铸造与模样ppt课件

欢迎同学们来铸造实习,1,铸造艺术产品,2,一、铸造生产工艺过程及特点,二、造型材料,三、砂型铸造,五、砂型铸造工艺设计及模样,六、工艺品制作,九、铸件缺陷分析,四、特种铸造,八、浇注、落砂清理及铸件检验,七、金属熔炼,主要内容,3,铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，,陶瓷型铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。,如低压铸造、连续铸造、,由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。,4,5,6,铸造是历史上最悠久的一种工艺，在我国已有6000多年历史了。从殷商时期就有灿烂的青铜器铸造技术。河南安阳出土的殷朝祭器司母戊鼎，重达700多公斤，长、高都超过1m（见右图），四周饰有精美的蟠龙纹及饕餮(古代传说中的一种凶恶的野兽)。,7,北京明朝永乐青铜大钟，距今已有500多年的历史。重46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内外遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2min以上，传距20km。永乐青铜大钟外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此之高，说明我们的祖先早已具备精湛的冶炼和铸造技术。,8,古代工艺品,铸造铜马车,9,半个多世纪以来，孙中山铜像经历了战火和政治动乱，仍然完好无损，生动传神。看到这尊铜像，就会唤起人们对孙中山先生的缅怀和崇敬。,现代伟人塑像,10,合肥工业大学工业培训中心,中华人民共和国的缔造者毛泽东,（18931976）,现代伟人塑像,11,余杭青莲禅寺释迦牟尼佛（高8.6米）GreatBuddha-SakyamuniatQinglianBuddhistTemple,Yuhang(Height:8.6M),佛像,12,现代工艺品,紫荆花,13,现代工艺品,14,15,机械零件,破碎机偏心轴套,铸件,16,精密铸钢件,17,铸造生产流水线,18,（一）铸造生产在机械制造工业中的地位和作用,定义：铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属液浇入铸型，冷却凝固后获得一定形状与性能的金属物件的成形方法。采用铸造方法获得的物件称为铸件。,一、铸造生产工艺过程及特点,19,铸造生产在机械制造业中占有十分重要的地位。大部分机器零件的毛坯是通过铸造方法来获得的,车床,铣床,刨床,磨床,是其它加工制造方法无法替代的成形方法。,（如车床、,铣床、,刨床,和磨床等），,20,铸造按生产方式不同，可分为砂型铸造和特种铸造。用砂型铸造生产铸件的方法，目前约占铸件总产量的80%以上。其生产过程的工艺流程如图所示：,（一）砂型铸造生产过程简介,型砂配制,芯砂配制,工装准备,金属熔炼,落砂清理,造型,造芯,合型,浇注,烘型,烘芯,检验,21,（1）砂型铸造生产的优点,1、适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）。,（二）铸造生产的特点：,22,2、最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等。,23,3、成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近）,铸件,零件,24,（2）铸造生产的缺点,1.组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能差，特别是冲击性能较低。,气孔,缩孔,25,2.铸件局部形状和尺寸产生位置偏移及形状不完整，导致铸件无法通过机械加工或直接造成报废。,错型,浇不到,偏芯,26,3.铸件表面粗糙，表面粘附着一层难以清除的砂粒。铸件表面有一层突起的金属片状物，在金属片和铸件之间夹有一层型砂。,粘砂,27,定义：,用来制造铸型和型芯的材料,造型材料在铸造生产中占有重要的地位，其质量的优劣直接影响铸件的质量、生产效率和成本。铸造生产中使用的铸型除砂型之外,还有金属型、陶瓷型、石膏型、石墨型等。,（一）造型材料简介,二、造型材料,28,（二）型（芯）砂的组成,型砂的组成,型（芯）砂是由原砂、旧砂（回用砂）、粘结剂、附加物和水组成的。经混制后，符合造型要求的混合料。,29,1.原砂,原砂是型（芯）砂的主体。最常用的是二氧化硅含量较高的硅砂。还有一些不常用的特种砂(如锆砂、镁砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、钛铁矿砂、刚玉砂等。,2.粘结材料,用来粘结砂粒的材料称为粘结剂。常用的有粘土、水玻璃、油类粘结剂、合成树脂粘结剂等。目前使用最普遍的是粘土，粘土分为铸造用粘土和铸造用膨润土。,3.