金属工艺第二章砂型铸造课件

金属工艺第二章砂型铸造课件2.3砂型铸造主要内容：2.3.1造型方法的选择2.3.2浇注位置和分型面的选择2.3.3工艺参数的选择2.3.4铸造工艺图2.3.5综合举例如何将设计的零件变成铸件？怎样生产出合格铸件1砂型铸造的工艺设计铸造工艺图的绘制分型面的选择工艺参数的确定浇注位置的确定重点内容：第2页,共110页，2024年2月25日，星期天砂型铸造的工艺流程图第3页,共110页，2024年2月25日，星期天铸造的主要工序第4页,共110页，2024年2月25日，星期天造型方法的选择

用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。型砂砂型造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。第5页,共110页，2024年2月25日，星期天2.3.1造型方法的选择造型方法手工造型机器造型整模造型分模造型活块造型三箱造型挖砂造型刮板造型震压造型微震压实造型射压造型抛砂造型第6页,共110页，2024年2月25日，星期天1．手工造型手工造型操作灵活、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。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。第7页,共110页，2024年2月25日，星期天为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注。一、手工造型造型方法主要特点适用范围整模造型整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好。分模造型模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，造型简便。挖砂造型假箱造型最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小批生产。最大截面在中部，一般为对称性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批生产。模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高。分型面不是平面的铸件的单件、小批生产。分型面不是平面的铸件的成批生产。活块造型对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分，起模时先取出主体部分，再取出活动部分。用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批生产。第8页,共110页，2024年2月25日，星期天采用活动砂箱造型，合型后脱出砂箱。续表1-2常用手工造型方法的特点及应用造型方法主要特点适用范围刮板造型用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水平高，精度较差。两箱造型铸型由上型和下型构成，各类模样，操作方便三箱造型脱箱造型用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批生产。最基本的造型方法。各种铸型，各种批量。铸件两端截面尺寸比中间大，必须有两个分型面。主要用于手工造型，具两个分型面的铸件的单件、小批生产。用于小铸件的生产。地坑造型在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱。用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批生产。第9页,共110页，2024年2月25日，星期天整模造型第10页,共110页，2024年2月25日，星期天分模造型第11页,共110页，2024年2月25日，星期天活块造型第12页,共110页，2024年2月25日，星期天挖砂造型第13页,共110页，2024年2月25日，星期天刮板造型第14页,共110页，2024年2月25日，星期天假箱造型第15页,共110页，2024年2月25日，星期天二、机器造型

机器造型：用机器全部或至少完成紧砂操作的造型。生产效率高，劳动条件好，砂型质量好（紧实度高而均匀，型腔轮廓清晰，铸件质量也好。但设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长，适于中小铸件的成批或大量生产。

1、震压造型

2、微震压实造型

3、高压造型

4、射压造型

5、空气冲击造型6、抛砂造型第16页,共110页，2024年2月25日，星期天第四节砂型铸件结构的工艺性

一、铸造工艺对铸件结构的要求设计的铸件要符合铸造工艺的要求。结构与工艺之间的关系，通常称为结构工艺性。（一）铸件的外形1、尽量避免外表面有侧凹；2、尽量使分型面为平面；3、台和肋条等结构应便于起模；4、尽量减少分型面的数目；5、应具有结构斜度。

第17页,共110页，2024年2月25日，星期天第18页,共110页，2024年2月25日，星期天第19页,共110页，2024年2月25日，星期天第20页,共110页，2024年2月25日，星期天第21页,共110页，2024年2月25日，星期天造型生产线

造型生产线是将造型机和其它辅机（翻转机、下芯机、合型机、压铁机、落砂机等）按造铸造工艺流程，用运输设备（铸型输送机或辊道）联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统。第22页,共110页，2024年2月25日，星期天机器造型的特点采用模板的两箱造型。所谓模板就是将模型、浇注系统沿分型面与底板联结成一体的专用工装，一般采用金属材料制造。有单面模板和双面模板之分。不能采用三箱造型和活块造型。第23页,共110页，2024年2月25日，星期天2.3.2浇注位置和分型面的选择1.浇注位置的选择

浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的空间位置。铸件的浇注位置正确与否直接影响到铸件质量，它是我们制定铸造方案时首要考虑的问题。（1）.铸件重要加工面应朝下或位于侧面车床床身浇注位置在液体浇注过程中气体和熔渣往上浮；由于静压力较小，使铸件上部组织不如下部的致密。第24页,共110页，2024年2月25日，星期天锥齿轮a)不合理b)合理起重机卷筒浇注位置(重要位置是内外圆柱表面）a)不合理b)合理第25页,共110页，2024年2月25日，星期天（2）铸件大平面应朝下金属液的充型过程中，灼热的金属液会对砂型上表面有强烈的热辐射作用，使该表面的型砂拱起或开裂，导致金属液钻进裂缝处，这将使铸件的该表面产生夹砂缺陷第26页,共110页，2024年2月25日，星期天（3）.面积较大的薄壁应置于铸型下部或垂直、倾斜位置箱盖浇注位置防止浇不到、冷隔等缺陷第27页,共110页，2024年2月25日，星期天(4)容易产生缩孔的铸件，应将断面较厚大的部分置于上部或侧面。a)不合理b)合理第28页,共110页，2024年2月25日，星期天5)尽量少用和不用型芯,且便于安放、固定和排气，尽量避免吊芯和悬臂芯(a)不合理（二个型芯）(b)合理（一个型芯）(a)不合理(b)合理(a)不合理(b)合理第29页,共110页，2024年2月25日，星期天2.3.2分型面的选择分型面是指分开铸型便于取模的接合面。它决定了铸件在造型时的位置。分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简便，并易于保证铸件质量。第30页,共110页，2024年2月25日，星期天1）便于起模，使造型工艺简化2、分型面的选择原则（1）为方便起模，分型面应选在铸件的最大截面处。对于较高的铸件，尽量不使铸件在一箱内过高原则：在保证质量的前提下，尽量简化工艺第31页,共110页，2024年2月25日，星期天（2）应保证模样能顺利的从铸型中取出第32页,共110页，2024年2月25日，星期天应保证模样能顺利的从铸型中取出第33页,共110页，2024年2月25日，星期天应保证模样能顺利的从铸型中取出第34页,共110页，2024年2月25日，星期天（3）应尽量减少分型面的数量第35页,共110页，2024年2月25日，星期天（4）.应尽量使分型面是一个平直的面若分型面是一曲面,则必须用挖砂造型第36页,共110页，2024年2月25日，星期天(5).应尽量使型芯和活块的数量减少第37页,共110页，2024年2月25日，星期天(5)应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱第38页,共110页，2024年2月25日，星期天造型方法的选择造型方法手工造型机器造型整模造型分模造型活块造型三箱造型挖砂造型刮板造型震压造型微震压实造型射压造型抛砂造型上次课内容的回顾第39页,共110页，2024年2月25日，星期天浇注位置1.铸件的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下部或处于侧立位置。2.将铸件的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂等缺陷。3.具有大面积薄壁的铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔等缺陷。第40页,共110页，2024年2月25日，星期天分型面的选择原则：在保证质量的前提下，尽量简化工艺1）便于起模，使造型工艺简化（2）应保证模样能顺利的从铸型中取出（3）应尽量减少分型面的数量（4）应尽量使分型面是一个平直的面(5)应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱第41页,共110页，2024年2月25日，星期天2.3.3工艺参数确定铸造收缩率毛坯铸件的机械加工余量铸出孔和槽的大小起模斜度芯头和芯座

铸造工艺参数是与铸造工艺过程有关的某些工艺数据，包括收缩率、加工余量、拔模斜度、铸造圆角、芯头芯座等，它直接影响模样、芯盒的尺寸和结构，选择不当会影响铸件的精度、生产率和成本。第42页,共110页，2024年2月25日，星期天

铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大或缩小一个该合金的收缩率。(1)铸造收缩率合金收缩率大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。常用合金的铸造收缩率

