毕业论文：砂型铸造工艺分析

1、摘要：砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制作，通称木模。此外，砂型比金属型耐火度更高，因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。但是，砂型铸造也有一些不足之处：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；又因为砂的整体性质软而多孔，所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表面也较粗糙。本片论文主要对砂型铸造的工艺进行研究分析，以及在工业中的运用进

2、行分析。具体过程，详见本文的论述。本篇论文是参考砂型铸造工艺技术手册上的工艺过程及相关工艺编写的。本篇论文的内容包括：目录、正文、参考文献等。关键词：砂芯 砂型 硬模铸造 目 录摘 要 11砂型铸造技术11.1铸造成型工艺简介11.2 砂型铸造31.2.1砂型铸造的基本含义31.2.2砂型铸造的成型特点31.2.3 原料及工艺特点51.3砂型铸造工艺分类71.3.1重力铸造71.3.2低压铸造81.3.3离心铸造91.4 砂型铸造工艺91.4.1 砂型铸造工艺的基本过程91.4.2 砂型铸造工艺装配的特点172砂型铸造技术研究的领域183砂型铸造技术的应用194砂型铸造的发展20总 结23致

3、谢24参考文献25 1砂型铸造技术砂型铸造多用于黑色金属(铸铁或铸钢)的成型。一般而言,铸型由砂型和砂芯构成,砂型形成铸件的外形,砂芯形成铸件的内腔。砂芯多采用芯盒制造;砂型一般通过模板翻制。模板与芯盒都属于铸造模具。如图。1.1铸造成型工艺简介铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间铸造是现代制造工业的基础工艺之一。 铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种

4、工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时 ，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。 铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件 ，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。 另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器

5、制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。 铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。 铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。 铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。此外，节能

6、的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。 铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将有新的发展。 铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。铸造作为一种金属热加工工艺，在我国发展逐步成熟。铸造工艺是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。 铸造机

7、械一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型铸造三类。特种按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。 铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 铸造工艺有与其他工艺不同的

8、特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。铸造工艺会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。 铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，新铸造工艺和新铸造设备将相应出现。1.2 砂型铸造1.2.1砂型铸造的基本含义砂型铸造在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来

9、，一直是铸造生产中的基本工艺。 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。1.2.2砂型铸造的成型特点砂型铸造常用于金属铸造,金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法，铝合金金属型铸造大多采用金属型芯，也可采用砂芯或壳芯等方法，与压力铸造相比，铝合金金属型使用寿命长。 1.铸造优点 （1) 优点 金属型冷却速度较快，铸件组织较致密，可进行热处理强化，力学性能比砂型铸造高15%左右。 金

10、属型铸造，铸件质量稳定，表面粗糙度优于砂型铸造，废品率低。 劳动条件好，生产率高，工人易于掌握。 (2) 缺点 金属型导热系数大，充型能力差。 金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效排气。 金属型无退让性，易在凝固时产生裂纹和变形。2.金属型铸件常见缺陷及预防 (1) 针孔 预防产生针孔的措施： 严禁使用被污染的铸造铝合金材料、沾有有机化合物及被严重氧化腐蚀的材料。 控制熔炼工艺，加强除气精炼。 控制金属型涂料厚度，过厚易产生针孔。 模具温度不宜太高，对铸件厚壁部位采用激冷措施，如镶铜块或浇水等。 采用砂型时严格控制水分，尽量用干芯。 (2) 气孔 预防气孔产生的措施： 修改不合理的浇冒

11、口系统，使液流平稳，避免气体卷入。 模具与型芯应预先预热，后上涂料，结束后必须要烘透方可使用。 设计模具与型芯应考虑足够的排气措施。 (3)氧化夹渣 预防氧化夹渣的措施： 严格控制熔炼工艺，快速熔炼，减少氧化，除渣彻底。almg合金必须在覆盖剂下熔炼。 熔炉、工具要清洁，不得有氧化物，并应预热，涂料涂后应烘干使用。 设计的浇注系统必须有稳流、缓冲、撇渣能力。 采用倾斜浇注系统，使液流稳定，不产生二次氧化。 选用的涂料粘附力要强，浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹渣。 (4) 热裂 预防产生热裂的措施： 实际浇注系统时应避免局部过热，减少内应力。 模具及型芯斜度必须保证在2以上，浇冒口一经凝

