工艺技术_铸造工艺学培训讲义

铸造工艺学 主讲教师 柴知章 铸造工艺装备设计 模样和模板砂箱设计芯盒设计 铸造工艺装备是造型 造芯及合箱过程中所使用的模具和装置的总称 包括模样 模板 模板框 砂箱 砂箱托板 芯盒 烘砂板 器 砂芯修整磨具 组芯及下芯夹具 量具及检验样板 套箱 压铁等 此外 芯盒反烘干器的钻模和修整标准也属于铸造工艺装备 一 模样和模板 模样 1 模样 1 材质的选择1 木模特点 具有轻便 容易加工 来源广 价格低廉的优点 强度低 易吸潮而变形 精度低 寿命短 适用范围 单件 小批生产的各种铸件 木模可做成各种结构形式 如整体模 分开模 刮 车 板 骨架模 以适应不同大小 形状和批量的铸件 材料 制模前木材应经干燥处理 我国常用木种有红松 落叶松 白松 黄松 杉木 柏木 桂木 银杏 柚本等 菱苦土粉在混合料中起胶合剂之作用 卤水为硬化剂 锯末作为填充物 改善脆性及加工性 菱苦土模特点 制作简便 成本低 表面光洁 不吸潮 变形小 易修理 但质量大 抗弯及耐冲击性能较木模差 混合料不能回用 楞角 边缘易损坏 适用范围 单件小批的大中模样 2 菱苦土模 芯盒 菱苦土模样 见图3 6 1 在骨架3 木板条2上层敷菱苦土混合料1 经过修光 硬化而制成的 菱苦土料配比 混合料组成为菱苦土 Mg0 粉 卤水和锯末 以1 1 2 2 4 之体积比混合均匀 在1 3h内用完 3 金属模样特点 表面光洁 尺寸精确 强度高 刚性大 使用寿命长 但难加工 生产周期长 成本高 适用范围 大量 成批生产的各种铸件 材料 铸钢 铸铁 铸造铝合金 铸铜4 塑料模样材料 大多为环氧树脂玻璃钢结构 特点 制造 修理简便 表面光洁 不吸潮 变形小 轻巧耐磨 寿命长 成本为金属模的20 一50 但寻热性差 不能加热 不宜在型砂周转快 砂温高的流水线上应用 硬化剂有毒性 适用范围 多用于成批生产的中小模佯 5 聚苯乙烯泡沫塑料模 消失模 聚苯乙烯泡沫塑料可直接发泡制成模样或板材 造型后不取出模样 直接浇注 模样遇金属液气化烧去 单件生产的中 大模样 一般由泡沫板粘合 加工成需要的形状 大批量的中 小模 一般直接发泡成型 特点 使用泡沫塑料模能简化造型 节约砂芯 铸件尺寸精度高 易实现机械比 自动化生产 但模样只能用一次 春砂时模样易变形 应用范围 多用于不春砂的实型造型法 磁力造型的中 小铸件和单件生产的中 大型铸钢件 2 金属模的结构设汁设计原则 在满足铸造工艺要求的前提下 便于加工制造 一般金属模应尽量采用机床加工 减少钳工量 1 模样本体结构 按有无分模面 整体式 分开式 特点 模样为一整体 无分模面 使用范围 极其简单的铸件 特点 模样分成两半或多半 使用范围 各种铸件 按是否装配 整铸式 装配式 特点 模样与模底板整铸在一起 使用范围 简单的小双面模板 特点 模样平装在模底板上 使用范围 一般模样的模板 平装式 嵌入式 特点 模样嵌装在模底板上表面 使用范围 特殊需要时 选定模样结构后 即可依铸造工艺确定模样的外形 1 平装式结构简单 容易加工 最常用 2 嵌入式在特殊条件下应用 模样部分表面凹入分型面以下 分型面以上模样过薄 加工 固定困难 分型面通过模样圆角 很小的模样 为便于加工 定位和固定等 2 壁厚及加强肋除了薄小模样 小于50mm 50mm或高度低于30mm 以外 都应制成空心结构 平均轮廓尺寸大于I50mm的模样 内部设加强肋 加强肋的形式和模样壁厚选择见图 1 肋的形式 落地肋 直到模样底面上的肋 适用范围 高度低于100mm且长宽尺寸较大的模样 稍高于模样底面的肋 使用范围 中 小模样 其高度小于75mm 距底面5 10mm 拱型肋适用于高模样 注意 高压造型用模样壁厚应比图3 6 3所给的加大50 l00 加强肋应采用落地式肋 依模样大小和使用要求来布置加强肋 肋距150 400mm 厚度为0 8 1 0倍的模样壁厚 