辅助材料,所谓辅助材料是指制造砂型（芯）过程中所用各种材料中除原砂、粘结剂（如粘土、树脂、水玻璃等）、水之外的材料。常用的辅助材料有煤粉、锯屑、石墨粉、滑石粉、重油和脱模剂等。,30,生产中为了获得优质的铸件和良好的技术经济效果，要求型（芯）砂应具备以下一些性能：,（1）足够的强度：包括常温湿强度、干强度和硬度。,（2）一定的透气性：较小的吸湿性，较低的发气量。,（3）较高的耐火度：较高的耐火度，较好的热化学稳定性，较小的膨胀率与收缩率。,（4）较好的退让性、溃散性和耐用性。,（5）良好的成形性：包括很好的流动性、可塑性、韧性和不粘模性。,（三）型（芯）砂的性能,31,（1）按粘结剂的不同可分为、粘土砂、水玻璃砂和树脂砂等。,1.粘土砂,（四）型（芯）砂的分类,2.水玻璃砂,3.树脂砂,32,（2）粘土砂的混制设备与过程,1.粘土砂的混制设备,1）碾轮式混砂机,33,2）移动式松砂机,34,2.粘土砂的混制过程,先加入新砂、旧砂（回用砂）和附加物干混23分钟，再加入水湿混610分钟，性能符合要求后即从出砂口出砂，混制好的型砂应放置23小时，使粘土膜内的水份均匀，以提高粘土的湿强度和透气性，使用前用松砂机将砂松散，使之松散好用。,35,1、仪器设备检测法,使用相应的仪器设备分别检测型（芯）砂的湿强度、含水率及透气性能等。,XQYII型（智能型）型砂强度试验机,指针直读式型砂透气测定仪,砂型表面硬度计,（五）粘土砂的检测方法,36,2、手感经验检测法,第一步：检验型（芯）砂的含水率。,一、型砂湿度适当时，可用手捏成砂团,37,第二步：检验型（芯）砂的性能；,二、手放开后，可看出清晰的手纹,38,第三步：检验型（芯）砂的强度。,三、折断时断面无碎裂状，同时有足够的强度,39,（一）砂型铸造简介,砂型铸造是最常用的造型方法，砂型铸造按造型方法的不同可分为手工造型和机器造型两大类。,三、砂型铸造,40,41,42,砂型铸造生产工艺流程图：,从上图可以看出砂型铸造生产过程比较复杂，在任何一道工序中，如操作不当，最终都会导致铸件不合格，甚至于报废。,43,（二）手工造型,1、整模造型,2、分模造型,3、挖砂造型,5、活块造型,7、三箱造型,8、地坑造型,6、刮板造型,手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按模样结构和起模特点可分为：,4、挖砂造型,44,A造型（芯）前的准备工作,（1）造型工装准备,造型工装主要包括：模样（芯盒）、造型平板、砂箱、型芯骨、定位销等。,分模模样,整模模样,各种形式的芯骨,定位销棒,45,（2）造型工具准备,造型工具包括：砂铲、砂舂、平锤、刮砂板、通气针、起模针或起模螺钉和掸笔等。,起模针,通气针,砂舂,砂铲,46,修型工具包括：墁刀（刮刀）、提钩（砂钩）、半圆（竹爿梗）、秋叶（双头压勺）、法兰梗、圆头等。,手风器（皮老虎）,（3）修型工具准备,墁刀（刮刀）,秋叶（双头压勺）,提钩（砂钩）,竹排梗（半圆）,法兰梗,47,（4）检查模样,检查模样有无损坏及模样表面是否清洁等。,整体小支架模样,48,（5）考虑造型步骤,考虑好造型步骤后，将模样安放在清洁的造型平板上的适当位置，安放砂箱，使模样和所需要开设的浇注系统与砂箱内壁之间有合适的距离（称为吃砂量），小件应大于3040mm，注意起模方向，不要放错位置。,49,B、手工造型基本操作工艺流程,50,1、整模造型,主要特点：模样是整体的，大多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用范围：适用于一端为最大截面，且为平面的铸件。,C、常用的手工造型方法,51,（1）分模造型的特点,零件截面不是由大到小逐渐递减的，将模样从最大截面处分开，并用销钉定位，这种模样称为分模。用此模样进行造型称为分模造型，造型时，型腔分别位于上、下两个半型内。造型简单，节省工时。,套筒分模模样,各种形式的芯骨,芯盒,2、分模造型,52,（2）适用范围,常用于最大截面在中部且形状复杂的铸件，如套筒、三通管和阀体等。下面简介分模造型过程（以异口径套管为例）：,四通管子,阀门,53,（3）型芯的形式,水平型芯,垂直型芯,悬臂型芯,悬吊型芯,引伸型芯,外型芯,54,型芯名称、特点及适用场合,型芯的形状,型芯名称,型芯特点,适用场合,垂直型芯,水平型芯,垂直放置,水平放置,适用于回转体、箱体、管子类零件,适用于箱体、套管类零件。,悬臂型芯,水平悬臂放置,适用于箱体、缸体零件侧面壁上的盲孔。,外型芯,垂直侧面放置,适用于零件侧壁上有妨碍起模的凸台或沟槽，也可用于组芯造型。,盖板型芯,垂直悬吊放置,适用于中大型铸件，方便型芯落入型腔，同时便于测量铸件壁厚。,55,型芯按形成铸件部位的不同具有如下几点作用：1、主要用来形成铸件的内腔形状；2、形成铸件的局部外形；3、加强铸型的局部强度，4、也可用于组芯造型。,（4）型芯的作用,56,3、挖砂造型,（1）挖砂造型简介,有些铸件按结构形状及造型方法和起模习惯的要求，通常情况下需要采用分模造型，但从对模样强度和刚度的要求来考虑，又不允许将模样分开，因此，模样仍做成整体模，为了便于模样从砂型中顺利地取出，下砂型在放入模样填充型砂紧实后，需将妨碍起模的那部分型砂挖掉，并确定正好挖到了模样的最大截面处，然后撒分型砂，再造上砂型，这种称为挖砂造型。