金属工艺学砂型铸造学校报告

砂型铸造学习报告 张 璐 矿业工程系 机械设计制造及其自动化 1203 班 20121804342 铸造简介 定义 是将液态金属在重力或外力作用下填充到型腔中 待其冷却凝固后 获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法 优点 1 适应性广 工艺灵活性大 材料 大小 形状几乎不受限制 2 最适合制造形状复杂的箱体 机架 阀体 泵体 缸体等 3 成本较低 铸件与最终零件的形状相似 尺寸相近 主要缺点有 铸件组织疏松 晶粒粗大 内部常有缩孔 缩松 气孔等缺 产生 导致铸件力学性能 特别是冲击性能较低 铸造从造型方法分 可分为砂型铸造和特种铸造两大类 目前最常用和最 基本的造型方法是砂型铸造 砂型铸造 定义 将液态金属用砂型紧实成的铸型中 待其冷却后 将铸型破坏 取 出铸件的铸造方法称为铸造 砂型铸造是传统的铸造方法 它适用于各种形状 大小及各种常有合金铸件的生产 一 主要工艺包括 制造模样 制备造型材料 造型 制芯 合型 熔炼 浇注 落砂 清理与检验等 一 砂型 铸型 用型砂 金属或其他耐火材料制成 包括形成铸件形状的空腔 型 心和浇冒口系统的组成整体 砂型 用型砂制成的铸型 砂型的制作是砂型铸 造工艺过程的主要工序 二 造型材料 型砂用的是粘土砂 成分包括原砂 石英质硅砂 粘土 膨润土 普通粘 土 水 附加物 煤粉 木屑等 砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组 合而成 为了提高铸件的表面质量 常在砂型和型芯表面刷一层涂料 涂料的 主要成分是耐火度高 高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂 另外还加有便 于施涂的载体 水或其他溶剂 和各种附加物 砂型铸造中所用的外砂型按型 砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型 粘土干砂和化学硬 化砂型 3 种 粘土湿砂型 以粘土和适量的水为型砂的主要粘结剂 制成砂型后直接在 湿态下合型和浇注 型 芯 砂的性能要求 1 可塑性 型砂在外力作用下成形 外力消除后仍能保持其形状的性能 2 强 度 抵抗外力破坏的能力 3 耐火性 型砂在高温熔融金属的作用下不软化 不熔融烧结及不粘附在 铸件表面的性能 4 透气性 5 退让性 铸件冷却收缩时 砂型与型芯的体积可以被压缩的性能 三 模样和芯盒 1 模样 由木材 金属或其他材料制成 用来形成铸型型腔的工艺装备 模 样是按照根据零件图样要求绘制的铸造工艺图样制造的 2 芯盒 制造型芯或其他类耐火材料芯所用的装备 铸造工艺参数是指铸造工艺设计时 需要确定的某些工艺数据 这些工艺 数据一般与模样和芯盒有关 同时也与造型 造芯 下芯及合型的工艺过程有 关 选择不当会影响铸件的精度 生产率和成本 按工艺图制作时要注意点以下几点 1 加工余量 指为了保证逐渐加工面尺寸和两件精度 在铸件工艺设计 时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度 加工量过大 会浪费金属和加 工工时 过小则达不到加工要求 影响产品质量 加工余量取决于铸件生产批 量 合金的种类 铸件的大小 加工面与基准面之间的距离及加工面在浇注时 的位置等 采用机器造型 铸件精度高 余量可减小 手工造型误差大 余量 应加大 铸钢件因收缩大 表面粗糙 余量应加大 非铁合金铸件价格昂贵 且表面光洁 余量应比铸铁小 铸件的尺寸愈大或加工面与基准面之间的 距离越大 尺寸误差也越大 故余量也应随之加大 浇注时铸件朝上的表面因 产生缺陷的概率较大 其余量应比底面和侧面大 其大小根据铸件尺寸公差和 加工余量等级来确定 一般小型铸件的加工余量为 2 6mm 2 收缩余量 指为了补偿铸件收缩 模样比铸件图样增大的数值 铸造 收缩率 K 表达式为 K L 模 L 件 L 件 100 L 模 模样或芯盒工作面的尺寸 mm L 件 铸件的尺寸 mm 3 起模斜度 指为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱落 在铸 造工艺上加工余量直接表示出来 