12、固即可抽芯开模，必要时可用砂芯代替金属型芯。 控制涂料厚度，使铸件各部分冷却速度一致。 根据铸件厚薄情况选择适当的模温。 细化合金组织，提高热裂能力。 改进铸件结构，消除尖角及壁厚突变，减少热裂倾向。 (5) 疏松 预防产生疏松的措施： 合理冒口设置，保证其凝固，且有补缩能力。 适当调低金属型模具工作温度。 控制涂层厚度，厚壁处减薄。 调整金属型各部位冷却速度，使铸件厚壁处有较大的激冷能力。 适当降低金属浇注温度。 1.2.3 原料及工艺特点砂型 制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的

13、砂型和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂，将松散的砂粒粘结起来成为型砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。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、粘土干砂型和化学硬化砂型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。湿型铸造历史悠久，应用较广。湿型砂的强度取决于粘土和水按一定比例混合而成的粘土浆。型砂一经混好即具有一定的强度，经舂实制成砂型后，即可满足合型和浇注的要求。因此型砂中的粘土

14、量和水分是十分重要的工艺因素。 粘土湿砂型铸造的优点是：粘土的资源丰富、价格便宜。使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用。制造铸型的周期短、工效高。混好的型砂可使用的时间长。砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。缺点是：混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备，否则不可能得到质量良好的型砂。由于型砂混好后即具有相当高的强度,造型时型砂不易流动，难以舂实,手工造型时既费力又需一定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。 20世纪初铸造业开始采用辗轮式混

15、砂机混砂，使粘土湿型砂的质量大为改善。新型大功率混砂机可使混砂工作达到高效率、高质量。以震实为主的震击压实式造型机的出现，又显著提高了铸型的紧实度和均匀性。随着对铸件尺寸精度和表面质量要求的提高，又出现了以压实为主的高压造型机。用高压造型机制造粘土湿砂型，不但可使铸件尺寸精度提高，表面质量改善，而且使紧实铸型的动作简化、周期缩短，使造型、合型全工序实现高速化和自动化。气体冲击加压的新型造型机，利用粘土浆的触变性,可由瞬时施以0.5兆帕的压力而得到非常紧密的铸型。这些进展是粘土湿砂型铸造能适应现代工业要求的重要条件。因而这种传统的工艺方法一直被用来生产大量优质铸件。 粘土干砂型 制造这种砂型用的

16、型砂湿态水分略高于湿型用的型砂。砂型制好以后，型腔表面要涂以耐火涂料，再置于烘炉中烘干，待其冷却后即可合型和浇注。烘干粘土砂型需很长时间，要耗用大量燃料，而且砂型在烘干过程中易产生变形，使铸件精度受到影响。粘土干砂型一般用于制造铸钢件和较大的铸铁件。自化学硬化砂得到广泛采用后，干砂型已趋于淘汰。 化学硬化砂型 这种砂型所用的型砂称为化学硬化砂。其粘结剂一般都是在硬化剂作用下能发生分子聚合进而成为立体结构的物质，常用的有各种合成树脂和水玻璃。化学硬化基本上有3种方式。 自硬:粘结剂和硬化剂都在混砂时加入。制成砂型或型芯后，粘结剂在硬化剂的作用下发生反应而导致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用于造型

17、，但也用于制造较大的型芯或生产批量不大的型芯。 气雾硬化:混砂时加入粘结剂和其他辅加物，先不加硬化剂。造型或制芯后，吹入气态硬化剂或吹入在气态载体中雾化了的液态硬化剂，使其弥散于砂型或型芯中，导致砂型硬化。气雾硬化法主要用于制芯，有时也用于制造小型砂型。 加热硬化:混砂时加入粘结剂和常温下不起作用的潜硬化剂。制成砂型或型芯后，将其加热，这时潜硬化剂和粘结剂中的某些成分发生反应，生成能使粘结剂硬化的有效硬化剂，从而使砂型或型芯硬化。加热硬化法除用于制造小型薄壳砂型外，主要用于制芯。 化学硬化砂型铸造工艺的特点是：化学硬化砂型的强度比粘土砂型高得多，而且制成砂型后在硬化到具有相当高的强度后脱膜，不