,57,（2）挖砂造型的工艺过程,由于手轮的力学性能要求不高,所以手轮的浇注系统采用本身浇口(最简单的顶注式浇注系统)，无需开挖横浇道和内浇道，直浇道直接放在铸件上，这种浇注系统的特点是开设方便，节约金属液，补缩效果好，不足之处是挡渣效果差，金属液进入型腔不平稳，易飞溅、易冲砂等。,58,铸型的分型面是斜面、曲面或高低变化的阶梯形状。挖砂造型对操作者的技术要求较高，生产率较低，只适用于形状较复杂铸件的单件生产。,（3）挖砂造型的特点：,手轮模样结构图,59,4、假箱造型,假箱造型是利用预制的假箱或成形底板来代替挖砂造型中所挖去的型砂。,定义：,60,61,（1）活块造型概述,有些铸件按结构形状及造型方法和起模习惯的要求，通常是采用整模造型，但模样上有妨碍起模的凸台或沟槽时，因此，将模样上妨碍起模那部分做成可拆卸的活动块称为活块。活块用销钉或燕尾梢与模样主体相连接，取模时应先取出模样的主体，然后再从侧面小心地取出活块，这种造型方法称为活块造型。当活块部分大于模样主体的局部位置厚度时，活块部分难以从铸型中顺利地取出，这时必须采用型芯替代活块来形成凸台。成批生产时，为了提高生产效率，也可用外型芯取代活块。,5、活块造型,62,（2）活块造型的工艺过程用销钉连接的活块，造型时在活块固定后，不要忘记拔出销钉，采用燕尾梢连接的活块应活动自如，否则模样主体与活块部分还是无法分别取出。活块周围的型砂应用手按紧，销钉拔出后，舂砂要小心翼翼进行，不要舂到活块模样上，以免活块移动。,（3）活块造型的特点活块造型优点是可以减少分型面的数目和不必要的挖砂。活块造型的缺点是操作复杂，生产效率低，操作不当会造成活块移动错位。活块的梢榫易磨损，从而降低了铸件的尺寸精度，因此，活块造型只适宜单件小批量生产。生产中应尽量避免使用活块以减少操作的难度。,63,活块模样结构图,（3）活块造型的特点活块造型优点是可以减少分型面的数目和不必要的挖砂。活块造型的缺点是操作复杂，生产效率低，操作不当会造成活块移动错位。活块的梢榫易磨损，从而降低了铸件的尺寸精度，因此，活块造型只适宜单件小批量生产。生产中应尽量避免使用活块以减少操作的难度。,64,65,6、刮板造型,采用特制的刮板模样进行造型的方法称为刮板造型。,定义：,根据零件的形状制作出相适应刮板的，造型时在砂型型腔（或砂芯）的表面作旋转、直线或曲线运动。刮板造型可节省制模材料和工时，但对造型工人的技术要求较高，生产效率低，只适用于单件小批量生产。,特点：,66,不同类型的刮板模样结构图,轴向旋转运动刮板,导向直线或曲线运动刮板,67,68,7、三箱造型,有些铸件结构形状比较复杂且两端的截面又大于中间部分,为了便于取模,往往需要开设两个分型面,相应的就需要三个砂箱方可进行造型,这种造型方法称为三箱造型。,采用三箱造型方法操作复杂，生产率低，且要求中砂箱的高度应与中型的模样高度基本相当。,（1）三箱造型概述,69,（2）三箱造型的工艺过程,三箱造型过程：通常是先造下砂型，再造中砂型，最后造上砂型。三箱造型中箱高度的选择应与中箱内的模样高度相一致，否则就需要采用挖砂才能把分型面露出来，不同铸件的三箱造型顺序可根据模样结构形状来定，何种顺序有利、方便，就采用何种顺序进行造型。,70,三箱造型采用的是阶梯式浇注系统。特点是：开始浇注时，金属液几乎全部由底层内浇道进入型腔，随着型腔中液面的升高，最后金属液由上层内浇道进入型腔。这种浇注系统综合了顶注式和底注式两种浇注系统的优点，所以充型比较平稳，减小金属液对铸型的冲刷力，采用反向切线内浇道又避免了金属液直接对型芯的冲击，型腔上部金属液温度较高，有利于铸件的顺序凝固和补缩，内浇道比较分散，避免了铸型局部过热，便于杂质和气体的排出，阶梯式浇注系统广泛应用于高大、复杂、大型及重型铸件的生产中。,（3）三箱造型的特点,71,皮带轮模样结构图,三箱造型,72,73,四、特种铸造,为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。,74,1、金属型铸造定义：将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以反复使用几百次到几千次。,特点：（1）尺寸精度高（IT12IT16）、表面粗糙度小（Ra12.56.3m），机械加工余量小。,（2）铸件的晶粒较细，力学性能好。,（3）可实现一型多铸，提高了劳动生产率，且节约造型材料。但金属型的制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。,75,76,定义：,特点：,（1）压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT11IT13，表面粗糙度Ra值为6.31.6m，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。