而不加工表面上的斜度 结构斜度 仅需文 字注明即可 模样越高 斜度取值越小 内壁斜度比外壁斜度大 手工造型比 机器造型的斜度大 平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度 一般为 0 5 3 4 为保证型芯在铸型中定位 固定和排气 在模样和型芯上都要设计出 型芯头 型芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类 四 造型 造型是指用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程 造型是砂型铸造最基 本的工序 通常分为手工造型和机器造型两大类 造型方法的选择是否合理 对铸件质量和成本有着很大影响 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工具 手工造型的特点是操 作方便灵活 适应性强 模样生产准备时间短 但生产效率低 劳动强度大 铸件质量不敢保证 只适用于单件或小批量生产 各种常用手工造型的方法的特点及适用范围如下 按砂箱特征区分 两箱造型 主要特点 造型由上型和下型组成 造型 起模 修模等操作比较方便 是造型最基本的方法 适用于各种生产批量 各 种大 中 小铸件 三箱造型 主要特点 铸型由上中下三部分组成 中型的 高度须与铸件两个分型面的间距相适应 三箱造型费工 应尽量避免适用 主 要用于单件 小批量生产具有两个分型面的铸件 地坑造型 主要特点 在车 间地坑内造型 用地坑代替下砂箱 只要一个上砂箱 可减少砂箱的投资 但 造型费工 而且要求操作者的技术水平较高 按模样特征分为整模造型 挖砂 造型 假箱造型 分模造型 活块造型和刮板造型 型砂和芯砂是用来制造砂型和型芯的主要材料 其质量对铸造生产过程及 铸件质量有很大影响 据统计 铸件废品中约有 50 以上与其有关 因此 合 理合理选用和配制型砂和芯砂很重要 型砂分为粘土砂 水玻璃砂 油砂 树 脂砂 砂型是由上砂型 下砂型 型腔 形成铸件形状的空腔 砂芯 浇注系统 和砂箱组成 五 制芯 制造型芯的过程 是为了获得铸件的内孔或局部外形 用芯 砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元 在实习中练习的是较简单的 零件 并没制作芯 六 浇注系统和冒口 浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道 通常由浇口 杯 直浇道 横浇道和内浇道组成 其作用 保证熔融的金属平稳 均匀 连 续地充满型腔 阻止熔渣 气体和砂粒随熔融金属进入型腔 控制逐渐冷凝收 缩时所需补充的金属溶液 补缩 冒口是在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔 除补缩外 冒口有时 还起排气和集渣的作用 一般设在铸件最高处或最厚处 在金工实习中用的是两箱造型 分为大小两种 大的约 40 厘米见方 7 8 公分高 小的约 25 厘米见方 6 7 厘米高 都是 5 毫米厚 且用来练习 的砂箱为铝合金的 只有准备用来最后做成零件的砂箱才是铁质的 分量上着 实差了不少 由于刚开始没弄明白起模斜度的作用 导致造型练习中好几次起 模不成功 不是模具直接摆反了 就是没有垂直向上提将周围的形状磕掉了几 块 假设作为是正式做零件的话 这个就白做了 即使是最后注进铁水 冷却 成了型也会造成很大的加工余量 不合算 所以摆正模具 充分利用起模斜度 还是很重要的 二 铸造工艺设计 铸造工艺图包括铸件的浇注位置 铸型分型面 铸造工艺参数 支座的零 件图 铸造工艺图及合型图 1 铸型分型面的选择 1 为便于起模 分型面应尽量选择最大界面处 并力求采用平直面 2 应尽量使铸型只有一个分型面 以便采用工艺简便的两箱造型 多一个分型面 铸型就增加一些误差 使铸件的精度降低 有时可用型芯来减少型芯来降低分 型面 3 尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱内 并使铸件的重要加工面 工 作面 加工基准面及主要型芯位于下型内 这样便于型芯的安放和检验 还可 以使上型的高度降低 便于合箱 并可保证铸件的尺寸精度 