《金工實習》第一章PPT課件

1、第一章 鑄 造 了解鑄造生產的安全技術；了解砂型鑄造的生產過程。了解型砂（芯）的基本組成及其主要性能。掌握手工造型的工藝方法。掌握分型面和澆注系統的組成和作用。了解特種鑄造的基本知識。學習目標鑄造是將熔融的金屬液澆入具有和零件形狀相適應的鑄型空腔內，待其冷卻凝固后獲得一定形狀和性能的金屬件的方法。鑄造的兩個基本過程為填充鑄型和冷卻凝固。鑄造的成形方法主要分為砂型鑄造和特種鑄造。砂型鑄造的生產工序主要包括制模、配砂、造型（芯）、合型、熔煉、澆注、落砂清理和檢驗。其生產工藝過程如圖1-1：1.1 概 述圖1-1 砂型鑄造的工藝過程砂型是由型砂制成的。型砂的質量直接影響著鑄件的質量，型砂質量不好會使

2、鑄件產生氣孔、砂眼、粘砂和夾砂等缺陷。1.2 型 砂1.2.1 型砂的組成型砂主要是由原砂、黏結劑、附加物和適量的水混合而成的。原砂：是型砂的主體，主要由耐高溫的SiO2組成。黏結劑：包括膨潤土、黏土、水泥、水玻璃等。附加物：包括煤粉、鋸木屑、滑石粉、細石英砂、固化劑等。1.2.2 對型砂性能的要求 型砂在鑄造過程中要經受搗實、搬運、高溫金屬液的沖刷等，因此，要求型砂必須具備強度好、透氣性好、可塑性強、耐火性好、有退讓性。1.2.3 型砂的制備 型砂的制備過程是：首先將新砂、舊砂、黏結劑和附加物等加入混砂機中進行攪拌干混23 min，然后加水濕混57 min，性能符合要求后從出砂口卸砂，最后再

3、堆放45 h，使型砂中的水分均勻混合。1.3 造 型 造型是用型砂及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程，是制造鑄件最主要的工序。造型分為手工造型和機器造型。1.3.1 鑄 型 鑄型是依據零件形狀用造型材料（制造鑄型和型芯的材料）制成的。鑄型按照造型材料的不同，分為砂型鑄型（簡稱砂型）和金屬型鑄型。鑄型由上、下砂型、型腔（形成鑄件形狀的空腔）、澆注系統和砂箱等部分組成，如圖1-2。圖1-2 鑄型示意圖1.3.2 手工造型 手工造型是由人工用造型工具制造砂型的方法。手工造型操作靈活，工藝裝備簡單，但生產效率低，勞動強度大，適于單件小批量生產。 手工造型常用的造型方法如下：1、整模造型 整模造型是用整體模

4、樣進行造型的方法。以圖1-3所示的零件，來講解整模造型的操作步驟和操作要求。1）造型前準備工作在造型前，我們應首先根據鑄件的工藝要求準備好型砂、底板、模樣、芯盒、砂箱和必要的造型工具，然后才能開始造型。圖1-3 鑄造零件2）操作步驟及要求 安放平板、模樣及砂箱，如圖1-4所示： 填砂和緊實：圖1-4 安放平板模樣及下砂箱圖1-5 填砂、緊實并刮去多余的型砂 翻型并放置上砂箱： 撒防粘模材料并填砂舂緊：如圖1-7 修整上砂箱并做出定位記號：如圖1-8圖1-6 翻轉下砂型并放置上砂箱圖1-7 撒分型砂、填砂并舂緊圖1-8 取出澆口棒并做出定位符號 開箱并起模，如圖1-9所示： 修型并合型：將上砂型