灰铸铁：0.7%～

1.0%，

铸钢：1.3%～

2.0%，

铝合金：0.8%～

1.2%，

锡青铜：1.2%～

1.4%。铸造收缩率K＝L模－L件L件×100%L模模样尺寸L件铸件尺寸第43页,共110页，2024年2月25日，星期天2.毛坯铸件的机械加工余量铸件的机械加工余量是指为进行机械加工而增大的尺寸。零件图上所有标注粗糙度符号的表面均需机械加工，均应标注机械加工余量。其具体值的大小随铸件的大小、材质、批量、结构的复杂程度及加工面在铸型中的位置等的不同而变化。铸钢件表面粗糙、变形较大，其加工余量应比铸铁件大；有色合金铸件表面较光洁、平整，其加工余量要小些；铸铁件中灰铸铁件的加工余量较可锻铸铁和球墨铸铁的要小。第44页,共110页，2024年2月25日，星期天机械造型的铸件比手工造型的精度高，故加工余量要小些；铸件的尺寸愈大或加工面与基准面间的距离愈大，由于铸件尺寸误差增大，机械加工余量也随之加大；由于铸件的上表面比其底面和侧面更易产生缺陷，故加工余量应比底面和侧面的大。第45页,共110页，2024年2月25日，星期天(3)铸出孔和槽的大小铸件上的孔和槽铸出与否，取决于铸造工艺的可行性和必要性。一般说来，较大的孔和槽应当铸出，以减少切削工时和节约金属材料。铸件的最小铸出孔尺寸生产批量

最小铸出孔直径（mm）

灰铸铁件

铸钢件

大量

成批

单件、小批

12~1515~3030~50——

30~5050单件小批：直径或边长<30不铸；大批：直径或边长<15不铸；H/D>4的深孔均不铸。第46页,共110页，2024年2月25日，星期天(4)起模斜度起模斜度又称拔模斜度。在造型和制芯时，为了很方便地把模型从铸型中或芯子从芯盒中取出，需在模型或芯盒的起模方向上做出一定的斜度。若零件在设计时没设计足够的结构斜度，就应在进行铸造工艺设计时确定拔模斜度。拔模斜度的大小取决于该垂直壁的高度、造型方法及表面粗糙度等因素。通常，随垂直壁高度的增加，其拔模斜度应减小；机器造型的拔模斜度较手工造型的小；外壁的拔模斜度也小于内壁的。第47页,共110页，2024年2月25日，星期天外壁－0.25º～3º，内壁－3º～10º

上下第48页,共110页，2024年2月25日，星期天第49页,共110页，2024年2月25日，星期天

(5)芯型与芯型头型芯：是铸型的一个重要组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔，孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。型芯头：是型芯定位、支撑和排气的部分，设计时需考虑保证定位准确、能承受砂芯自身重量和液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等。芯头可分为垂直芯头和水平芯头。第50页,共110页，2024年2月25日，星期天芯型与芯型头第51页,共110页，2024年2月25日，星期天芯型与芯型头第52页,共110页，2024年2月25日，星期天垂直芯头的高度主要取决于其直径的大小。对于矮粗的型芯，可以不用上芯头，以便于下芯和扣箱。对于细高的型芯，应具备上、下芯头，为了提高芯头的稳定性和可靠性，下芯头斜度应小些(5～10°)，高度H应大些；为便于合型、上芯头的斜度应大些(6～15°)，高度H应小些。。

垂直芯头的设计第53页,共110页，2024年2月25日，星期天水平芯头的设计水平芯头的长度取决于型芯的长度和芯头的直径，并随型芯长度和芯头直径的增大而增加，在芯头与芯座之间应留1～4mm的间隙，以便下芯和合箱。第54页,共110页，2024年2月25日，星期天(6)铸造圆角

铸造圆角是指铸件上壁和壁的交角应做成圆弧圆度，以防在该处产生缩孔和裂纹。铸造圆角半径一般为两相交壁平均厚度的1/3~1/2。第55页,共110页，2024年2月25日，星期天R=(1/3～1/5)(a+b)/2第56页,共110页，2024年2月25日，星期天2.3.4铸造工艺图的绘制铸造工艺图——是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形.绘制方法对浇注位置的选择首先要考虑这个零件有几种可能的分型方案铸型分型面选择绘图要领分型面的选择浇注位置画法(上和下)工艺参数定性给出即可第57页,共110页，2024年2月25日，星期天1、分型面/浇注位置：用蓝线（或红线）和箭头表示，加以汉字表示方向2、机械加工余量：用红线画出轮廓，剖面处用红剖面线或全涂以红色表示。数值用红字标在加工符号上。若加工余量带有斜度，可用分数表示。3、非铸出孔/槽：用红“