防治错箱 4 铸 件的非加工面上 应尽量避免有披缝 分型面的上述原则 对于某个具体的铸 件来说难以全部满足 有时甚至相互矛盾 因此必须抓住主要矛盾 全面考虑 至于次要矛盾 应从工艺措施上设法解决 2 铸件浇注位置的选择 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的空间位置 铸件浇注时的 位置 对铸件质量 造型方法 砂箱尺寸 机械加工余量等都有很大的影响 在选择浇注位置时应以保证铸件质量为主 一般注意一下几个原则 1 铸件的 重要加工面应处于型腔底或处于侧面 因为浇注时气体 夹杂物易漂浮在金属 液上面 下面的金属质量纯净 组织致密 如起重机卷扬筒的浇注位置方案 采用立体式浇注 由于全部圆周表面均处于侧立位置 其质量均匀一致 轻易 获得合格的铸件 2 铸件的大平面应朝下 由于在浇注过程中金属液对型腔上 表面有强烈的热辐射 铸型因急剧热膨胀和强度下降易拱起开裂 从而形成砂 缺陷 如实习中圆盘状模具有突出的一面刚开始放置时应朝向垫板 这样当把 这个做好的沙箱反过来到取模步骤时 有多个台阶的就向砂 取模相对好取 减少对砂箱的破坏 3 面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾 斜位置 这样有利于金属的填充 可以有效防止铸件产生浇不足或冷隔等缺陷 如箱盖的合理浇注位置 他将铸件的大面积薄壁部分防止铸型下面 使其在较 高的金属液压下充满铸型 4 对于容易产生缩孔的铸件 应将大部分放在分型 面附近个上部或侧面 以便铸件厚壁处直接安置冒口 使之实现自下而上的定 向凝固 如上述的铸钢卷扬筒 浇注后端放在上部是合理的 反之 若后端在 下部 则难以补缩 3 工艺参数的确定 前文已经描述了 4 铸造工艺图的绘制 为了获得健全的合格铸件 减少铸型制造的工作量 监督铸件成本 在砂 型铸造的生产准备过程中 必须合理制定出铸造工艺方案 并绘制出铸造工艺 图 铸造工艺图时根据零件的结构特点 技术要求 生产批量以及实际生产条 件 在零件图中用各种工艺符号 文字和颜色 表示出铸造工艺方案的图形 其中包括铸件的浇注位置 铸型分型面 型芯的数量 形状 固定方法及下芯 次序 加工余量 其模斜度 收缩率 浇注系统 冒口 冷铁的尺寸和布置等 5 铸造工艺设计的一般程序 铸造工艺设计就是在生产铸件之前 编制出控制该铸件生产工艺的技术文 件 铸造工艺设计主要是画铸造工艺图 铸型装配图和编写工艺卡片灯 他们 是生产的指导性文件 也是生产准备 管理和铸件验收的依据 铸造工艺设计 的好坏对铸件的质量 生产成本起着决定性作用 一般大量生产的定型产品 特殊重要的单件生产的铸件 铸造工艺设计制 定的细致 内容涉及较多 单件 小批量生产的一般性产品 铸造生产工艺内 容可以简化 在最简单的情况下 只需绘制一张铸造工艺图即可 三 铸造缺陷 1 铸造应力 变形 裂纹 铸造应力随着温度的下降 铸件会产生固态收缩 有些合金甚至还会因发 生固态相变而引起收缩或膨 这些收缩或膨胀若受到阻碍或因受到铸件各部分 互相牵制 都将在铸件内部产生应力 1 按铸造应力产生的原因分为热应力 机械应力和相变应力三种 他们是铸 件产生变形和裂纹的根本原因 减小应力的措施 在铸造工艺上采取同时凝固原则 是减少和消除铸造应 力的重要工艺措施 同时凝固是指采取一些工艺措施 尽量减小铸件各部位间 的温度差 使铸件各部分同时冷却凝固 同时凝固的铸件中心易出现缩松 影 响铸件致密性 所以 同时凝固主要用于收缩较小的一般灰铸铁和球墨铁件 壁厚均匀的薄壁铸件 以及气密性要求不高的铸件等 2 铸件的变形 具有残余应力的铸件 其状态处于不稳定状态 将自发 地进行变形以减少内应力趋于稳定状态 显然 只有原来受拉伸部分产生压缩 变形 受压缩部分产生拉伸变形 才能使铸件中的残余应力减少或消除 铸件 变形的结果将导致铸件发生扭曲 采用反变形处理 在统计铸件变形规律的基础上 在模样上预先做出相当 于铸件变形量的反变形量 以抵消铸件的变形 进行时效处理 自然时效 将 铸件置于露天半年以上 使其缓慢发生变形 从而消除内应力 人工时效是将 铸件加热到 550 650 摄氏度取应力退火 3 铸件的裂纹 铸造内应力超过金属材料的抗拉强度时产生 分为热裂和 冷裂 防止前面的 使铸件结构合理