5、合并在下砂型上，放置適當重量的壓鐵，如圖1-10（a）和（b）所示。鑄件澆注保溫后從砂箱中取出，如圖1-10（c）所示。（a） （b） （c）圖1-9 開上砂箱并起模圖1-10 修型并合型（1）模樣的放置（2）舂砂（3）撒分型砂注意模樣的起模方向應留出澆口棒的安放位置應使鑄件的重要加工面處在澆注位置的底面或側面應留出30100 mm的吃砂量。砂型下部要比上部緊實度高。下砂型要比上砂型緊實度高。砂型型腔的緊實度要高，以抵抗熔融金屬液的壓力。為了使上、下砂箱不粘在一起，常在分型面上撒一層分型砂。注意模樣表面的分型砂，特別是模樣凹角處所撒的分型砂一定要清掃干凈，否則將影響鑄件表面質量。3）操作要點2

6、、分模造型 分模造型是用分塊模樣進行造型的方法，其造型過程與整模造型相比，增加了放、取上半模樣的兩個操作。其特點是將模樣分為兩半，分模面是模樣的最大截面，鑄件型腔位于兩個砂箱內。以圖1-11所示的套筒零件為例來講解分模造型的工藝過程。圖1-11 套筒零件1）操作步驟及要求造芯：造下型：如圖1-12所示。圖1-12 造下型造上型：如圖1-13所示。 開箱并起模：如圖1-14所示。圖1-13 造上砂型圖1-14 打開上砂型并起模圖1-15 開澆道并下芯 （a）合型 （b）帶有澆注系統的鑄件圖1-16 合型和帶有澆注系統的鑄件 開澆道并下芯：如圖1-15所示。 合型：最后按標記將上砂型合并在下砂型上

7、，如圖1-16（a）所示。如圖1-16（b）所示為帶有澆注系統的鑄件。 檢查模樣配合是否嚴密。 檢查砂芯的干燥程度和表面質量，如有損壞，應經過修補、刷涂料、烘干后再使用。 若砂箱上沒有定位裝置，一定要特別細心地對正定位記號，以防錯箱。操作要點1233、挖砂造型 挖砂造型是需對分型面進行挖修后才能取出模樣的造型方法。挖砂造型的模樣多為整體的，鑄型的分型面是不平分型面。挖砂造型的操作技術要求較高，生產效率較低。挖砂造型主要適用于形狀較復雜的鑄件的單件生產。以圖1-17（a）所示手輪零件為例來講解挖砂造型的工藝過程。圖1-17（a）零件圖1）操作步驟 造下型：如圖1-17（b）所示。 翻轉下型并挖修

8、分型面：如圖1-17（c）和圖1-17（d）所示。圖1-17 （b）造下型 圖1-17 （d）挖修分型面 圖1-17 （c）翻轉下型 造上型：如圖1-17（e）所示。 開箱、起模并合型：如圖1-17（f）所示。圖1-17 （e）造上型圖1-17 （g）帶澆注系統的鑄件圖1-17 （f）開箱、起模并合型 挖砂時，一定要使所挖的分型面與模樣的凸點封閉，連線構成的平面或曲面相連接，這樣不僅利于起模，還不易形成鑄造缺陷。 分型面應修得光滑平整，挖砂部位的坡度應適當。 由于下砂型挖掉了一部分型砂，分型面不再是一個平面。因此，在上砂型中形成了一個吊砂，所以在開型和合型時一定要仔細，以防損壞型腔。操作要點1

9、234活塊模造型 活塊模造型是采用帶有活塊的模樣進行鑄造的方法。模樣上可拆卸或者能活動的部分稱為活塊?；顗K模造型的特點。模樣主體可以是整體的，也可以是分開的。對工人的操作技術要求較高，操作較麻煩，生產效率較低?；顗K模造型適用于具有無法直接起模的鑄件，如帶有凸臺等結構的鑄件。以圖1-18（a）所示零件為例來講解活塊模造型的工藝過程。圖1-18（a） 零件圖1）操作步驟活塊模造型的工藝過程與整模造型相似，但有以下幾點不同之處。 采用帶有銷釘的活塊模造型時，當模樣被型砂固定后，應將固定活塊的銷釘及時取出，否則模樣將無法拔出，如圖1-18（e）所示。（e）造下型并拔出銷釘（b）鑄件（c）用銷釘連接的活