,（2）可以压铸壁薄、形状复杂以及具有很小孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8mm，最小铸出孔径可达0.8mm、最小可铸螺距达0.75mm。还能压铸镶嵌件。,在高压下快速将熔融金属压入金属型中，并在压力下凝固以获得铸件地方法。,2、压力铸造,77,（3）压铸件的强度和表面硬度较高。压力下结晶，加上冷却速度快，铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%40%。（4）生产率高，可实现半自动化及自动化生产。不足：气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。,78,定义：用易熔材料（如蜡料）制成模样；在模样上包裹若干耐火材料，制成型壳，然后加热使模样融化流出后经高温焙烧成为壳型，采用这种壳型浇注，金属冷凝后敲掉型壳获得铸件地方法。特点：（1）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，其尺寸精度可达IT11IT14，表面粗糙度为Ra12.51.6m。如熔模铸造的涡轮发动机叶片，铸件精度已达到无加工余量的要求。（2）可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。,3、熔模铸造（失蜡铸造）,79,（3）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性。（4）生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产。缺点：工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg以下。,80,定义：离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。特点：（1）液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。（2）由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属充填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。,4、离心铸造,81,（3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的几率较小。（4）无浇注系统和冒口，节约金属。,82,五、砂型铸造工艺设计及模样,为了获得健全的合格铸件，减小铸型制造的工作量，降低铸件成本，在砂型铸造的生产准备过程中，必须合理地制订出铸造工艺方案，并绘制出铸造工艺图。铸造工艺设计包括：选择分型面，确定浇注位置、主要工艺参数、型芯和芯头结构等。,83,1、什么是模样（芯盒）定义：用木材、金属或其它材料制成的，用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样（芯盒）。,2、模样（芯盒）在铸造生产中的应用,（一）概述,（二）模样材料及其优缺点和适用范围,1、按模样制作材料的不同可分为：,（1）木模；（2）金属模；（3）塑料模；（4）蜡模等.,2、各类模样的优缺点及适用范围,（三）模样种类和确定模样类型的原则,1、按模样结构形式和造型方法的不同可分为三大类、十二种形式。,2、确定模样类型的原则：,84,整体模,1）实型类,85,二片分模,86,三片分模,87,活块模,88,车板模,2）经济结构类,89,刮板模,90,部分模,骨架模,91,3)大量生产类,挑担模,92,型板模,93,漏模,94,劈模,95,（四）铸造工艺设计及铸造工艺图的绘制方法与过程,铸造工艺设计主要包括选择分型面,确定浇注位置、主要工艺参数、型芯和芯头结构等。在铸造工艺方案初步确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、起模斜度、收缩率、型芯头尺寸等具体参数。,工艺设计步骤:,1.分型分模面、浇注位置2.铸件线收缩率3.机械加工余量,4.起模斜度5.铸造圆角6.型芯、型芯头（座）,96,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等铸造缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,上,下,+4,+6,+5,+4,+6,+3,型芯通气孔,下型芯头,上型芯头,#,#,#,1.铸件线收缩率1%，,2.起模斜度115。,轴套零件的铸造工艺设计步骤与过程,1、分型分模面、浇注位置,2、铸件线收缩率,3、机械加工余量,4、起模斜度,5、铸造圆角,6、型芯、型芯头（座）,下型芯头斜度510,下型芯头间隙0.51.5mm,集砂槽,上型芯头斜度615,上型芯头间隙0.52mm,间隙2mm,97,选择浇注位置,定义：浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的空间位置。