18、需要修型。因而，铸型能较准确地反映模样的尺寸和轮廓形状，在以后的工艺过程中也不易变形。制得的铸件尺寸精度较高。由于所用粘结剂和硬化剂的粘度都不高，很易与砂粒混匀，混砂设备结构轻巧、功率小而生产率高，砂处理工作部分可简化。混好的型砂在硬化之前有很好的流动性，造型时型砂很易舂实，因而不需要庞大而复杂的造型机。用化学硬化砂造型时,可根据生产要求选用模样材料,如木、塑料和金属。化学硬化砂中粘结剂的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末状辅料,如采用粒度相同的原砂，砂粒之间的间隙要比粘土砂大得多。为避免铸造时金属渗入砂粒之间，砂型或型芯表面应涂以质量优良的涂料。用水玻璃作粘结剂的化学硬化砂成本低、使用中工

19、作环境无气味。但这种铸型浇注金属以后型砂不易溃散；用过的旧砂不能直接回收使用，须经再生处理，而水玻璃砂的再生又比较困难。用树脂作粘结剂的化学硬化砂成本较高,但浇注以后铸件易于和型砂分离,铸件清理的工作量减少，而且用过的大部分砂子可再生回收使用。 型芯 为了保证铸件的质量，砂型铸造中所用的型芯一般为干态型芯。根据型芯所用的粘结剂不同，型芯分为粘土砂芯、油砂芯和树脂砂芯几种。 粘土砂芯 用粘土砂制造的简单的型芯。 油砂芯 用干性油或半干性油作粘结剂的芯砂所制作的型芯，应用较广。油类的粘度低，混好的芯砂流动性好，制芯时很易紧实。但刚制成的型芯强度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然后在200300的

20、烘炉内烘数小时，借空气将油氧化而使其硬化。这种造芯方法的缺点是：型芯在脱模、搬运及烘烤过程中容易变形，导致铸件尺寸精度降低；烘烤时间长，耗能多。 树脂砂芯 用树脂砂制造的各种型芯。型芯在芯盒内硬化后再将其取出，能保证型芯的形状和尺寸的正确。根据硬化方法不同，树脂砂芯的制造一般分为热芯盒制芯和冷芯盒制芯两种方法。热芯盒法制芯：50年代末期出现。通常以呋喃树脂为芯砂粘结剂，其中还加入潜硬化剂(如氯化铵)。制芯时，使芯盒保持在200300，芯砂射入芯盒中后，氯化铵在较高的温度下与树脂中的游离甲醛反应生成酸，从而使型芯很快硬化。建立脱模强度约需10100秒钟。用热芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比较高，但工

21、艺装置复杂而昂贵，能耗多，排出有刺激性的气体，工人的劳动条件也很差。冷芯盒法制芯：60年代末出现。用尿烷树脂作为芯砂粘结剂。用此法制芯时,芯盒不加热,向其中吹入胺蒸汽几秒钟就可使型芯硬化。这种方法在能源、环境、生产效率等方面均优于热芯盒法。70年代中期又出现吹二氧化硫硬化的呋喃树脂冷芯盒法。其硬化机理完全不同于尿烷冷芯盒法，但工艺方面的特点，如硬化快、型芯强度高等，则与尿烷冷芯盒法大致相同。1.3砂型铸造工艺的分类砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。1.3.1重力铸造重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。重力铸造技术铸造还可按金属液的浇注工

22、艺分为重力铸造和压力铸造。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）作用下注入铸型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。这几种铸造工艺是目前有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。 1. 重力铸造法又称为金属模铸造法,成形原理是靠冒口的重力作用來补充凝固收缩。此重力浇注模具可重复使用,也可称为永久模铸造。 2. 金属模铸造法之冷缺方式可使用空压气体(氣冷式)或空压气体加水之混合雾气(水冷式),使模具及铸件本体冷卻

23、。 3. 金属模铸造法之铸件需預留加工尺寸量仍高, 原因是铸件经热处理后会有变形之情況。 4. 金属模铸造法之制程中铝水之除气作业相当重要, 否則铸件于表面加工后极易产生针孔。 5. 金属模铸造法较适合少量多样的订单生产制程方式。1.3.2低压铸造低压铸造指在低压气体作用下使液态金属充填铸型并凝固成铸件的铸造方法。气体压力一般为0.61.5帕。低压铸造的工艺过程是：在熔化金属的坩埚炉上加放密封盖，盖中心部位装有升液管，升液管插到金属液面以下，盖的上部安放铸型。将干燥的压缩空气通过进气管送到坩埚内，使金属液通过升液管从浇口进入铸型（见图）, 保持压力到铸型中的金属液完全凝固,然后解除压力，升液管