2 肋距和肋厚 3 固定和定位孔 1 模样向模底板上固定 可用螺钉或螺栓 螺栓直径 螺栓孔尺寸 0 8 1 0倍模样壁厚尺寸选用 按中等精度配合设计 开设的位置 螺栓孔位置应尽量靠近模样四周 并均匀分布 勿和模板底部的肋条相碰 固定用通孔或螺纹孔 如何固定 2 固定方式 下固定 上固定 固定方式 模样上钻通孔 螺钉穿过模样与模底板固定 模底板上钻通孔 模样上攻螺纹孔的固定方法 优点 便于选择螺孔位置 钻孔和装配方便 缺点 破坏模样的工作表面 紧固后需用塑料或铝等填平模样表面上之螺钉孔坑 优点 模样工作表面不受损害 缺点 螺孔位置要躲开模底板底部之肋条 还要让出搬手空间 安装不甚方便 注意 下固定法用于模样高大且四周没有低矮的突边可利用的条件下 3 固定和定位孔 模样在模底板上 可用螺钉或螺栓固定 用定位销定位 上固定时 下固定时 作用 定位销用于防止模样在使用中位置移动 应开设定位销孔 位置 应选在模样上矮而平的部位 两孔间距尽量远 数量 每块模样上至少设2个 对大模样 至多不超过4个销孔 注意 一般在安装完毕或试生产后 证明模样位置准确后才配钻 配铰销孔 最后订入定位销 3 模样 芯盒 的尺寸标注 标注什么 尺寸 尺寸偏差 粗糙度 分模面平面度 1 尺寸标注 模样 芯盒 的尺寸有两类 与铸件有关的尺寸 非关联尺寸 凡与铸件有关的尺寸 都应把铸件尺寸按铸造收缩率加以放大 按铸造工艺图上的尺寸标注 不加放铸造收缩宰 如何计算 计算式 并精确到0 2mm Lm Lf Ly 1 K Lm 与铸件有关的模样尺寸Lf 零件的尺寸 Ly 铸造工艺尺寸 如加工余量 拔模斜度 工艺补正量等尺寸之和 号用于凸体尺寸 号用于凹体尺寸 K 铸件的铸造收缩率 缩尺 2 尺寸偏差 偏差一般为铸件公差的1 3 1 4 对于大量生产的定型产品 金属模样 芯盒 工作表面尺寸偏差要求见表9 9 金属模分模面平面度要求见表 3 分模面平面度 模样在模底板上的位置偏差规定为 单面模板 0 7mm双面模板 0 5mm 4 模样在模底板上的装配偏差 在保证上 下模样的装配相对位移偏差不大于0 1mm条件下 5 粗糙度 模样工作表面的粗糙度应不低于Ra1 6 分模面上一般为Ra3 2 1 6 定位销孔取Ra1 6 0 8 固定螺钉孔在Ra6 3 3 2 6 浇冒口模的偏差 1 尺寸偏差 内浇道模对有箱造型为 0 3mm 对无箱造型为 0 15mm 其余部位对有箱造型为 0 7mm 对无箱造型为 0 5mm 当浇冒口模被分装在上 下模板上 并要求相应部分重合的条件下 浇冒口模在模底板上的装配偏差要求不大 0 1mm 2 装配偏差 注意 所标注尺寸应便于加工时测量 例如图中的 46 2mm就无法测量 应换算为 39 9mm 标注出下芯头顶部直径 39 9 计算实例 如图所示的零件 材质为灰铁 采用一般机器造型生产 供需双方约定铸件要求的加工余量和铸造公差为 GB6414 CT11 RM1 4 已知 100外圆处的加工余量为1 4 尺寸公差为5 内孔为4 拔模斜度增加量为0 394 芯头间隙为0 5 尺寸收缩率为1 求在模样上 100外圆和 50内圆孔应制成的尺寸 计算实例 如图所示的零件 材质为灰铁 采用一般机器造型生产 供需双方约定铸件要求的加工余量和铸造公差为 GB6414 CT11 RM1 4 已知 100外圆处的加工余量为1 4 尺寸公差为5 内孔为4 拔模斜度增加量为0 394 芯头间隙为0 5 尺寸收缩率为1 求在模样上 100外圆和 50内圆孔应制成的尺寸 解 对 100外圆 100 2 1 4 1 2 5 0 394 1 1 106 75mm 106 8mm对 50对内园孔 50 2 1 4 1 2 4 1 1 0 5 46 15mm 46 2mm 模板 一般模板由模底板 模样 浇注系统模 加热元件 定位元件等组成 在组合快换模板系统中 