浇注位置的选择原则如下：,（1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。,图1车床床身的浇注位置,上,下,中,中,图示为车床床身铸件的浇注位置方案。由于床身导轨面是重要表面，此表面不允许有任何铸造缺陷，而且要求组织致密，因此应将导轨面朝下浇注。,目的是为了保证铸件质量，防止产生铸造缺陷。,98,上,下,中,中,图2起重机卷扬筒,图为起重机卷扬筒的浇注位置方案。采用立式浇注，由于全部圆周表面均处于侧立位置，其质量均匀一致、较易获得合格铸件。,99,（2）铸件的薄壁部分在浇注时应置于铸型下部，使其处于垂直或倾斜位置，可以有效防止铸件浇不到或产生冷隔等缺陷。下图为油盘铸件的合理浇注位置。,图3薄壁件的浇注位置,上,下,100,（3）设置冒口，使之实现自下而上的定向凝固。如前述之铸钢卷扬筒，浇注时厚端放在上部是合理的；反之，若厚端在下部，则难以补缩。,收缩方向,收缩方向,收缩方向,缩孔,缩孔,缩孔,图4合理的设置冒口,外浇口,直浇道,冒口,101,浇注位置的绘制：铸造工艺方案确定之后，在绘制铸造工艺图时，必须使用红蓝两色笔来区分不同工艺设计内容。浇注位置用红色箭头画出，并标注上和下。,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,下,上,102,定义：分型面是指铸型组元间的接合面。,铸型分型面的选择恰当与否会影响铸件质量，使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序复杂化，甚至还可增大切削加工的工作量。分型面选择原则：,（1）便于起模，使造型工艺简化,图为一起重臂铸件，按图中所示的分型面为一平面，故可采用较简便的分模造型；如果选用弯曲分型面，则需采用挖砂或假箱造型，而在大量生产中则使机器造型的模底板的制造费用增加。,103,（2）应尽量减少分型面的数目，且分型面为平直面。,零件图,模样结构图,104,两种分型方法和浇注位置选择的比较,图a)为三箱造型，浇注位置为阶梯式。分型面为上、中、下三个部分，造型比较复杂。,图b)为两箱造型，浇注位置为阶梯式。分型面为上、下两个部分的结构形式，造型比较。,a图工艺方法有两个分型面，一个分模面，而分型面与分模面是不重合的。,b图工艺方法为一个分型面，而分型面与分模面重合。,105,（4）应使铸件全部或大部分置于同一砂型内,车床床身铸件的两种分型方法比较,106,机床支架两种分型方案的选择,两种分型方案都可以进行铸造生产，但是方案比方案更合理，可以降低上箱高度,使型芯位于下箱，从而起模、翻箱操作都比较方便，同时便于安放型芯和检查铸件壁厚。且铸件大部分位于下砂型内。,107,请同学们注意！选择分型面的上述诸原则，对于某个具体的铸件来说难以全面满足，有时甚至互相矛盾。因此，必须抓住主要矛盾、全面考虑，至于次要矛盾，则应从工艺措施上设法解决。在铸造工艺设计过程中,使用红蓝两色笔是用来区分不同工艺设计内容的。同学们在进行铸造工艺设计时,必须按示范要求进行绘制铸造工艺图。,108,收缩率铸件冷却后的尺寸比型腔尺寸略为缩小，为保证铸件的应有尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩率。铸造收缩率K表达式为：,109,灰铸铁件0.71.0,铸钢件1.52.0,铸铜件1.251.5,铸铝件1.01.4,表1铸件线收缩率（%）,如上表所示:铸件线收缩率有自由收缩和受阻收缩区分。上限为自由收缩，是指铸件在型腔中处于自由收缩状态。下限为受阻收缩，是指铸件在型腔中受到砂芯、肋条等形状阻碍此收缩。对于一件铸件而言，往往是自由收缩和受阻收缩同时存在着。因此，施放铸件线收缩率时要根据铸件的形状不同分别施放铸件引收缩率。,110,合金的收缩及影响因素1)收缩铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。收缩是铸件中许多缺陷(如缩孔、缩松、裂纹、变形和残余应力等)产生的基本原因。为了获得形状和尺寸既符合技术要求，又是组织致密的健全铸件，必须对收缩加以控制。合金的收缩量通常用体收缩率或线收缩率来表示。金属从浇注温度冷却到室温要经历三个互相联系的收缩阶段：（1）液态收缩是金属在液体状态时的收缩。其原因是由于气体排出；空穴减少,原子间间距减小所致。,111,（2）凝固收缩是金属在凝固过程时的收缩。其原因是由于空穴减少，原子间间距减小所致。液态收缩和凝固收缩在外部表现皆为体积减小，一般表现为液面降低，因此称为体积收缩。是缩孔或缩松形成的基本原因。（3）固态收缩是金属在固态过程中的收缩。其原因在于空穴减少；原子间间距减小所致。固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。不同的合金其收缩率不同。在常用的合金中，铸钢的收缩率最大，灰口铸铁的收缩率最小。因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨状态存在的，由于石墨的比容大，在结晶过程中，石墨析出所产生的体积膨胀，抵销了合金的部分收缩（一般每析出1%的石墨，铸铁体积约增加2%）。