24、中的金属液会自动落回坩埚中，这时可以开型，推出铸件。通入坩埚的气体压力和流量可以控制，故金属液充填铸型的速度和气体压力可以根据铸件结构和铸型材料不同而调整。低压铸造用的铸型可以是砂型、壳型、陶瓷型，也可以是金属型、石墨型等。在低压铸造基础上进一步改进，使液态金属在差压下充型、在压力下凝固的方法称为差压铸造，它是低压铸造的一种特殊形式。 低压铸造最初主要用于铝合金铸件的生产，以后进一步扩展用途，生产熔点高的铜铸件、铁铸件和钢铸件。中国已于20世纪70年代将这种方法成功地用于铸造万吨级大型船舶用铜合金螺旋桨和2000马力柴油机球墨铸铁曲轴等重要零件。 低压铸造的优点是：金属液在压力下充型有利于铸造

25、薄壁铸件;铸件的致密性得到提高；底注充型平稳,可减少因金属液冲击飞溅而引起的氧化夹杂；浇冒口系统简单,金属利用率可达80以上；劳动条件得到改善,并可实现机械化和自动化，生产效率高。1.3.3离心铸造将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。离心铸造用的机器称为离心铸造机。按照铸型的旋转轴方向不同，离心铸造机分为卧式、立式(见图)和倾斜式3种。卧式离心铸造机主要用于浇注各种管状铸件,如灰铸铁、球墨铸铁的水管和煤气管,管径最小75毫米,最大可达3000毫米。此外可浇注造纸机用大口径铜辊筒,各种碳钢、合金钢管以及要求内外层有不同成分的双层材质钢轧辊。立式离心铸造机则主要用

26、以生产各种环形铸件和较小的非圆形铸件。 离心铸造所用的铸型，根据铸件形状、尺寸和生产批量不同，可选用非金属型(如砂型、壳型或熔模壳型)、金属型或在金属型内敷以涂料层或树脂砂层的铸型。铸型的转数是离心铸造的重要参数，既要有足够的离心力以增加铸件金属的致密性，离心力又不能太大，以免阻碍金属的收缩。尤其是对于铅青铜，过大的离心力会在铸件内外壁间产生成分偏析。一般转速在每分钟几十转到1500转左右。 离心铸造的特点是金属液在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件组织致密，机械性能好；铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些特定形状的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效

27、益的工艺，但须特别注意采取有效的安全措施。 .1.4砂型铸造工艺1.4.1砂型铸造工艺的基本过程砂型铸造是一种最基本的 铸造方法，其工艺过程有制造模型和芯合,混砂,造型和造芯,烘干合箱,熔化几个步骤。(一).工艺设计：1.确定铸造工艺方案首要考虑：浇铸位置的选择,铸型分型面得选择还要 注意：机械加工余量，把模斜度，铸件收缩率，冒口位置及尺寸等绘制铸造工艺图：（例如图）2.造型和制芯准备型砂和芯砂由原砂，粘结剂，水及其他附加物混制分为：粘土砂，水玻璃砂，树脂砂二氧化碳硬化法硬化水玻璃造型方法及选择 砂型铸造根据完成造型工序的方法不同，分为手工造型和机器造型两大类。(1)手工造型： 手工造型操作灵

28、活、大小铸件均能适应。在实际生产中，由于铸件的结构特点、批量大小、使用要求及生产条件的不同，所用的造型方法也不一样，如表1.1为常用手工造型方法的特点和应用范围。 表1.1 常用手工造型方法的特点和应用范围 造型方法名称 特点 适用范围 按砂箱特征区分 两箱造型 铸型由上箱和下箱构成，操作方便 属造型的最基本方法，适用于各种生产批量和各种大、小的铸件 三箱造型 铸型由上、中、下三箱构成，中箱的高度须与铸件两个分型面间距相适应。三箱造型操作费工时、需有适合的砂箱 主要用于手工造型中，生产有两个分型面的铸件 地坑造型 利用车间的地面砂床作为铸型的下箱，大铸件需在砂床下面铺焦碳、并埋上出气管，以便浇