×

”表示。剖面处用红剖面线或全涂红色。4、芯头和型芯：用蓝线画出芯头，并注明尺寸。5、浇注系统：用红线画出，并标注尺寸。6、活块：用红笔注明“活块”及其形式和编号。铸造工艺图的绘制第58页,共110页，2024年2月25日，星期天7、冷铁：用绿线或蓝线画出，并表明“冷铁”及其主要尺寸和编号8、拔模斜度：用红线或文字表示。9、铸造圆角：用文字表示。10、冒口/出气口：用红线表示并表明主要尺寸及编号。11、其它参阅《铸造手册》第59页,共110页，2024年2月25日，星期天分型面的选取至关重要第60页,共110页，2024年2月25日，星期天2.3.5综合分析方案举例在确定铸造工艺方案时，首先结合生产纲领、生产条件，研究分析铸件材料铸造工艺性和零件图技术要求的基础上，分析铸件结构，确定浇注位置，选择分型面，依据选定的工艺参数，用红、蓝色笔在零件图上绘制铸造工艺图（包括型芯的数量和固定、冷铁、浇冒口等）为制造模样、编写铸造工艺卡等奠定基础。第61页,共110页，2024年2月25日，星期天铸造工艺设计举例：支撑座零件图第62页,共110页，2024年2月25日，星期天①确定浇注位置和分型面第63页,共110页，2024年2月25日，星期天③确定拔模斜度②确定加工余量第64页,共110页，2024年2月25日，星期天④确定型芯第65页,共110页，2024年2月25日，星期天第66页,共110页，2024年2月25日，星期天下上(Ⅲ)方案Ⅱ沿底面分型，铸件全部在下箱，不会产生错箱，铸件易清理，但轴孔内凸台必须采用活块或下芯且轴孔难以铸出方案Ⅰ沿底版中心分型。轴孔下芯方便，但底板上四个凸台必须采用活块且铸件在上、下箱各半第67页,共110页，2024年2月25日，星期天第68页,共110页，2024年2月25日，星期天【例】要铸造图示支承台零件40个，此件用于中等静载荷，试选择铸造合金和绘出铸造工艺图。第69页,共110页，2024年2月25日，星期天方案1选材：HT150铸型、造型方法：砂型，手工造型浇注位置/分型面：因支承台Φ50mm的内孔及外壁均无需加工，只有两端面有机械加工要求。为使支承台两端面组织致密、满足加工要求，所以将铸件水平放置、使两加工面在侧壁位置作为该件的浇注位置，这样还有利于型芯的固定、排气和检验。为便于起模、下芯和检验，选中间对称的最大截面为分型面。此时分型面与分模面一致。第70页,共110页，2024年2月25日，星期天4.加工余量：最大尺寸200－查表得4mm，考虑拔模斜度，下端取3mm5.最小铸出孔：φ18、φ21不予铸出6.拔模斜度：垂直拔模斜度取1º

7.铸造圆角：R3～58.型芯设计：9.浇注系统10.铸造工艺图第71页,共110页，2024年2月25日，星期天第72页,共110页，2024年2月25日，星期天方案2选材：HT150铸型、造型方法：砂型，手工造型浇注位置/分型面：采用三箱造型第73页,共110页，2024年2月25日，星期天思考题确定下列铸件的铸造工艺方案。要求：1、在单件、小批生产和大量生产两种条件分析最佳方案；

2、按所选择的最佳方案绘制铸造工艺图:(包括浇注位置、分型面、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头等）。第74页,共110页，2024年2月25日，星期天上次课内容回顾铸造工艺图的绘制工艺参数的确定工艺参数的确定加工余量、收缩率、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头第75页,共110页，2024年2月25日，星期天2.5砂型铸件的结构设计主要内容:2.5.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求2.5.2合金铸造性能对铸件结构的要求2.5.3不同成形工艺对铸件结构的要求重点内容：铸件结构设计如何考虑铸造工艺特点第76页,共110页，2024年2月25日，星期天2.5.1砂型铸造工艺对铸件结构的要求铸件的外形设计铸件的内腔设计1铸件的外形设计原则：外形设计应便于起模,简化造型工艺铸件的外形应力求简化，造型时便于起模。铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。在铸件上设计结构斜度第77页,共110页，2024年2月25日，星期天(1)避免铸件的外形有侧凹图