,112,（1）化学成分的影响。铸钢：随着碳的质量分数增加，收缩率增大；灰口铸铁：随着碳和硅的质量分数增加，石墨增加，收缩率下降。（2）浇注温度的影响。浇注温度升高，收缩率增大。（3）铸件结构和铸型条件的影响。当铸件收缩时未受到型砂或型芯阻碍，则易实现自由收缩，收缩率较大。,2）影响收缩的因素,113,合金液态收缩和凝固收缩愈大(如铸钢、白口铸铁、铝青铜等),收缩的容积就愈大，愈易形成缩孔。合金浇注温度愈高，液态收缩也愈大(通常每提高100，体积收缩增加1.6%左右)，愈易产生缩孔。结晶间隔大的合金，易于产生缩松；纯金属或共晶成分的合金，易于形成集中的缩孔。,3)缩孔及缩松铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。缩孔和缩松可使铸件力学性能、气密性和物化性能大大降低，以至成为废品。是极其有害的铸造缺陷之一。,集中缩孔易于检查和修补，便于采取工艺措施防止。但缩松，特别是显微缩松，分布面广，既难以补缩，又难以发现。,114,115,4)缩孔和缩松的防止方法,铸件产生缩孔的示意图，其中画圆圈的部位，是铸件的厚大部位，亦称热节，铸件截面处的内接圆圈亦称热节圆。热节圆是铸件中最后冷却的部分，由于热节圆部分的金属液体补充了薄壁部分的收缩，当热节圆处收缩时，若无其他金属液体的补充，则铸件的缩孔往往会产生在热节圆最大的部分。,116,缩孔的防止方法可以考虑采用冒口补充热节圆处的金属液体，和采用冷铁激冷远离冒口处的金属，在生产上一般称为定向凝固补缩原则。即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒口处的金属最后凝固，形成一条畅通的补缩通道，如图所示。,顺序凝固,117,3.机械加工余量,定义：加工余量是指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在切削加工时切去的金属层厚度。,加工余量的施放原则：,（1）零件表面标注有粗糙度数值的；,（2）是螺纹的；,（3）尺寸标注有公差要求的；,118,1.铸件线收缩率1.0%，,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,上,下,+6,+5,+5,+4,+3,119,数值取决于：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，余量应比铸铁件小。铸件的尺寸愈大或加工面与基准面之间的距离愈大，尺寸误差也愈大，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几率较大，其余量应比底面和侧面大。加工余量的参考数值见表2。,120,铸件的孔、槽：一般来说，较大的孔、槽应当铸出，以减少切削加工工时，节约金属材料，并可减小铸件上的热节；较小的孔则不必铸出，用机加工较经济。最小铸出孔的参考数值见表3。对于零件图上不要求加工的孔、槽以及弯曲孔等，一般均应铸出。,121,加工余量和最小铸出孔,122,4、起模斜度定义：为了使模样（或型芯）易于从砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模样时必须留出一定的倾斜度，此倾斜度称为起模斜度。如下图所示：,增加铸件壁厚,增减铸件壁厚,减少铸件壁厚,在铸造工艺图上，加工表面上的起模斜度应结合加工余量直接表示出来，为使同学了解工艺设计过程，因此我们将分两步进行。,123,1、铸件线收缩率1.0%，,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,上,下,+6,+5,+6,+4,+3,斜度的取值：应根据造型方法、生产批量、铸件的高度和模样的种类来确定。,工艺斜度,结构斜度,+4,2、起模斜度115。,124,5、铸造圆角,设计铸造圆角的主要目的是防止铸件产生裂纹、缩孔等铸造缺陷。铸造圆角有内圆角和外圆角之分。外圆角半径R一般取28mm，内圆角半径R一般取416mm。（如下图所示）,b)外圆角,a)内圆角,125,上,下,+6,+5,+6,+4,+3,工艺斜度,结构斜度,+4,1.铸件线收缩率1.0%，,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,2、起模斜度115。,铸造圆角有两种设计方法，一种是在零件设计时已经将圆角设计出来或用文字说明的。另一种是由铸造工艺设计人员设计并绘制在铸造工艺图上。,R5,126,6、型芯、型芯头（座）,型芯的作用：是用来形成铸件的内部形状和局部复杂的外轮廓形状；也可用于组芯造型。型芯按此形成的方式不同，分为自带型芯和落型芯两种形式。自带型芯是指铸件的内腔形状与外轮廓形状可以同时在一件模样上制作的，高度一般应在50mm以下，超出50mm高度的应采用落型芯的方法形成。,型芯头：是指型芯的外伸部分（型芯头不形成铸件的轮廓形状）型芯头作用：（1）定位;（2）支撑,（3）排气。