第2章(1)砂型鑄造的造型工藝

1、 鑄造生產(chǎn)常規(guī)工藝流程 清理落砂澆注合型型砂配制合金溶煉模樣制作芯盒制作造型制芯檢驗(yàn)芯砂配制 型砂結(jié)構(gòu)示意圖1-砂粒 2-空隙3-附加物 4-粘土膜 芯砂由于需求量少，一般用手工配制。 型芯所處的環(huán)境惡劣，所以芯砂性能要求比型砂高，同時(shí)芯砂的粘結(jié)劑(粘土、油類等)比型砂中的粘結(jié)劑的比重要大一些，所以其透氣性不及型砂，制芯時(shí)要做出透氣道(孔)；為改善型芯的退讓性，要加入木屑等附加物。 有些要求高的小型鑄件往往采用油砂芯(桐油+砂子，經(jīng)烘烤至黃褐色而成)。 (二二)型砂的性能型砂的性能 型砂的質(zhì)量直接影響鑄件的質(zhì)量，型砂質(zhì)量差會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔、砂眼、粘砂、夾砂等缺陷。良好的型砂應(yīng)具備下列性能： 透

2、氣性 型砂能讓氣體透過的性能稱為透氣性。高溫金屬液澆入鑄型后，型內(nèi)充滿大量氣體，這些氣體必須由鑄型內(nèi)順利排出去，否則將使鑄件產(chǎn)生氣孔、澆不足等缺陷。鑄型的透氣性受砂的粒度、粘土含量、水分含量及砂型緊實(shí)度等因素的影響。砂的粒度越細(xì)，粘土及水分含量越高，砂型緊實(shí)度越高，透氣性則越差。 強(qiáng)度 型砂抵抗外力破壞的能力稱為強(qiáng)度。型砂必須具備足夠高的強(qiáng)度才能在造型、搬運(yùn)、合箱過程中不引起塌陷，澆注時(shí)也不會(huì)破壞鑄型表面。型砂的強(qiáng)度也不宜過高，否則會(huì)因透氣性、退讓性的下降使鑄件產(chǎn)生缺陷。 耐火性 指型砂抵抗高溫?zé)嶙饔玫哪芰?。耐火性差，鑄件易產(chǎn)生粘砂。型砂中SiO2含量越多，型砂顆粒就越大，耐火性越好。 可塑性

3、 指型砂在外力作用下變形，去除外力后能完整地保持已有形狀的能力?？伤苄院?，造型操作方便，制成的砂型形狀準(zhǔn)確、輪廓清晰。 退讓性 指鑄件在冷凝時(shí)，型砂可被壓縮的能力。退讓性不好，鑄件易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或開裂。型砂越緊實(shí)，退讓性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退讓性 在單件小批生產(chǎn)的鑄造車間里，常用手捏法來粗略判斷型砂的某些性能，如用手抓起一把型砂，緊捏時(shí)感到柔軟容易變形；放開后砂團(tuán)不松散、不粘手，并且手印清晰；把它折斷時(shí)，斷面平整均勻并沒有碎裂現(xiàn)象，同時(shí)感到具有一定強(qiáng)度，就認(rèn)為型砂具有了合適的性能要求，如圖所示。型砂濕度適當(dāng)時(shí) 手放開后可看出 折斷時(shí)斷隙設(shè)有碎裂狀可用手捏成砂團(tuán) 清晰的手紋 同時(shí)有足

4、夠的強(qiáng)度( (三三) )鑄型的組成鑄型的組成 鑄型是根據(jù)零件形狀用造型材料制成的，鑄型可以是砂型，也可以是金屬型。砂型是由型砂（型芯砂）做造型材料制成的。它是用于澆注金屬液，以獲得形狀、 尺寸和質(zhì)量符合要求的鑄件。1-分型面 2-上型 3-出氣孔4-澆注系統(tǒng) 5-型腔 6-下型7-型芯 8-芯頭芯座 鑄型一般由上型、下型、型芯、型腔和澆注系統(tǒng)組成，如右圖所示。 鑄型組元間的接合面稱為分型面。鑄型中造型材料所包圍的空腔部分，即形成鑄件本體的空腔稱為型腔。液態(tài)金屬通過澆注系統(tǒng)流入并充滿型腔，產(chǎn)生的氣體從出氣口等處排出砂型。(四四)澆冒口系統(tǒng)澆冒口系統(tǒng) 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)是為金屬液流入型腔而開設(shè)于鑄