29、注时引气。 地坑造型仅用上箱便可造型，减少了制造专用下箱的生产准备时间，减少了砂箱的投资，但要求的技术较高 常用于砂箱不足的条件和制造批量不大的大、中型铸件 脱箱造型 采用活动砂箱造型。在铸型合箱后可将砂箱脱出，继续造下一个型。所以一个砂箱可制许多铸型 金属浇注时，为防止错箱，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上加套箱 常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，所以砂箱多小于400mm 按模型特征区分 整模造型 模型是整体，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错箱缺陷 适用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件 挖砂造型 模型虽是整体的，但铸件的分型面为曲面，为了起出模型，造型时

30、用手工挖出阻碍起模的型砂，其造型费工，生产率低 用于单件、小批生产，分型面不是平面的铸件 假箱造型 为克服上述挖砂缺点，在造型的预先作个假箱，再在假箱上制下箱，假箱不参加浇注，此种造型比挖砂操作简便，且分型面整齐 用于成批生产需要挖砂的铸件 分模造型 将模型沿截面最大处分为两半，型腔位于上、下两个半型内，其造型简单，节省工时 常用于铸件最大截面在中部（或圆形）的铸件 活块造型 铸件上有防碍起模的小突台、筋条等，制模时将这些作成活动部分，造型起模时，先起出主体模型，然后再从侧面取出活块，其造型费时要求工人技术水平高 主要用于单件、小批生产带有突出部分，使之难以起模的铸件 刮板造型 用刮板代替木模

31、造型，它可大大降低模型成本，节约木材，缩短生产周期，但造型生产率低、要求工人的技术水平高 主要用于有等截面的或回转体大、中型铸件的单件、小批生产。如带轮、飞轮、齿轮、弯头等 手工造型对模型的要求不高，一般采用成本较低的木模。对于尺寸较大的回转体或等截面的铸件，还可以采用成本更低的刮板造型法。因此，尽管手工造型的生产率较低、获得铸件的尺寸精度及表面质量也较差，但对工人的技术水平要求较高，且在实际生产中很难完全以机器造型取代。尤其是对于单件、小批铸件的生产。这种方法适应范围广，不需要复杂设备，而且造型质量一般能够满足工艺要求，所以，到目前为止，在单件、小批生产的铸造车间中，手工造型(芯)仍占很大比

32、重。在航空、航天、航海领域应用广泛。手工造型(芯)劳动强度大，生产率低，铸件质量不易稳定，在很大程度上取决于工人的技术水平和熟练程度。手工造型方法很多，如模样造型、刮板造型、地坑造型，各种造型方法有不同的特点和应用范围。(2)机器造型机器造型是将手工造型中的紧砂和起模工步实现了机械化的方法。机器造型又可分为震压造型，微震压实造型，高压造型，射砂造型，抛砂紧实造型。a.震压造型以压缩空气为动力的震压造型机最为常用，其原理是通过震击使得砂箱下部的型砂在惯性力作用下紧实，再用压头将砂箱上部松散的型砂压实。铸件成批或大量的生产。震压造型机的结构简单、价格较低使其应用普遍，但它噪声大、砂型紧实度不高，因

33、而又出现了其它一些机械化程度更高的造型机。如微震压实造型机、高压造型机、射砂造型机和抛砂造型机等。b.微震压实造型微震压实造机的紧砂原理是在型砂压实的同时进行微震，所以其紧实度比震压造型的高而且均匀。c.高压造型 高压造型机的压头采用液体加压，每个小压头的行程可随模型的高度自行调节，使砂型各部位的紧实度均匀，且在压实的同时还可进行微震，它制得的砂型紧实度高、能获得表面粗糙度低、尺寸精度高的铸件、且噪音小，生产率高。 d.射砂造型采用射砂和压实联合的紧砂方法将砂型紧实，这种方法不易产生错箱缺陷，获得铸件的尺寸精度高；生产率高，易于实现自动化。适合于中小铸件成批大量的生产。 e.抛砂紧实造型抛砂紧

34、实造型是利用电动机驱动抛砂机头的叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头内初步紧实、再靠离心力的作用将已呈团状的型砂快速(3060m/s)地抛到砂箱中，如此将型砂逐层紧实。也就是在完成填砂同时进行紧实，其效率高、型砂紧实度均匀，可用于任何批量的大、中型铸件或大型芯子的制造。3.起模方法型砂紧实以后就要进行起模，以获得完整的型腔。大部分机器造型机均带有起模机构。大体有顶箱起模、漏模和翻箱起模三类。机器造型和手工造型相比，机器造型生产率高，质量稳定，劳动强度低，对工人的技术要求不像手工造型那样高。但设备和工艺装备费用较高，生产准备时间长，一般适用于一个分型面的两箱造型。机器造型(芯)主要适用于黑色金属