,型芯座：是指铸型中专为放置型芯头而设置的工艺空腔,127,型芯头的设计,在铸造工艺设计时，一般情况下应优先采用垂直芯头，如果是分模造型模样应采用水平芯头。,上,下,+6,+5,+6,+4,+3,工艺斜度,结构斜度,+4,1、铸件线收缩率1.0%，,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,2、起模斜度115。,R5,#,斜度510,间隙0.515mm,集砂槽,下型芯头,#,128,按型芯落入型腔的位置不同，可分为垂直型芯头和水平型芯头两大类。如下图所示：,型芯,上,中,中铸型,a)垂直芯头,型腔,中,下,型芯头,型芯座,下铸型,上铸型,b)水平芯头,上,下,129,尽量使型腔及主要型芯位于下型,上下,上下,图机床支架,130,上型芯头的设计,铸件高度在5080mm之间的，只需设计一个下型芯头就可以了。如果超出上述范围，就要设计上型芯头，目的是稳固型芯，保证铸件尺寸精度和形状精度。,上,下,+6,+5,+6,+4,+3,工艺斜度,结构斜度,+4,1、铸件线收缩率1.0%，,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,2、起模斜度115。,R5,#,斜度510,间隙0.515mm,集砂槽,下型芯头,#,上型芯头,斜度615,间隙0.52mm,#,间隙2mm,131,分模面的定义：根据需要在一个模样上分开的切面。分模面与分型面通常情况下是重合的，特殊情况下不重合。,斜度510,间隙0.515mm,集砂槽,下型芯头,#,#,R5,2、起模斜度115。,132,型芯通气孔的设计,型芯通气孔的作用是帮助砂芯及时的排气，如果排气不畅，就会造成铸件内腔产生气孔。,上型芯头,斜度615,间隙0.52mm,#,间隙2mm,斜度510,间隙0.515mm,集砂槽,下型芯头,#,#,R5,型芯通气孔,2、起模斜度115。,133,铸造工艺设计及工艺图的绘制全过程,上,下,+4,+6,+5,+4,+6,+3,型芯通气孔,下型芯头,上型芯头,#,#,#,1.铸件线收缩率1%，,2.起模斜度115。,下型芯头斜度510,下型芯头间隙0.51.5mm,集砂槽,上型芯头斜度615,上型芯头间隙0.52mm,间隙2mm,1、分型分模面、浇注位置,2、铸件线收缩率,3、机械加工余量,4、起模斜度,5、铸造圆角,6、型芯、型芯头（座）,技术要求1.铸件组织结构要致密，不得有砂眼、气孔等铸造缺陷，2.未注明的铸造圆角为R35。,134,六、工艺品制作,工艺品的造型过程比较复杂，都是采用挖砂的造型方法。因此，在造型前应根据不同的工艺品模样结构形状，正确的选择好分型面和确定浇注位置，并合理地开挖浇注系统。否则会导致铸件产生气孔、缩陷、粘砂、夹渣、浇不到和冷隔等铸造缺陷。,135,各种类型的工艺品模样展示,136,各种类型的工艺品模样展示,137,各种类型的工艺品模样展示,138,各种类型的工艺品模样展示,139,各种类型的工艺品模样展示,140,（1）选择大小合适的造型平板，把模样安放在平板上，然后安放下砂箱，再分两次填充型砂造下砂型。,1、SV的造型方法与过程,141,（2）下砂型造好后，翻转180。,142,（3）挖去覆盖在模样上妨碍起模的那部分型砂。坡度要适中，表面要光洁。,143,（4）撒分型砂，安放上砂箱和直浇道模样，填充型砂造上砂型。,144,（5）上砂型造好后，打定位销孔至下砂型的三分之二的深度，扎上砂型通气孔，距离模样510mm。,145,（6）分别取出定位销和直浇道模样。,146,（7）开挖外浇口，敞开上砂型，取出模样，开挖横浇道和内浇道，修整分型面。,147,（8）合型，准备浇注。,148,各种形状的秦俑,149,秦俑的造型方法与过程,1.选择大小合适的造型平板，把秦俑模样安放在造型平板上，安放下砂箱，分次填充型砂，造下砂型。,150,2.下砂型造好后，翻转180度，挖去覆盖在模样上妨碍起模的那一部分型砂。,151,3.撒分型砂，安放上砂箱，安放直浇道模样，分次填充型砂造上砂型。,152,4.上砂型造好后，打定位销孔至下砂型的三分之二的深度，扎上砂型的通气孔，距离模样510mm。,153,5.取出定位销，取出直浇道模样，开挖外浇口，敞开上砂型，小心翼翼地取出秦俑模样，分别在上下砂型的分型上开挖横浇道和内浇道，修整损坏的铸型。,154,6.横浇道和内浇道分别开设完毕之后，就可以合型等待浇注了。,155,兔子模样的结构形状,156,1.兔子左则面的造型剖面图。,157,2.兔子右则面的铸型剖面图。,158,3.兔子造型时的活砂部位形状。其造型步骤与前面的两种方法基本相同。,159,七、金属熔炼,熔炼是指由固态通过加热转变成熔融状态的过程。熔炼是铸造生产过程中的一个重要环节，要获得高质量的铸件，首先必须要有高质量的金属液，当金属液温度过低时，容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等铸造缺陷，往往造成铸件报废，当金属液的化学成份不符合要求时，即使铸件没有宏观铸造缺陷，但因力学性能不符合要求，也同样会造成废品，因此，熔炼出温度和化学成份都合乎要求的金属液是保证铸件质量的关键。