5、型中的一系列通道。其作用是： 平穩(wěn)、迅速地注入金屬液； 阻止熔渣、砂粒等進(jìn)入型腔； 調(diào)節(jié)鑄件各部分溫度，補(bǔ)充金屬液在冷卻和凝固時(shí)的體積收縮。 正確地設(shè)置澆注系統(tǒng)，對(duì)保證鑄件質(zhì)量、降低金屬的消耗量有重要的意義。 若澆注系統(tǒng)不合理，鑄件易產(chǎn)生沖砂、砂眼、渣孔、澆不到、氣孔和縮孔等缺陷。 典型的澆注系統(tǒng)由外澆口、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道四部分組成，如下圖所示。 對(duì)形狀簡(jiǎn)單的小鑄件可以省略橫澆道。 典型澆注系統(tǒng) 外澆口 其作用是容納注入的金屬液并緩解液態(tài)金屬對(duì)砂型的沖擊。小型鑄件通常為漏斗狀（稱澆口杯），較大型鑄件為盆狀（稱澆口盆）。 直澆道 它是連接外澆口與橫澆道的垂直通道。改變直澆道的高度可以改變金

6、屬液的靜壓力大小和改變金屬液的流動(dòng)速度，從而改變液態(tài)金屬的充型能力。如果直澆道的高度或直徑太大，會(huì)使鑄件產(chǎn)生澆不足的現(xiàn)象。為便于取出直澆道棒，直澆道一般做成上大下小的圓錐形。 橫澆道 它是將直澆道的金屬液引入內(nèi)澆道的水平通道，一般開設(shè)在砂型的分型面上，其截面形狀一般是高梯形，并位于內(nèi)澆道的上面。橫澆道的主要作用是分配金屬液進(jìn)入內(nèi)澆道和起擋渣作用。 內(nèi)澆道 它是直接與型腔相連，并能調(diào)節(jié)金屬液流入型腔的方向和速度、調(diào)節(jié)鑄件各部分的冷卻速度。內(nèi)澆道的截面形狀一般是扁梯形和月牙形，也可為三角形。 冒口 常見的縮孔、縮松等缺陷是由于鑄件冷卻凝固時(shí)體積收縮而產(chǎn)生的。為防止縮孔和縮松，往往在鑄件的頂部或厚實(shí)

7、部位設(shè)置冒口。冒口是指在鑄型內(nèi)特設(shè)的空腔及注入該空腔的金屬。冒口中的金屬液可不斷地補(bǔ)充鑄件的收縮，從而使鑄件避免出現(xiàn)縮孔、縮松。冒口是多余部分，清理時(shí)要切除掉。冒口除了補(bǔ)縮作用外，還有排氣和集渣的作用。 （五）模樣和芯盒的制造（五）模樣和芯盒的制造 模樣是鑄造生產(chǎn)中必要的工藝裝備。對(duì)具有內(nèi)腔的鑄件，鑄造時(shí)內(nèi)腔由砂芯形成，因此還要制備造砂芯用的芯盒。制造模樣和芯盒常用的材料有木材、金屬和塑料。 在單件、小批量生產(chǎn)時(shí)廣泛采用木質(zhì)模樣和芯盒，在大批量生產(chǎn)時(shí)多采用金屬或塑料模樣、芯盒。金屬模樣與芯盒的使用壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)30萬(wàn)次，塑料的使用壽命最多幾萬(wàn)次，而木質(zhì)的僅1000次左右。 為了保證鑄件質(zhì)量，在

8、設(shè)計(jì)和制造模樣和芯盒時(shí)，必須先設(shè)計(jì)出鑄造工藝圖，然后根據(jù)工 藝圖的形狀和大小，制造模樣和芯盒。見下圖。 在設(shè)計(jì)工藝圖時(shí)，要考慮下列一些問題： 分型面的選擇 分型面是上、下砂型的分界面，選擇分型面時(shí)必須使模樣能從砂型中取出，并使造型方便和有利于保證鑄件質(zhì)量。 拔模斜度 為了易于從砂型中取出模樣，凡垂直于分型面的表面，都做出0.54的拔模斜度 加工余量 鑄件需要加工的表面，均需留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?收縮量 鑄件冷卻時(shí)要收縮，模樣的尺寸應(yīng)考慮鑄件收縮的影響。通常用于鑄鐵件的要加大1；鑄鋼件的加大1.52；鋁合金件的加大11.5。 鑄造圓角 鑄件上各表面的轉(zhuǎn)折處，都要做成過渡性圓角，以利于造型及保證鑄