还包括有模板框及其定位 固定元件 1 对模板的要求 模板尺寸应符合造型机的要求 模底板和砂箱足够的强度 刚度和耐磨性 制作容易 使用方便 各模样之间应有准确的定位 尽量标准化 2 模板种类 3 模底板结构单面模底板的典型结构见图 模底上应有与砂箱定位用的定位销 同造型机连接用的突耳 供运输用的吊轴或手把 顶杆起模用的通道等 翻转式造型机用的模板上还应有固定砂箱用的机构或突耳等 通常模底板外廓和砂箱一致 模底板的高度 壁厚和肋的有关尺寸可参见有关设计手册 例如 Z148B造型机要求 490mm 砂箱高十模底板高 压头体高十浇口杯模高 750mm 造型机工作台到压头体座底面之最小距离为490mm 最大距离为760mm 模底板高度和模板框的高度 还应满足造型机的工艺要求 4 模板和砂箱的定位 1 定位方法 定位方法 直接定位法 间接定位法 定位销 套 直接安装在模底板上 定位销 套 装在模板框上 模板和模板框之间另有定位 缺点 间接定位法多了一次定位误差 防止铸件错位超差的措施 模底板和模板框之间的定位精度要严 定位销孔中心距偏差小于 0 03mm 应用 快换 组合模板多用间接定法 以简化模板结构 使模轻巧 便了更换和储存 采用什么进行定位 2 定位销与销套 2 定位销与销套 2 定位销与销套的配合精度大批大量生产采用K8 d8 成批生产采用H9 d9单件小批生产采用H10 dl0 1 定位销及销套的名义直径依砂箱名义尺寸大小 分别选用 20 25 30 35 40mm等 5 设计模板图的注意事项 1 模样和浇冒口模的位置 尺寸是否符合铸造工艺图的要求 吃砂量 表3 6 5 是否合适 2 上 下模板上的模样布局 方向 尺寸标注等是否一致 能否满足合箱要求 3 根据造型机的具体要求 验算模板高度应低于起模高度等 4 直浇道的位置 合箱后应靠近浇注平台一侧 5 各种螺钉 定位元件位置是否合适 装卸方便否 二 砂箱 设计内容 选择类型和材质确定砂箱尺寸结构设计定位及紧固 1 设计和选用砂箱的基本原则 1 满足铸造工艺要求 如砂箱和模样之间应有足够的吃砂量 箱带不妨碍浇冒口的安放 不严重阻碍铸件的收缩 定位装置的公差配合应保证铸件的尺寸精度等 2 尺寸和结构应符合造型机 起重设备 烘干设备的要求 砂箱的吊轴 吊环 手把和紧固装置要稳定可靠 3 有足够的强度和刚度 使用中保证不断裂或发生过大变形 4 对型砂有足够的粘附力 使用中不掉砂或塌箱 但又要便于落砂 5 经久耐用 制造方便 材料来源广 价格低廉 使用轻便 6 应尽可能标准化 系列化和通用化 2 砂箱类型的选择 1 专用砂箱和通用砂箱专用砂箱 专为某一复杂或重要铸件设计的砂箱 通用砂箱 凡是模样尺寸合适的铸件均可使用的砂箱 多为长方形 2 依制造方法分为整铸式 焊接式和装配式整铸式 用铸铁 铸钢或铸铝合金整体铸造而成的砂箱 应用较广 焊接式 用钢板或特殊轧材焊接成的砂箱 也可用铸钢元件焊接而成 装配式 由铸造的箱壁 箱带等元件 用螺栓组装而成的砂箱 用于单件 成批生产的大砂箱 3 依造型方法及使用条件分为手工造型用砂箱 机器造型用砂箱 高压造型用砂箱 3 砂箱结构设计 砂箱名义尺寸箱壁结构箱带结构砂箱定位搬运 翻箱结构砂箱的紧固 1 砂箱名义尺寸 什么是砂箱的名义尺寸 砂箱名义尺寸 是指分型面上砂箱内框尺寸 长 宽 乘砂箱高度 确定砂箱内框尺寸的依据有哪些 确定砂箱内框尺寸 模样的大小和数量 浇冒口的尺寸和位置 四周留有合适的吃砂量 吃砂量的最小数据见表3 6 5 注意 算出的尺寸应进行标准化和系列化 即将算出的尺寸数字上进到系列尺寸上 箱壁的断面形状及尺寸影响砂箱强度和刚度 要根据砂箱的工作条件 内框大小和材质参照有关资料料决定 2 箱壁结构 普通砂箱常用的断面形状 高压造型砂箱常用的断面形状 焊接砂箱常用的断面形状 设计和选用箱壁形式时 应注意 简易手工造型砂箱 常用较厚的直箱壁 