35、铸件的大批量生产。(二)砂型/芯制造方法分类在制造各砂型、芯的过程中，根据其本身建立强度时其粘结机理的不同，通常可分为三大类：1)机械粘结剂型芯-以粘土为粘结剂的粘土型芯砂所产生的粘结；2)化学粘结剂型芯-型芯砂在造型、芯过程中，依靠其粘结剂本身发生物理、化学反应达到硬化，从而建立强度，使砂粒牢固地粘结为一个整体。有机、无机粘结剂，其中无机粘结剂包括钠水玻璃及硅溶胶，而有机粘结剂则包括热硬、自硬和气硬树脂砂型（芯）；3)物理固结-指用物理学原理产生的力将不含粘结剂的原砂固结在一起，磁型铸造法、负压造型法或真实密封造型法或薄膜负压造型法，以及消失模造型法。1.粘土湿型湿型及其特点a.生产灵活性大

36、，适用面广，既可手工，又可机器、以及流水线生产，既可生产大件，也可生产小件，可铸钢（中小件），也可铸铁，有色合金等。b.生产效率高，生产周期短，便于流水线生产，可实现机械化及自动化，汽车，柴油机，抢拖拉机行业应用最广（300500kg铸铁薄裂件）。(汽车缸体图)(或生产车间全貌图)c.原材料成本低，来源广。d.节省能源、烘干设备和车间生产场地面积。e.因不需烘干，砂箱寿命长。d.缺点：操作不当，易产生一些铸造缺陷：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。2.钠水玻璃砂型铸造生产中应用最广泛的无机化学粘结剂是钠水玻璃。此类型芯砂与粘土砂比较，有下列优点：a.型(芯)砂流动性好，易于紧实，故造型（芯）

37、劳动强度低。b.硬化快，强度较高，可简化造型（芯）工艺，缩短生产周期，提高劳动生产率。c.可在型(芯)硬化后起模，型、芯尺寸精度高。d.可取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件其它类型的砂型。还可使用硅溶胶、植物油、树脂等作为粘结剂形成不同类型的砂型。（三）砂型(芯)的烘干、合箱与浇注 1.砂型(芯)的烘干 a.表面烘干：为了缩短生产周期，减少燃料消耗，有利于组织流水作业，在保证质量的条件下，应尽量应用表面烘干。表面烘干的方法主要有喷灯火焰烘干、移动式焦碳炉或煤气炉烘干、红外线辐射烘干以及高频干燥炉烘干和微波技术烘干。b.体烘干：大型和较重要的砂型(芯)都要进行整体烘干，一般在周

38、期作业或连续作业的烘干炉中进行。周期式烘干炉有台车室式烘干炉和抽屉式烘干炉。前者用于大中型砂型(芯)的烘干，后者用于较小砂芯的烘干。连续式烘干炉用在批量生产的铸造车间，这种烘干炉有卧式和立式两种，后者占地面积小。炉内各部位按烘干规范的要求保持确定的温度和运行时间，使砂芯逐渐升温、保温和降温冷却。所以，烘干操作可连续地进行，效率高于周期式烘干炉。2.合箱 合箱就是把砂型和砂芯按要求组合为铸型的过程。铸型的合箱是制备铸型的最后工序，合箱质量不高，铸件形状、尺寸和表面质量就得不到保证，甚至会因偏芯、错箱、抬箱跑火等原因而使铸件报废。合箱一般按以下步骤进行：a.全面检查、清扫、修理所有的砂型和砂芯，特

39、别要注意检查砂芯的烘干程度和通气道是否畅通。不符合要求者，应进行返修或废弃。b.下芯次序依次将砂芯装入砂型，严格检查，保证铸件壁厚、砂芯固定、芯头排气和填补接缝处的间隙。无牢固支撑的砂芯，要用芯撑在上下和四周加固，防止砂芯在浇注时移动、漂浮。装在上箱的砂芯，要插栓吊紧，砂芯与砂芯之间接缝相对较大时，需使用填补料修平，并用喷灯烘干。c.仔细清除型内散砂，全面检查下芯质量，在分型面上沿型腔外围放上一圈泥条或石棉绳，保证合箱后分型面密合，避免液态金属从分型面间隙流出。s.放上压铁或用螺栓、金属卡子固紧铸型。放好浇口杯、冒口圈，在分型面四周接缝处抹上砂泥，防止跑火。最后全面清理场地，以便安全方便地浇注

