯头工艺参数31 7.3.1机加工余量和最小铸孔设计铸造工艺图时，为铸件预先增加要切去的金属层厚度，称为机加工余量（RMA）。机加工余量取决于合金的品种、铸造方法、铸件的大小。1）合金品种—— 铸钢件的表面粗糙，其加工余量应比铸铁大；有色合金价格昂贵，而铸件表面较光洁，其加工余量应比铸铁小。2）铸件尺寸—— 铸件愈大，误差加大，其加工余量也应加大。3）加工面位置 —— 浇注时朝上的表面缺陷多，其加工余量应比底面和侧面大。4）造型方法 —— 机器造型时，铸件精度高，余量应比手工造型小。铸件上的孔、槽是否需要铸出，不仅要考虑工艺上的可能性，尤其应结合铸件的批量分析其必要性。通常，较大的孔、槽应当铸出，以减少机械加工余量和减少铸件上的热节。较小的孔、槽，特别是中心线位置有精度要求的孔，由于铸孔位置准确性差，其误差虽经扩孔也难纠正，因此，留待直接机械加工较为经济合理。32 7.3.2铸造收缩率由于合金在冷却过程中要发生固态收缩(线收缩)，这将使铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。加大的这部分尺寸，一般用铸造收缩率来表示。 K＝［（L 模样 ­L 铸件）/L 模样］×100%33 7.3.3拔模斜度为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型时，必须留出一定的倾斜度，此斜度称为拨模斜度。为使砂型便于从模样内腔中取出，内壁的拔模斜度应比外壁大。7.3.4铸造圆角制造模型和设计铸件时，壁的连接和转角处都要做成圆弧过渡，称为铸造圆角。缩孔34 7.3.5型芯及其固定在砂型铸造生产中，为了形成铸件的内腔形状或为了简化模型的外形，以制出铸件上妨碍起模的凸台、凹槽等，经常使用型芯。型芯的各种形式35 型芯是依靠型芯头来定位和排气的。型芯头的形状和尺寸对铸型装配的工艺性和稳定性有很大的影响。一般的型芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。(a）垂直型芯(b）水平芯头（c）型芯撑的应用36 7.3.6浇注系统、冒口和冷铁一、浇注系统浇注系统是引导金属液进入铸型的一系列通道的总称，由浇口杯(外浇口)、直浇道、横浇道和内浇道等部分组成。冒口的作用，主要是在铸件凝固期间进行补缩，还用于调节铸件各部分的冷却速度。二、冒口37 二、冷铁（1）可以减少冒口的数量和尺寸，提高金属利用率；（2）在铸件难以设置冒口的厚实部位，设置冷铁同样可防止产生缩孔和缩松；（3）在铸件的适当部位安放冷铁可控制铸件的凝固顺序，增加冒口的有效补缩距离；（4）使用冷铁可消除局部热应力，防止裂纹的产生。(a)、(b)、(c)外冷铁型式；(d)内冷铁型式38 7.3.7铸造工艺图的绘制及工艺分析举例工艺流程：1、首先应了解合金品种、生产批量及铸件质量要求等；2、分析铸件结构，以便确定铸件的浇注位置，同时，分析铸件分型面的选择方案；3、在此基础上，依据选定的工艺参数，用红、蓝色笔在零件图上绘制铸造工艺图（包括型芯的数量和固定、冷铁、浇冒口等），为制造模样、编写铸造工艺卡等奠定基础；39 如下图所示支座，材料为HT150，大批量生产。40 （1）方案Ⅰ沿底板中心线分型，即采用分开模造型。其优点是底面上110mm凹槽铸出，轴孔下芯方便，轴孔内凸台不妨碍起模。其缺点是底板上四个凸台必须采用活块，同时铸件易产生错型缺陷，飞翅清理的工作量大。此外，若采用木模样，加强筋处过薄，木模样易损坏。41 （2）方案Ⅱ沿底面分型，铸件全部位于下箱，为铸出110mm凹槽必须采用挖砂造型。方案Ⅱ克服了方案Ⅰ的缺点，但轴孔内凸台妨碍起模，必须采用2个活块或下型芯。42 （3）方案Ⅲ沿110mm凹槽底面分型。其优缺点与方案Ⅱ类同，仅将挖砂造型改用分开模造型或假箱造型，以适应不同的生产条件。43 可见，方案Ⅱ、Ⅲ的优点多余方案Ⅰ。但在不同生产批量下，具体方案可选择如下：（1）单件、小批量生产由于轴孔直径较小、无须铸出，而手工造型便于进行挖砂和活块造型，选方案Ⅱ较为经济。（2）大批量生产由于机器造型难以使用活块，故应采用型芯制出轴孔内凸台。同时采用方案Ⅲ从110mm凹槽底面分型，以降低模板制造费用。44 确定下列铸件的铸造工艺方案。要求：1、在单件、小批生产和大量生产两种条件分析最佳方案；2、按所选择的最佳方案绘制铸造工艺图：（包括浇注位置、分型面、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头等）。45 7.4铸件的结构设计在进行铸件结构的设计时，除了要保证铸件的工作性能和力学性能要求外，还必须考虑铸造生产的工艺性，使合理的铸件结构与生产工艺相适应，以提高生产率和经济效益。7.4.1铸造工艺对铸件结构的要求铸件的结构设计，应尽量使制模、造型、制芯、装配、合箱和清理等过程简化，以便保证铸件质量、节约工时、降低成本，并为铸件的机械化生产创造条件。（1）尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模。不合理合理46 （2）凸台和筋条结构应便于起模。不合理合理不合理合理不合理合理47 （3）垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度。（4）应避免封闭内腔。48 （5）尽量不用和少用型芯。不合理合理型芯自带型芯不合理合理49 （6）型芯要便于固定、排气和清理。505152 7.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求在设计铸件结构时，除了考虑造型工艺等方面的要求外，同时也必须满足合金铸造性能的要求，否则铸件质量就不能保证。1、合理设计铸件壁厚铸件的壁厚越大，越有利于液态合金充填型腔。但是随着壁厚的增加，铸件心部的晶粒越粗大，而且凝固收缩时没有金属液的补充，易产生缩孔、缩松等缺陷；过薄，易产生浇不足或冷隔缺陷。(a）不合理结构(b）合理结构缩孔砂型铸造铸件最小壁厚的设计53 2、壁厚应尽可能均匀铸件各部分壁厚若相差过大，将在局部厚壁处形成金属积聚的热节，导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷。(a）壁厚不均匀（b）壁厚均匀3、铸件壁的连接方式要合理(l）铸件壁之间的连接应有结构圆角54 （2）铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求平缓过渡，避免截面突变，以减小应力集中，防止产生裂纹。（3）连接处避免集中交叉和锐角。55 4、避免铸件上的出现大平面，因为大平面不利于液态金属的充填，易产生浇不足、冷隔等缺陷。5、避免铸件收缩受阻。缺陷分析：当采用直线形偶数轮辐时，因收缩不一致产生的内应力过大使轮辐产生裂纹。而奇数轮辐可通过轮缘的微量变形自行减缓内应力。同理，弯曲的轮辐可借轮辐本身的微量变形而防止裂纹。56 7.4.3不同铸造方法对铸件结构的要求一、压铸件(l）压铸件上应尽量避免侧凹和深腔，以保证压铸件从压型中顺利取出。(2）应尽可能采用薄壁并保证壁厚均匀(3）对于复杂而无