10、塊（d）燕尾連接的活塊 起模時，應先取出模樣的主體部分，再用彎曲的取模針取出活塊，如圖1-18（f）和圖1-18（g）所示。圖1-18 （f）取出模樣主體 圖1-18 （g）取出活塊圖1-18 活塊模造型 造型前應檢查活塊與模樣主體的定位是否準確，配合的松緊程度是否適當。若太緊則活塊脫離模樣主體時，起模困難；太松則活塊容易錯位，影響鑄件質量。 舂砂至活塊時，應注意不要使活塊錯位。 連接活塊的銷釘不要過早取出，以免舂砂時活塊錯位。 起模后要將活塊與模樣及時按照規(guī)定安裝好，切勿將活塊丟棄。操作要點12345假箱造型 當批量生產挖砂造型的鑄件時，為避免重復挖砂，可采用假箱造型。如圖1-19所示，先做

11、一個假箱（半個鑄型）以代替底板，接著在假箱上造下型，然后翻轉下型造上型。由于假箱只起底板作用，只用于造型，不參加合型澆注，故稱為假箱。圖1-19 手輪的假箱造型（a）模樣放在假箱上（b）造下型 （c）翻轉下型，造上型6刮板造型 刮板造型是用一塊和鑄件截面形狀相一致的模板（又稱刮板）來代替模樣進行操作的造型方法。 刮板造型的工藝過程為：先安裝刮板支架和刮板，刮板位置應當用水平儀校正，以保證刮板軸與分型面垂直。造型時將刮板繞著固定的中心軸旋轉，在型砂中刮出所需的型腔。（a）零件圖 （b）刮板圖1-20 大帶輪的刮板造型過程（c）芯頭模樣 如圖1-20（d）所示為在砂箱內刮制下型，如圖1-20（e）

12、所示為在砂箱內刮制上型，然后用上、下芯頭模樣分別壓制出上、下芯座。在上、下型分型面上分別畫出通過軸心的兩條相互垂直的直線，將直線引至箱邊做出記號，作為合型的定位線。最后安放芯頭，合箱，如圖1-20（f）所示。圖1-20 （e）刮制上型圖1-20 （f）下芯并合型特點：刮板造型模樣簡單，節(jié)省制模材料，但是造型操作復雜，生產效率低，僅適用于大、中型旋轉體鑄件的單件生產。（d）刮制下型圖1-20 大帶輪的刮板造型過程7三箱造型 用三個砂箱制造型腔的過程稱為三箱造型。其適用于某些形狀復雜，具有兩端截面大，而中間截面小的鑄件。如圖1-21所示為帶輪的三箱造型過程。（a）零件圖 （b）模樣圖1-21 帶輪

13、的三箱造型過程（c）造中型（d）造下型三箱造型特點：模樣必須是分開的，以便從中型內取出模樣。中型上下兩面都是分型面，且中箱高度應與中型模樣高度相近。操作復雜，生產效率低，且難以用機器造型。三箱造型適用于鑄造形狀復雜，且具有兩個分型面的單件小批量生產的鑄件。圖1-21 帶輪的三箱造型過程（e）翻轉下型和中型（f）造上型（g）開箱并起模 （h）下芯并合型1.3.3 機器造型 機器造型是用機械全部或者部分完成造型操作的方法。與靈活多變的手工造型相比，機器造型生產效率高，鑄件質量好，勞動強度低。圖1-22 振壓式造型機的工作過程 （a）填砂 圖1-22 振壓式造型機的工作過程 （b）振動緊砂1振壓式造

14、型機造型 振壓式造型機是具有振實、壓實和起模裝置的機器，如圖1-22所示為振壓式造型機的工作過程。 填砂：如圖1-22（a）所示。 振擊：如圖1-22（b）所示。 壓實：如圖1-22（c）所示。 起模：如圖1-22（d）所示。（c）壓實頂部型砂 （d）起模圖1-22 振壓式造型機的工作過程2造型生產線 大批量生產時，為了提高生產效率，一般采用各種鑄型輸送裝置，將造型機和鑄造工藝過程中各種輔助設備連接起來，組成機械化或自動化的造型系統，稱為造型生產線，如圖1-23所示。圖1-23 造型生產線示意圖 由圖1-23所示可知，造型生產線的工藝流程是：造型機分別造好上、下型，下型翻轉后，由落箱機送到鑄型