铸造生产中常用的金属液有：铸铁、铸钢、铸造非铁合金。,160,1、铸铁的熔炼,铸造生产中用量最多的合金：铸铁,冲天炉、非焦（煤粉、油、天然气）冲天炉、反射炉、坩埚炉等。,目前冲天炉仍然是主要的熔炼设备。,冲天炉的大小是以每小时熔化金属液的多少来定的，一般厂家都用每小时熔化1.510t金属液的冲天炉。,熔炼铸铁的炉子有：,161,（1）冲天炉的构造如图，主要有以下几部分组成：支撑部分；炉体；送风系统；炉顶部分。（2）冲天炉的辅助设备鼓风机；加料系统；,162,（3）冲天炉的炉料金属炉料；金属炉料包括：新生铁、废钢、回炉铁及铁合金（硅铁、锰铁、铬铁、钛铁、钒铁和钼铁等）。燃料冲天炉的燃料主要是焦炭。焦炭是由配有一定量具有结焦性的炼焦煤。熔剂熔剂主要是石灰石（CaCO3），必要时也可加入氟石（CaF2）。,163,铸钢的熔炼冶炼设备：电弧炉、平炉和感应电炉等。电弧炉用得最多，平炉仅用于重型铸钢件，感应电炉主要用于合金钢中、小型铸件的生产。A、电弧炉炼钢,利用电极与金属炉料间电弧产生的热量来熔炼金属，如图所示。炉子容量从115吨。钢液质量较高，熔炼速度快，一般为23小时一炉，温度容易控制。炼钢的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金等。其它材料有造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。,164,B感应电炉炼钢,在精密铸造和高合金钢铸造中应用最普遍。感应电炉的构造如图所示。利用感应线圈中交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料及钢液产生感应电流发出热量使炉料熔化的。优点：加热速度较快，热量散失少，热效率较高，氧化熔炼损耗较小，吸收气体较少；缺点：炉渣温度较低，化学性质不活泼，不能充分发挥炉渣在冶炼过程中的作用，基本上是炉料的重熔过程。,165,非铁合金的熔炼非铁合金有铜、铝等合金，铝合金的熔炼特点是金属炉料不与燃料直接接触，以减少金属的损耗，保持金属液的纯净，一般多采用坩埚炉熔炼。,焦炭坩埚炉,166,炉埚坩阻电,167,浇注前、浇注中、浇注后应注意事项:,（1）浇注前应注意事项：,八、浇注、落砂清理及铸件检验,浇注,浇注是将合格的金属液按工艺规定，浇入已经准备好的铸型中的过程称为浇注。,（2）浇注中应注意事项:,（3）浇注后应注意事项:,168,落砂、清理及铸件检验,（1）落砂,（2）清理,（3）检验,铸件的质量检验：包括内在质量和外在质量。内在质量包括化学成分、物理和力学性能，金相组织以及存在于铸件内部的孔洞、裂缝、夹杂物等铸造缺陷，外观质量包括铸件的尺寸精度、形状精度、位置精度、重量偏差及表面缺陷等。,常用的检验方法有：外观质量检验射线探伤超声波探伤磁粉探伤着色探伤,169,九、铸件缺陷分析,最常见的一种缺陷，它是由于铸件在冷却凝固前侵入或析出的气体没有及时逸出，滞留在铸件里而形成的一种孔眼缺陷。按气孔产生的原因不同，分为侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔三种。,气孔：,铸件缺陷分类,I孔眼类：,包括气孔、缩孔和缩松、砂眼和渣气孔、铁豆等；,铸件缺陷的种类很多，形式不一，各有其特征，按缺陷性质分为五大类。,170,降低金属液中的含气量，增大砂型的透气性，以及在型腔的最高处增设出气冒口等。,气孔的特征：,铸件内部或表面有大小不等的孔眼，孔的内壁光滑，多呈圆形。,气孔产生的原因：,造型材料发气量过大，炉料不净，熔炼工艺不当，舂砂太紧,型砂水分太大，砂型未烘干，型芯通气孔被堵塞，金属液温度过低等。,防止方法：,171,铸件在冷却凝固过程中，由于金属液在液态收缩中，在铸件最后凝固位置得不到液态金属的补充而产生的孔眼，容积大而集中的孔眼称为缩孔，细小而较分散的孔眼称为缩松。,缩孔,缩孔和缩松,172,缩孔和缩松的形成：主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。,缩孔和缩松的防止方法：防止缩孔：使铸件实现“定向凝固”。,173,定向凝固：在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位最先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固（图中、），冒口本身最后凝固。按照这样的凝固顺序，先凝固部位的收缩，由后凝固部位的金属液来补充；后凝固部位的收缩，由冒口中的金属液来补充从而将缩孔转移到冒口之中。,174,设置冷铁：为了实现定向凝固，在安放冒口的同时，在铸件上某些厚大部位增设的金属材料(称为冷铁)。,上,下,冒口,冷铁,175,砂眼的防止方法：砂眼虽然常在铸件中出现，但其形成的机理简单，只要找出产生的原因，就可以“对症下药”了。,砂眼砂眼是铸件内部或表面的某些部位上形成的有充满砂粒的孔眼。,砂眼,砂眼的特征：孔眼内充满了型砂,多产