9、件質(zhì)量。 芯頭 有砂芯的砂型，必須在模樣上做出相應(yīng)的芯頭。 (a)造下砂型 (b)刮平、翻箱 (c)造上型、扎氣孔(d)起箱起模開澆口 (e)合型 (f) 帶澆口的鑄件齒輪整模造型過程 (2)分模造型 分模造型的特點(diǎn)是：模樣是分開的，模樣的分開面（稱為分型面）必須是模樣的最大截面，以利于起模。分模造型過程與整模造型基本相似，不同的是造上型時(shí)增加放上模樣和取上半模樣兩個(gè)操作。 分模造型適用于形狀復(fù)雜的鑄件，如套筒、管子和閥體等。(a)造下型 (b)造上型 (c)開箱、起模 (d)開澆口、下芯 (e)合型 (f)帶澆口的鑄件 (3)活塊模造型 模樣上可拆卸或能活動(dòng)的部分叫活塊。 當(dāng)模樣上有妨礙起模

10、的側(cè)面伸出部分(如小凸臺(tái))時(shí)，常將該部分做成活塊。起模時(shí)，先將模樣主體取出，再將留在鑄型內(nèi)的活塊單獨(dú)取出，這種方法稱為活塊模造型。 用釘子連接的活塊模造型時(shí)，應(yīng)注意先將活塊四周的型砂塞緊，然后拔出釘子。 零件圖 鑄件 模樣(a)造下型、拔出釘子 (b)取出模樣主體 (c) 取出活塊 活塊造型 1-用釘子連接活塊 2-用燕尾連接活塊 (4)挖砂造型 當(dāng)鑄件按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要采用分模造型，但由于條件限制(如模樣太薄，制模困難)仍做成整模時(shí)，為便于起模，下型分型面需挖成曲面或有高低變化的階梯形狀(稱不平分型面)，這種方法叫挖砂造型。 零件圖 (a)造下型 (b)翻下型、 挖修分型面(c)造上型、敞箱、

11、(d)合箱 (e)帶澆口的鑄件 起模手輪的挖砂造型過程手輪的挖砂造型過程 (5)三箱造型 用三個(gè)砂箱制造鑄型的過程稱為三箱造型。前述各種造型方法都是使用兩個(gè)砂箱，操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛。但有些鑄件如兩端截面尺寸大于中間截面時(shí)，需要用三個(gè)砂箱，從兩個(gè)方向分別起模。 鑄件圖 模樣 (a)造下箱 (b)翻箱、造中箱。 (c)造上箱 (d)依次取箱 (e)下芯合型帶輪的三箱造型過程帶輪的三箱造型過程 (6)刮板造型 尺寸大于500mm的旋轉(zhuǎn)體鑄件，如帶輪、飛輪、大齒輪等單件生產(chǎn)時(shí)，為節(jié)省木材、模樣加工時(shí)間及費(fèi)用，可以采用刮板造型。 刮板是一塊和鑄件截面形狀相適應(yīng)的木板。造型時(shí)將刮板繞著固定的中心軸旋轉(zhuǎn)，在

12、砂型中刮制出所需的型腔，如下圖所示。 (a)皮帶輪鑄件 (b)刮板(c)刮制下型 (d)刮制上型 (e)合型皮帶輪鑄件的刮板造型過程皮帶輪鑄件的刮板造型過程 (7) 假箱造型 假箱造型是利用預(yù)制的成形底板或假箱來代替挖砂造型中所挖去的型砂，如下圖所示。 用假箱和成形底板造型a) 假箱 b)成形底板1-假箱 2-下砂型 3-最大分型面 4-成形底板 (8) 地坑造型 直接在鑄造車間的砂地上或砂坑內(nèi)造型的方法稱為地坑造型。 大型鑄件單件生產(chǎn)時(shí)，為節(jié)省砂箱，降低鑄型高度，便于澆注操作，多采用地坑造型。 下圖為地坑造型結(jié)構(gòu)，造型時(shí)需考慮澆注時(shí)能順利將地坑中的氣體引出地面，常以焦炭、爐渣等透氣物料墊底，

13、并用鐵管引出氣體。 地坑造型結(jié)構(gòu) 地坑造型地坑造型 (a) (b) (c) (d) (e)對(duì)開式芯盒制芯對(duì)開式芯盒制芯(a)準(zhǔn)備芯盒 (b)夾緊芯盒，分次加入芯砂、芯骨，舂砂 (c)刮平、扎通氣孔 (d)松開夾子，輕敲芯盒 (e)打開芯盒，取出砂芯，上涂料 右圖為起重機(jī)卷?yè)P(yáng)筒的澆注位置方案。采用立式澆注，由于全部圓周表面均處于側(cè)立位置，其質(zhì)量均勻一致、較易獲得合格鑄件 單件小批量生產(chǎn)的小鑄鐵件的加工余量為4.55.5mm；小型有色金屬鑄件加工余量為3mm；灰鑄鐵件的加工余量值可參閱JB285480。 合金種類合金種類鑄造收縮率鑄造收縮率自由收縮自由收縮受阻收縮受阻收縮灰灰鑄鑄鐵鐵中小型鑄件中小型鑄件1.01.00.90.9中大型鑄件中大型