15、輸送機的平臺上，手工下芯，由合箱機合上型。然后由壓鐵機將壓鐵放在鑄型上，接著鑄型被運送到澆注段處澆注。澆筑完成后進入冷卻室。冷卻后壓鐵機取走壓鐵，鑄型經捅箱機被送至落砂機上。落砂后，舊砂和鑄件分別運到砂處理和清理工部，空砂箱被送回至造型機旁。1.4 造 芯 為獲得鑄件的內腔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的安放在型腔內部的鑄型組元稱型芯。絕大部分型芯是用芯砂制成的，又稱砂芯。 砂芯必須具有比砂型更高的強度、透氣性、耐高溫性和退讓性等。1.4.1 芯 砂芯砂的種類主要有黏土砂、水玻璃和樹脂砂等，特點如下：黏土砂：強度低，需加熱烘干，潰散性差，應用日益減少。但一般的砂芯可用黏土砂制備。水玻璃砂：主

16、要用在鑄鋼件芯砂中。樹脂砂：由于快干自硬、強度高、潰散性好，被廣泛應用，特別適用于大批量生產的復雜砂芯中。1.4.2 造芯工藝在造芯工藝中，應采取相應措施，來保證型芯的性能要求。放芯骨：砂芯中應放入芯骨以提高強度，如圖1-24（a）和圖1-24（b）所示。開通氣道：砂芯中必須做出貫連的通氣道，以提高砂芯的透氣性，如圖1-24（c）所示刷涂料：大部分砂芯表面要刷一層涂料，以提高耐高溫性能，防止鑄件粘砂。烘干：烘干以去除型芯中的水分，來提高其強度和透氣性。圖1-24 芯骨（a）鐵絲芯骨（b）鑄鐵芯骨 （c）帶吊環(huán)的芯骨和通氣道1.4.3 制芯方法 砂芯一般用芯盒制成，芯盒的空腔形狀和鑄件的內腔相適

17、應。根據芯盒的結構，手工制芯方法通常分為整體式芯盒制芯、對開式芯盒制芯和可拆式芯盒制芯三種。整體式芯盒制芯：用于制作形狀簡單的中、小型砂芯。其制作過程如圖1-25所示。圖1-25 整體式芯盒制芯（a）舂砂、刮平（b）放烘芯板 （c）翻轉、取芯對開式芯盒制芯：用于制造形狀復雜的中、大型砂芯。其制作過程如圖1-26所。圖1-26 對開式芯盒制芯可拆式芯盒制芯：用于圓形截面的較復雜砂芯。其制作過程如圖1-27所示。圖1-27 可拆式芯盒制芯1.5 合 型 合型（又稱合箱）是指將上型、下型、砂芯、澆口棒等組合成一個完整鑄型的操作過程。合型的主要工作包括：鑄型的檢驗、裝配和鑄型的緊固。1.5.1 鑄型的

18、檢驗、裝配 在合型前應檢驗鑄型是否已達到鑄造的工藝要求。檢驗合格后，再平穩(wěn)、準確地合上上型。1.5.2 鑄型的緊固 為了避免由于抬箱力（上箱受到的金屬液壓力和砂芯受到的金屬液浮力的合力）而造成的缺陷，裝配好的鑄型需要緊固。緊固鑄型時應注意用力均勻、對稱。1.6 合金的熔煉和澆注 合金的熔煉和澆注是生產鑄件的主要工序之一，對鑄件質量有很大影響，若控制不當，會使鑄件因成分和機械性能不合格而報廢。1.6.1 鑄造合金的種類 用于鑄造的金屬種類有鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等，其中鑄鐵件應用最多，占鑄件總質量的80%左右。1鑄鐵：鑄鐵主要由含碳量2.11%的鐵、碳和硅組成的合金。2鑄鋼：鑄鋼包括碳鋼和合金鋼