机床铸件两种结构设计的比较端盖铸件第78页,共110页，2024年2月25日，星期天（2）尽可能使分型面为平面,去掉不必要的外圆角第79页,共110页，2024年2月25日，星期天（3）铸件上凸台和筋条的设计,应考虑其结构便于造型箱体铸件的设计第80页,共110页，2024年2月25日，星期天第81页,共110页，2024年2月25日，星期天(3)铸件内腔的设计原则：减少形芯数量，避免不必要的型芯；便于型芯的固定、排气和清理。良好的内腔设计，既可减少型芯数量，又利于型芯的固定、排气和清理，因而可防止偏芯、气孔等缺陷的产生，并简化造型工艺，降低成本。第82页,共110页，2024年2月25日，星期天

减少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析：内腔的两种设计第83页,共110页，2024年2月25日，星期天便于型芯的固定、排气和铸件的清理方案a）需要两个型芯，其中较大的型芯呈悬臂状态，需用型芯撑A支承其无芯头的一端；若将轴承架内腔改成方案b），则型芯的稳定性大大提高，而且型芯的排气顺畅、也易于清理。第84页,共110页，2024年2月25日，星期天（4）.考虑结构斜度设计铸件结构时所有垂直于分型面的非加工面上，应设计有结构斜度。如果没有结构斜度的，铸造工艺人员应铸造前给出拔模斜度，这样就不必要地增加了铸件的壁厚。结构斜度的大小，随垂直壁的高度而异。高度愈小，斜度愈大；内侧面的斜度应大于外侧面的。铸件的结构斜度与拔模斜度不同，前者由设计零件的人确定，且斜度值较大；后者由铸造工艺人员在绘制铸造工艺图时设计，且只对没有结构斜度的立壁给予较小的角度（0.5～3.0°）。一般金属型或机器造型时，结构斜度可取（0.5～1°），砂型和手工造型可取（1～3.0°）。第85页,共110页，2024年2月25日，星期天第86页,共110页，2024年2月25日，星期天底座铸件减少分型面的设计第87页,共110页，2024年2月25日，星期天2.5.2合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求合理设计铸件的壁厚铸件壁与壁连接的设计铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题重点内容：铸件结构设计如何考虑铸造工艺特点第88页,共110页，2024年2月25日，星期天1铸件壁厚的设计原则1：合理设计铸件壁厚概念：最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。缺陷分析：如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间第89页,共110页，2024年2月25日，星期天铸造方法

铸件尺寸/mm合

金

种

类

铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂

型

铸

造

<200×20085~66533~5200×200~500×50010~126~1012846~8>500×50015~2015~2015~2010~12610~12砂型铸造条件下几种合金的铸件最小壁厚（mm)第90页,共110页，2024年2月25日，星期天砂型铸造各种铸造合金的临界壁厚第91页,共110页，2024年2月25日，星期天铸钢件的合理壁厚第92页,共110页，2024年2月25日，星期天原则2：铸件壁厚尽可能均匀，避免厚大截面铸件壁厚不均，会造成铸造合金的局部积聚，在积聚处易产生缩孔和缩松；同时，由于铸件壁厚不均，即铸件各部分冷却速度不同，会使铸件产生较大的铸造应力，造成铸件的变形和开裂。由于铸件内壁的散热条件较差，其厚度应略小于外壁厚度，以使铸件内、外壁的冷却速度相近。第93页,共110页，2024年2月25日，星期天判断缩孔出现的方法第94页,共110页，2024年2月25日，星期天第95页,共110页，2024年2月25日，星期天第96页,共110页，2024年2月25日，星期天2铸件壁的连接原则1：铸件的结构圆角；避免铸件壁的锐角连接；厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡；缺陷分析：锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。第97页,共110页，2024年2月25日，星期天1).设计结构圆角第98页,共