40、。3.浇注a. 浇注前的准备工作 铸型合箱紧固后浇注前应做好下述浇注准备工作：了解浇注合金的种类、牌号、待浇注铸型的数量和估算所需金属液的重量；检查浇包的修理质量、烘干预热情况及其运输与倾转机构的灵活性和可靠性；熟悉各种铸型在车间所处的位置，以便确定浇注次序；检查冒口、冒口圈的安放及铸型的紧固情况；清理浇注场地，确保浇注安全。b.浇注工艺 为了获得合格铸件，必须控制浇注温度、浇注速度，严格遵守浇注操作规程。浇注温度：应根据合金的种类、铸件结构和铸型特点确定合理的浇注温度范围。金属液由炉中注入浇包时，温度都会降低。为了减小包内降温，修好的浇包一定要充分烘干，浇注前需预热；尽量避免倒包，减少金属液

41、在包中的停留时间和缩短运输距离；浇包壁可采用高效保温材料，金属液出炉后，在包内液面加保温集渣覆盖剂；加强测温，严格监控金属液在包内的降温情况和浇注温度。浇注要点：浇注前需除去浇包中金属液面上的熔渣；根据规定的速度和时间范围进行浇注；浇注时应避免金属液流的飞溅和中断；开始慢浇，且不能直冲浇口，以免冲毁砂型；中间快浇，以充满浇注系统；浇口杯中应始终保持一定数量的金属液，防止渣、气进入铸型；快充满时应慢浇，防止溢出和减小抬箱力。有冒口的铸型，浇注后期应进行点浇和补浇。浇注后应注意引燃从铸型排出的气体。待铸件凝固完毕，及时卸除压铁和箱卡，以减少铸件收缩阻力，避免裂纹。（四）铸件的落砂铸件的落砂 铸件凝

42、固冷却到一定温度后，把铸件从砂箱中取出，去掉铸件表面及内腔中的型砂和芯砂，落砂通常分为机械落砂和人工落砂两种。 1.4.2 砂型铸造工艺装配的特点砂型铸造工艺装备是造型、制芯及合箱过程中所使用的模具和装置总称，包括模样、模底板、模板框、砂箱、砂箱托板、压铁、套箱、芯盒、烘干板(器)、砂芯修整磨具、组芯及下芯夹具、挤压机下芯框、量具及检具等等。通常所称铸造模具仅指模板(含模样、横底板)和芯盒，是铸造工艺装备中的核心部分。 砂型铸造模具与其他模具(如冲模、锻模、注塑模、压铸模等)的根本区别在于：前者是名符其实的“模”，利用这些模具和其他工艺装备制成“砂型”，再将液态金属充填到砂型中，冷却后即得到所

43、需产品(铸件)；而后者实际是“型”，将固态(如冲模、锻模)或液态(如压铸模、玻璃模)材料直接充填其中就能得到所需产品。因此从一定意义上说，铸造模具较之其他模具更为复杂，砂型铸造模具与其他模具的差别还有工作温度不高，一般不超过300；工作压力不高，即使是高压造型，其比压也不会超过1.5mpa，因此模具材料选用范围较大，模具寿命也较长，模具费用占总成本比例也较低。2砂型铸造技术研究的领域砂型铸造的这种造型法的要点是用芯盒法的化学粘结铸型,被认为是铝合金缸体和缸盖铸件铸造工艺的复活。其理由是这种方法，可将缸套铸在缸体中，同时，还有能使用实现方向性凝固的冷铁的优点。这种方法是在1970年代出现的用于铸

44、造近净形铸件和用湿砂铸造对需要增加芯子的形状复杂的铸件。现在，铸造形状复杂尺寸的准确的铸件时，标准的办法是用冷芯盒造型法。而且，与砂型铸造相比适用于更多的合金。在制芯作业中可见到，由于树脂化学和造型装置的革新，可用更低的价格铸造质量，更高的零部件用液泵和机械手自动生产线，装置进一步改善，所需劳动力减少，可生产出高质量、低成本的铸件。冷芯盒工艺造型机是制芯机的重大的变型。有的造型机上型、下型同时造型，有的造型机可制出两面型腔的铸型叠型铸造，第三种变型是利用二组造型机，一组是上型，一组造下型。 这些造型机为了提高精度，使分型线的飞边最小，在全过程中将铸型紧实是其特点。大型造型机，为使其动作平滑可靠