19、兩大類。3鑄造有色合金：常用于鑄造的有色合金包括鋁合金、銅合金等。1.6.2 合金的熔煉 合金的熔煉是鑄造的必要過程之一。合金熔煉好壞直接影響鑄件質量的好壞。合金的熔煉過程中應注意：優(yōu)質：是指合金熔融液溫度高、化學成分合格、非金屬夾雜物和氣體含量少。低耗：是指燃料、電力、熔煉原材料耗費少，金屬燒損少。高效：是指熔化速度快。 由于沖天爐操作方便，可連續(xù)熔煉，生產效率高，投資少，因此，目前沖天爐是最主要的熔煉設備。 1沖天爐的構造 沖天爐是由爐體、火花捕集器、前爐、加料系統和送風系統等五部分組成，如圖1-28所示。圖1-28 沖天爐的構造2沖天爐的熔煉過程 在熔煉金屬時，沖天爐是利用對流原理進行的

20、。熔煉時，熱爐氣自下而上運動，冷爐料自上而下移動。兩股逆向流動的物、氣之間進行著熱量交換和冶金反應，最終將金屬爐料熔化成符合要求的熔融金屬液。1.6.3 澆 注 澆注是指將熔融的金屬液澆入鑄型的操作。澆注工藝不當會引起澆不到、冷隔、砂眼、沖砂和縮孔等缺陷 1澆注系統 澆注系統是指鑄型中開設的引進熔融金屬液的通道。其澆注系統由澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道組成，如圖1-29所示。2澆注前準備工作 準備澆包：澆包是在爐前承接熔融金屬液的容器，目的是將熔融金屬液運到鑄型處進行澆注。 烘干用具：避免因擋砂鉤、澆包等潮濕引起金屬液的飛濺。圖1-29 澆注系統3. 澆注工藝 澆注溫度：應根據合金種類、鑄件

21、大小及形狀確定合理的澆注溫度。 澆注速度：應根據鑄件大小、形狀來確定合理的澆注速度。 擋渣：在澆注前應向澆包內撒些草木灰、干砂或集渣劑，以便將熔池或者 澆包中的熔渣全部清除掉（即擋渣）。 引氣：在澆注前，砂型中會有一些氣體，這時需在砂型出氣孔處用燃燒物引燃，將砂型中的氣體排除。1.7 鑄件的落砂、清理、熱處理和缺陷分析1.7.1 落 砂 從砂型中取出鑄件的過程稱為落砂。落砂時應注意鑄件的溫度。一般來講，鑄件落砂溫度在400500之間，且在保證鑄件質量的前提下盡早落砂。1.7.2 清 理 落砂后的鑄件必須經過清理工序，才能使鑄件外表面達到要求。清理工作主要包括以下幾點：切除澆冒口、清除砂芯、清除

22、粘砂、鑄件的修整。1.7.3 鑄件的熱處理 鑄件在冷卻、凝固過程中，難免會出現組織不均勻、晶粒粗大及熱應力等缺陷，因此有些鑄件在清理后還需要進行熱處理。包括消除應力退火和消除白口退火。1.7.4 鑄件的缺陷分析 由于鑄造工序繁多，鑄件缺陷類型很多，只有了解了缺陷形成機理，采取有效措施防止和消除缺陷，才能獲得合格的鑄件。鑄件的常見缺陷及產生原因如表1-1所示。類別缺陷名稱和特征產生原因空洞類氣孔：鑄件內部出現的空洞?？妆诠饣?，孔內無異物。形狀常為梨形、圓形和橢圓形 砂型緊實度過高 型砂太濕，起模和修模時刷水過多 砂芯未烘干或通氣道堵塞縮孔：鑄件厚壁處出現的形狀極不規(guī)則且孔壁粗糙的孔洞 澆注系統或