不设内外凸边 制造简单 容易落砂 普通机器造型砂箱 常用向下扩大的倾斜壁 底部设凸边 防止塌箱 保证刚性 便于落砂 箱壁上留出气孔 中箱 箱壁多为直壁 上下都设凸边 大砂箱内应有箱带以防止塌箱 高压造型用砂箱 尽量不加箱带 以便落砂 因受力大 要求砂箱刚度大 小砂箱用单层壁 大砂箱用双层壁 箱壁上不设出气孔 3 箱带 箱档 结构 箱带有什么作用 增加型砂对砂箱的附着面积和附着力 提高砂型总体强度和刚性 提高砂型总体强度和刚性 保证铸型在吊运 翻箱 合箱和浇注过程中不掉砂和不塌箱 延长砂箱的使用期限 箱带的布置 箱带的断面形状 布置特点 手工造型500 400mm以下的砂箱可不设箱带 长度大而宽度小于500mm的长砂箱 可只做出横向箱带 其间距一般取120 600mm 当砂箱宽度大于600mm时 既要设横箱带 又要设纵箱带 普通机器造型的下砂箱可不设箱带 箱带断面尺寸 箱带厚度一般取箱壁厚度的75 100 箱带与箱壁连接处应圆滑过渡 箱带高度为0 25 0 3倍的砂箱高度 应留有合适的吃砂量 箱带与模样之间 箱带与浇冒口关系 箱带布置不应妨碍浇冒口的布局和铸件的收缩 箱带至浇口 冒口杯模的距离大于30 40mm 4 砂箱定位 造型合箱时 砂箱与模板 砂箱与砂箱要严格定位 定位方法 泥号 定位销 止口 箱垛 楔榫 定位销套定位 定位箱耳 定位套 合箱销 套装在箱壁的定位箱耳 5 搬运 翻箱结构 箱把 吊轴 吊环 手把用于小型砂箱 吊轴广泛用于各种中大砂箱 吊环主要用于重型砂型 为防止胀箱 跑火等缺陷 上下箱间应紧固 6 砂箱的紧固 生产方式不同 紧固方式也有以下几种 对于铝 镁合金铸造或平均轮廓尺寸大于2500mm以上的重大砂箱 靠上箱自重或者压铁紧固 单件 小批生产 手工造型中 大砂箱常用螺栓或螺栓卡具紧固 成批生产机器造型 砂箱平均尺寸小于1500mm的中小砂箱 通常用楔形卡子紧固 大量生产流水线上用脱箱造型时 为简化锁紧操作 常用自动成型压铁压紧 三 芯盒 设计步骤确定类型 材质 选取分盒面芯盒结构设计工作尺寸计算 1 芯盒的类型和材质 1 芯盒的类型 1 依制芯方法分 普通芯盒 壳芯盒 热芯盒 冷芯盒 2 依分盒面和内腔的结构 脱落式 拆开式 整体式 图7普通金属芯盒的结构a 单面敞开式b 单面脱落式c 垂直对开式出 d 有开口的水平对开式e 无开口的水平对开式 优点 芯盒轻巧 易加工 表面光洁 不生锈 应用较普遍 缺点 强度 硬度低 不耐磨 在经常受摩擦的表面上镶装耐磨钢片 可延长铝芯盒的使用寿命 2 芯盒的材质 1 中小芯盒 材料 常用ZLlO1 ZL102 ZLl04和码ZL201等铝合金铸造 2 大型芯盒 材料 多用HTl50 HT200铸铁制造 优点 芯盒强度 硬度高 耐磨 价格便宜 缺点 沉重易锈 3 镶块和活块 材料 铜合金及钢材 满足高耐磨性的要求 2 芯盒的结构设计 图8传动箱体芯盒l 8一上 下芯主体2 3 15 17一防磨片4 5 6 7 11一定位 夹紧元件9 10 12一通气装置13 14一镶块 1 壁厚及加强肋 壁厚大小及加强肋的布置应根据芯盒大小和材料选定 中 小芯盒的壁厚都在10mm左右 1 壁厚 2 加强肋 作用 为了提高芯盒强度和刚度 防止芯盒变形 位置 在芯盒外壁上 尺寸 厚度取盒壁厚度的80 100 高度一般在15mm以内 形状 带斜度 一般根部取100 下部取80 2 芯盒边缘及耐磨片 1 芯盒边缘 要求 加厚加宽 作用 增加芯盒刚度 2 耐磨片 作用 防止芯盒磨损 位置 填砂面和刮砂面的边缘上 材料 30钢 固定方式 用沉头螺钉固定 3 活块 镶块 1 活块 位置 妨碍砂芯取出的部分应制成 活块同芯盒本体之间定位 用定位销 榫及燕尾槽 2 镶块 作用 为加工方便 加工方式 分开加工 形状与位置 盒体中的圆柱体 圆锥体 平面方体以及妨碍盒体进行机加工的局部结构 与本体安装关系