45、完全用油压驱动。装有机械手，实施上涂料型、干燥、下芯、涂粘结剂和合箱等作业。由于有了这些装置，可减少所需的劳动力，保证最高的质量和生产效率。这种冷芯盒造型机，其铸型的状况不仅影响铸件表面质量和清理作业，对芯子的正确组装和芯头使型砂在射砂头中流态化的位置也有影响，因而，铸型的设计是非常重要的。冷芯盒造型机有几种射砂技术。大部分造型机，这种型式的造型机，用低压大风量射砂，每个循环后都可以使射砂。有二、三个机械厂不是使砂子流态化，而是用挤出方式，用有专利权设计的射砂，低气量高压射砂，有的机械厂认为，用挤出方式，制造复杂的铸型时，砂子也容易流动。这二种技术，最好用自己的模样进行试用比较，选出最好的方法

46、。冷芯盒造型法，可以制造尺寸非常准确的复杂铸型，但模费用和型砂粘接剂、催化剂的成本比湿砂型用的砂和粘接剂的价格要高，冷芯盒造型法的造型速度低。从长期发展来看，中国经济保持持续增长，今后具铸造模具总体需求还会增长。中国模具近年来以平均17%的速度增长，高于中国gdp的平均增值一倍多。铸造模具也可以保持同步的发展，因此铸造模具还有很大的发展空间。铸造模具企业要转换机制，发展专业化生产，增强巿场意识，促进铸造模具业的产业结构调整。过去，在计划经济条件下，大型企业内部设有模具分厂(车间)，制造能力和技术力量较强，占了国内模具产值的相当比例，除少量标准件外购外，大部分工作量均由模具分厂去完成，致使专业化

47、、标准化程度低。加之受企业管理体制的约束，模具制造周期长，不能适应巿场要求。进入wto后，中国铸造模具业也在逐步融入世界贸易一体化中。通过彻底的改革将计划经济的影响消除，为此，模具的商品化程度也将大幅度提高，国企股份制改造的步伐将加快，私营和个体企业的发展，使模具工业的企业结构发生较大变化。3砂型铸造技术的应用据统计，我国或是国际上，在全部铸件产量中，6070%的铸件是用砂型生产的，而且其中70%左右是用粘土砂型生产的。主要原因是砂型铸造较之其他铸造方法成本低，生产工艺简单，生产周期短。所以向汽车的发动机气缸体，汽缸盖，曲轴等铸件都是用粘土湿砂型砂工艺生产的。当湿砂不能满足要求时再考虑使用粘土

48、砂表干砂型或其他砂型。粘土湿砂型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土型生产的铸件可重达几十吨。 砂型铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。有些难以切削的零件 ，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。 另外，砂型铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中大量用做生产的毛

49、坯零件。由于砂型铸造的工艺性能，还大量应用于，铸铁，铝，铜，等金属铸件，可以一次成型，免加工，具有良好的加工工艺性能。如在农村有些人利用砂型铸造，生产铝制生活用品。砂型铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。可以很好的满足社会的发展需求。4砂型铸造的发展铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700前1000年之间已进入青铜铸件的全

50、盛期，工艺上已达到相当高的水平。中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。 早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。 中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件晋国铸型鼎，重约270公斤。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在1517世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。

51、进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。 在这一时期内开发出大量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁，能焊接的可锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。

52、50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。 20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。这两项发明，冲破了延续几千年的传统方法，给铸造工艺开辟了新的领域，对提高铸件的竞争能力产生了重大的影响。铸造一般按造型方法来分类，习惯上分为普通砂型铸造和特种铸造。普通砂型铸造包括湿砂型、干砂型、化学硬化砂型三类。特种铸造按造型材料的不同，又可分为两大类：一类以天然矿产砂石作为主要造型材料，如熔模铸造、壳型铸造、负

53、压铸造、泥型铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等；一类以金属作为主要铸型材料，如金属型铸造、离心铸造、连续铸造、压力铸造、低压铸造等。 铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。有时，为了达到更高要求，金属液在

54、出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。 不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。 造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型