23、者冒口位置不正確，補縮不足 澆注溫度過高，金屬液收縮過大砂眼：鑄件內部或者表面帶有砂粒的孔洞 型砂太干、韌性差、易掉砂 局部沒舂緊，型腔、澆口內有散砂 合箱時砂型局部破壞 澆注系統不正確，沖壞砂型表1-1 鑄件的常見缺陷及產生原因1.8 特種鑄造 特種鑄造是指除普通砂型鑄造以外的其他鑄造方法，如金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造和熔模鑄造等。 由于特種鑄造在提高鑄件精度、降低鑄件表面粗糙度、提高勞動生產效率、改善勞動條件和降低鑄件成本等方面有其優(yōu)勢，所以，近年來特種鑄造在我國發(fā)展迅速，方法也日益增多。1.8.1 金屬型鑄造 金屬型鑄造是指把金屬液澆入金屬鑄型而獲得鑄件的方法。金屬型鑄造的優(yōu)點有生產

24、效率高；力學性能好；鑄件的尺寸精度和表面質量好。金屬型鑄造的缺點有金屬型成本高，加工費用大；不宜生產形狀復雜的鑄件；易產生裂紋。表1-1 鑄件的常見缺陷及產生原因類別缺陷名稱和特征產生原因表面缺陷類粘砂：鑄件表面黏附有一層砂粒和金屬的機械混合物，或者粘附著一層砂子、黏土和金屬氧化物相互作用形成的低熔點化合物 砂型舂得太松，型腔表面不緊致 澆注溫度過高，金屬液滲透力大 砂粒粗糙，砂粒間空隙較大夾砂：鑄件表面有局部突起的長條疤痕，其邊緣與鑄件本體分離，并夾雜有一層型砂。多產生在大平板鑄件的上型表面 型砂的熱濕強度較低 表面石英砂受熱膨脹拱起，與高水層分離直至開裂形狀差錯類偏芯：鑄件內腔和局部形狀位

25、置偏差 砂芯變形 下型時放偏 砂芯沒固定好，澆注時產生錯位錯箱：鑄件的一部分與另一部分在分型面處錯開 合箱時上、下型錯位 定位記號錯位或者不準 造型時，上、下模樣錯位表1-1 鑄件的常見缺陷及產生原因類別缺陷名稱和特征產生原因裂紋冷隔類裂紋：鑄件內部或者表面有裂紋 澆注系統開設不當，阻礙鑄件收縮 鑄件設計不合格，薄厚差別大 砂芯（型）退讓性差，阻礙鑄件收縮冷隔：鑄件上有未完全融合的縫隙，邊緣呈圓角 澆注溫度過低 澆注速度過慢 遠離澆口的鑄件壁過薄殘缺類未澆滿：鑄件殘缺，輪廓不完整 澆注溫度過低 澆注速度過慢 未開出氣孔，金屬液的流動受型內氣體阻止1.8.2 壓力鑄造 壓力鑄造是將金屬液在高壓作

26、用下高速充型，并在壓力作用下凝固獲得鑄件的方法。其生產工藝過程如圖1-30所示。壓力鑄造的優(yōu)點：可鑄形狀復雜鑄件；機械性能高；精度和表面質量好；生產效率很高。壓力鑄造的缺點：設備投資大，壓鑄模制造費用較高。圖1-30 臥式冷壓室壓鑄的工藝過程1.8.3 離心鑄造 離心鑄造是將金屬液澆入旋轉的鑄型中，然后在離心力的作用下凝固成形的鑄造方法。鑄型在離心鑄造機上可以繞垂直軸旋轉，也可以圍繞水平軸旋轉，如圖1-31所示。離心鑄造的優(yōu)點：鑄件的機械性能較高；鑄造圓形中空的鑄件可不必用砂芯；提高了金屬液的利用率。離心鑄造的缺點：鑄件的外表面質量較差。圖1-31 離心鑄造工藝過程1.8.4 熔模鑄造 熔模鑄造是用易熔材料（如蠟料）制成模樣（稱蠟模），在模樣上包覆若干層耐火涂料，制成型殼，熔去模樣后，型殼經高溫焙燒去掉雜質后放入砂箱內，填入干砂，然后進行澆注而獲得鑄件的方法，其原理如圖1-32所示。熔模鑄造的優(yōu)點：精度高；可做出形狀復雜、難于加工的鑄件；可以鑄造熔點很高的耐熱合金鑄件。離心鑄造的缺點：工藝過程復雜，生產成本高；不能生產大型鑄件。圖1-